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Procédé de préparation d'un silicate à luminescence ultraviolette
L'invention concerne un procédé de préparation d'un silice te qui, sous l'influence du rayonnement engendré dans un tubeà décharge dans un gaz ou dans une vapeur, émet des rayons ultra- violets à ondes courtes. De plus, l'invention concerne un silicate ainsi préparé et une source de rayons constituée par la combinai-. son d'un tube à décharge dans un gaz ou dans une vapeur et du silicate luminescent.
On sait que le rayonnement à longueur d'onde d'environ 2900 @ exerce un effet salutaire pour l'homme et les animaux. Ce rayonnement est souvent appelé rayonnement érythème- Aussi a-t-on construit des radiateurs émettant, avec une intensité suffisante, de tels rayons. Un radiateur connu de ce genre est constitué par
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la combinaison d'un tube à décharge lifta:; un gaz et/ou dans une vapeur et par un écran comportant des substances luminescentes qui, excitées par les rayons engendrés dans la décharge, émettent un rayonnement érythème.
Le nombre de substances luminescentes utilisa- bles à ces effet, c'est-à-dire des substances facilement excitables par un rayonnement à longueur d'onde inférieure à 2900 @ et émet- tant alors le-rayonnement désiré, n'est pas particulièrement grand, surtout lorsqu'on impose la condition que la conversion en rayonnement érythème doit s'effectuer avec un bon rendement.
Il existe des composés, activés au cérium, qui, lorsqu'ils sont excités par un rayonnement de longueur d'onde inférieure 2900 @, convertissent ce rayonnement en un rayonnement érythème, mais ils présentent un inconvénient: lorsqu'ils se trouvent dans un tube à décharge ils n'assurent cette conversion avec un rendement convenable que pendant un temps assez court.
L'une des substances les mieux appropriées pour l'applica- tion précitée est un orthophosphate de calcium et de zinc activé à l'aide de thallium. Une autre substance convenant assez bien pour la même application est un orthophosphate de calcium et de magnésium, activé à l'aide de thallium.
Vu leur grande importance pour la santé de l'homme et des animaux, il est désirable détendre le nombre de substances lumines- centes utilisables pour l'application en question.
La substance luminescente peut se trouver à l'intérieur ou à l'extérieur du tube à décharge. Lorsqu'elle se trouve à l'extérieur, par exemple sur un réflecteur, il est nécessaire que le rayonnement excitant puisse quitter le tube à décharge et atteindre la substance luminescente. A cet effet, l'enveloppe du tube à décharge peut être par exemple, en quartz.
Dans un procédé conforme à l'invention pour la préparation d'un silicate qui, sous l'influence du rayonnement engendré dans un tube à décharge dans un gaz et/ou dans une vapeur, émet des rayons
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ultraviolets à ondes courtes, on chauffe, pendant quelques heures, à une température comprise entre 900 et 1100 C, un mélange de composés de baryum, de zinc, de silicium et de plomb dont le chauffage fournit un silicate de baryum et de zinc activé à l'aide de plomb, de façon que le rapport atomique dans le mélange soit tel que l'on satisfait aux conditions suivantes:
EMI3.1
-###Ba## est compris entre 0 05 et 0,25 ' --15'-- est compris entre 0,15 et 0..1,51 Ba + Zn't* Si compris entre 0,15 0,45 #7 Éà + Si compris entre 0 AO et 0 1 80 -###P### est compris entre 5.10-2 et 10Ó-6 Ba Zn+ Si
La substance préparée suivant le procédé précité peut parfaitement être utilisée en combinaison avec un tube à décharge dans la vapeur de mercure à basse pression, car la décharge d'un tel tube fournit une grande quantité de rayonnement à longueur d'onde de 2537 @. Ce rayonnement est alors converti, avec un bon rendement, en rayonnement ultraviolet à courte longueur d'onde.
La substance peut se trouver en une couche sur la face intérieure de l'enveloppe de ce tube à décharge.
Comparativement au procédé de préparation des substances luminescentes activées à l'aide de thallium et émettant un rayon- nement érythème, le procédé conforme à l'invention offre l'avantage que l'activant est moins volatil et moins vénéneux que le thallium.
La composition spectrale du rayonnement émis et le rendement de la conversion sont pratiquement égaux à ceux de ces substances connues,
Les meilleurs produits s'obtiennent lorsque, pour la préparation, on choisit les rapports en atomes de façon que
EMI3.2
¯¯-JBa### soit compris entre 0,10 et O.i7 %7 Éi + Si soit compris entre 0,30 et OP45 .-,-..-.-. soit compris entre 0 2 et z60 Ba+Zn+ Si ' '
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Pb/Ba+Zn+Si soit compris entre 5.10-2 et 10-6.
Un produit particulièrement intéressante obtenu suivant un .procédé conforme à l'invention, présente le diagramme de dif- fraction de rayons suivant:
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<tb> 11 <SEP> 20 <SEP> 2.38 <SEP> 15 <SEP> 1.71 <SEP> 25
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<tb> 2.41 <SEP> 20 <SEP> 1.77 <SEP> 10 <SEP> 1.27 <SEP> 10
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Il est probable qu'un procédé conforme à l'invention forme toujours une quantité de la substance présentant le diagramme de diffrac- tion de rayons X précité telle que le produit du procédé conforme à l'invention prélève, pour une grande partie, son émission de rayons ultraviolets à ondes courtes, à cette substance.
Outre cette substance, le produit de réaction domporte probablement enco- re des restes des substances de départ ou des produits de décompo- sition, par exemple des oxydes de ces substances, ainsi que de petites quantités de composés qui n'émettent pas ou guère de rayons ultraviolets, par exemple de la willémite.
L'influence de la teneur en plomb est telle que, pour de grandes quantités de.plomb, on obtient une plus grande quantité de rayonnement à ondes longues. Ce fait sera illustré à l'aide d'un dessin.
Pour les composés que l'on utilise dans le procédé con- forme à 1-*invention, on peut choisir avantageusement des oxydes,
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des nitrates et des carbonates de baryum,, de zinc,ou de plomb.
De préférence le silicium est ajoute sous forme d'oxyde. On peut également utiliser des mélanges de ces composés. Le plomb peut être additionne sous forme de fluorure,auquel cas une partie de ce produit fait en même temps office de sel de fusion, ce qui réduit la température de préparation et favorise la cristallisation.
Le mémoire décrit quelques exemples de modes de prép'aration dans lesquels on se réfère chaque fois au dessin;¯celui-ci donne quelques courbes qui représentent, en unités arbitraires, la relation entre les longueurs d'onde du rayonnement émis et l'inten- sité de ce rayonnement. Toutes les courbes sont relevées pour l'excitation par un rayonnement à longueur d'onde de 2537 @.
EXEMPLE 1. -
On mélange:
2,96 g de BaCO3
2,43 g de ZnO
2,70 g de SiO2 et pendant 16 heures on broie ce mélange en suspension dans 30 à 50 cm3 d'alcool, dans un broyeur à boulets de stéatite. A cette suspension on ajoute 5 cm3 d'une solution aqueuse de Pb(NO3)2 (concentration: 10-5,mol. gr. de Pb par cm3). Après un mélange intime, on vaporise la suspension à sec, on la pulvérise dans un mortier et on la chauffe pendant 4 heures dans un creuset d'alundum à une température de 1050 C, à l'air, dans un four. On laisse re- froidir le creuset et son contenu dans le four jusqu'à la tempéra- ture ambiante normale. Au besoin, le produit obtenu est pulvérisé et tamisé. La distribution spectrale obtenue lors d'une excitation par un rayonnement à longueur d'onde de 2537 R est représentée sur le dessin par la courbe 1.
On constate que le maximum se trouve à environ 3030 @.
EXEMPLE 11. -
On mélange:
12 ,35 g de BaC03
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EMI6.1
lfi, 9 r. dt- 2hYV li,3 n de s;L(3. et (-'Il broie ce mvlmyc, wi su:ipunsion dans 150 à 250 cm d'alcool, pendaut 16 heures dans un broyeur à boulets, après addition de 25 cm3 d'uno solution aqueuse de Pb(N03)2 à concentration de 10-4 mol. gr. de Pb par cm3. La suspension obtenue est séchée par vaporisation et le produit sec est pulvérisé dans un mortier, après quoi, la. poudre est chauffée dans un creuset de quartz pendant 2 heures à une température de 700 C, à l'air, dans un four.
Le creuset et son contenu étant refroidis dans le four, on pulvéri- se à nouveau dans un mortier le produit de réaction obtenu. La poudre ainsi obtenue est ensuite chauffée dans un four pendant 4 heures, à une température de 1010 C.Ce chauffage s'effectue également dans un creuset de quartz, à couvercle hermétique. On laisse ensuite refroidir le creuset et son contenu jusqu'à la température ambiante normale. Au besoin, le produit obtenu est broyé et tamisé. La distribution spectrale, obtenue lors de o l'excitation par un rayonnement de longueur d'onde de 2537 A, est pratiquement la. même que pour le produit de l'exemple 1.
EXEMPLE III. -
On mélange: 3,30 g de SiO2
4,24 g de ZnCO3 et on met ce mélange en suspension dans 50 cm3 d'une solution aqueuse de 2,94 g de Ba(NO3)2 A la'suspension on ajoute 5 cm3 d'une solution aqueuse de Pb(N03)2 d'une concentration de 10-4 mol, gr. de Pb par cm3. La suspension obtenue est séchée par vaporisation et le produit sec est pulvérisé dans un mortier puis il est chauffe dans un creuset d'alundum, pendant 4 heures, à l'air, dans un four à 1000 C. En,-suite., on laisse refroidir le creuset, et son contenu dans le four.
Au besoin, le produit obtenu est broyé et tamisé. La distribution spectrale, lors d'une excitation par un rayonnement à longueur d'onde de 2537 @, est pratiquement
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la marne que celle du produit de réaction obtenu par le procédé de l'exemple 1.
EXEMPLE IV. -
On mélange:
8,00 g de Ba(N03)2
3,05 g de ZnO
4,79 g de SiO2
0,14 g de PbF2 et on pulvérise ce mélange dans un mortier. La poudre obtenue est chauffée pendant 1 heure dans un creuset d'alundum, dans un four à 950 C. Le produit obtenu est à nouveau pulvérisé dans un mortier et est chauffé, pendant une heure, dans un creuset d'alun- dum, dans un four à 1050 C. On laisse refroidir le creuset et son contenu dans le four jusqu'à la température ambiante normale. La distribution spectrale, lors de l'excitation par un rayonnement à longueur d'onde de 2537 A, est pratiquement la même que dans l'exemple 1.
EXEMPLE V.-
On mélange :
0,98 g de BaC03
5,65 g de ZnC03
3,00 g de SiO2 et on met ce mélange en suspension dans 30 à 50 cm d'alcool, après quoi on broie pendant 16 heures dans un broyeur à boulets.
A la suspension obtenue, on ajoute 5 cm3 d'une solution aqueuse de Pb(NO3)2à concentration de 10-4 mol. gr. de Pb par cm3. La suspension ainsi obtenue est séchée par vaporisation et le produit sec est chauffé à l'air pendant 4 heures dans un creuset d'alundum à une température de 1000 C, dans un four. Ensuite., on laisse refroidir, dans le four, le creuset et son contenu. Le produit obtenu est broyé fin et tamisé. La distribution spectrale, lors d'une excitation par un rayonnement à longueur d'onde de 2537 @, est pratiquement la. même que dans l'exemple 1.
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EXEMPLE VI. -
Un mélange de :
2,96 g de BaCO3
2,43 g de ZnO
2,70 g de SiO2 est mis en suspension dans 100 cm3 d'alcool et est broyé dans un broyeur à. boulets. A la, suspension obtenue, on ajoute 14 cm3 d'une solution aqueuse de Pb(N03)2 contenant, par cm3, 10-4 mol. gr. de Ph La suspension ainsi obtenue est séchée par vaporisation et le produit sec est chauffé, pendant 4 heures, dans un creuset d'alundum, à l'air, dans un four, à une température de 1000 C. Ensuite, on làisse refroidir dans le four le creuset et son contenu. Au besoin, la substance luminescente obtenue est broyée et tamisée. La distri- bution spectrale, obtenue lors de l'excitation par un rayonnement a longueur d'onde de 2537 @, est représentée sur le dessin par la courbe 2.
Les produits de réaction luminescents obtenus suivant l'un des procédés précités peuvent être utilisés de manière connue, comme couche luminescente, dans ou sur un tube à décharge ou sur un réflecteur. Comme le montrent les courbes 1 et 2, la plus grande teneur en plomb de la substance préparée suivant l'exemple VI provoque l'émission d'une plus grande quantité de rayonnement à plus grande longueur d'onde.
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Process for preparing an ultraviolet luminescence silicate
The invention relates to a process for preparing a silica te which, under the influence of radiation generated in a gas or vapor discharge tube, emits short-wave ultraviolet rays. In addition, the invention relates to a silicate thus prepared and to a source of rays constituted by the combination. sound of a gas or vapor discharge tube and luminescent silicate.
It is known that radiation at a wavelength of about 2900 @ exerts a salutary effect on humans and animals. This radiation is often called erythema radiation. Therefore, radiators have been constructed which emit such rays with sufficient intensity. A known radiator of this kind consists of
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the combination of a lifta discharge tube :; a gas and / or in a vapor and by a screen comprising luminescent substances which, excited by the rays generated in the discharge, emit erythema radiation.
The number of luminescent substances which can be used for these purposes, that is to say substances which are easily excitable by radiation with a wavelength of less than 2900 @ and then emit the desired radiation, is not particularly large, especially when the condition is imposed that the conversion to erythema radiation must take place with good efficiency.
There are compounds, activated with cerium, which, when excited by radiation with a wavelength less than 2900 @, convert this radiation into erythema radiation, but they have one drawback: when they are in a tube to discharge, they ensure this conversion with a suitable yield only for a rather short time.
One of the most suitable substances for the above application is a calcium zinc orthophosphate activated with thallium. Another substance which is quite suitable for the same application is calcium magnesium orthophosphate, activated with thallium.
In view of their great importance for the health of man and animals, it is desirable to increase the number of luminescent substances which can be used for the application in question.
The luminescent substance can be inside or outside the discharge tube. When it is outside, for example on a reflector, it is necessary that the exciting radiation can leave the discharge tube and reach the luminescent substance. For this purpose, the casing of the discharge tube can be, for example, of quartz.
In a process according to the invention for the preparation of a silicate which, under the influence of the radiation generated in a discharge tube in a gas and / or in a vapor, emits rays
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short-wave ultraviolet rays, a mixture of barium, zinc, silicon and lead compounds is heated for a few hours at a temperature between 900 and 1100 C, the heating of which provides a silicate of barium and zinc activated at using lead, so that the atomic ratio in the mixture is such that the following conditions are satisfied:
EMI3.1
- ### Ba ## is between 0 05 and 0.25 '--15' - is between 0.15 and 0..1.51 Ba + Zn't * If between 0.15 0, 45 # 7 Éà + Si between 0 AO and 0 1 80 - ### P ### is between 5.10-2 and 10Ó-6 Ba Zn + Si
The substance prepared according to the aforementioned process can perfectly be used in combination with a low pressure mercury vapor discharge tube, since the discharge of such tube provides a large amount of radiation at wavelength of 2537%. This radiation is then converted, with good efficiency, into short-wavelength ultraviolet radiation.
The substance may be in a layer on the inside of the casing of this discharge tube.
Compared with the process for preparing luminescent substances activated with thallium and emitting erythema radiation, the process according to the invention offers the advantage that the activator is less volatile and less poisonous than thallium.
The spectral composition of the emitted radiation and the conversion efficiency are practically equal to those of these known substances,
The best products are obtained when, for the preparation, the atomic ratios are chosen so that
EMI3.2
¯¯-JBa ### is between 0.10 and O.i7% 7 Éi + Si is between 0.30 and OP45 .-, -..-.-. or between 0 2 and z60 Ba + Zn + Si ''
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Pb / Ba + Zn + Si is between 5.10-2 and 10-6.
A particularly interesting product obtained according to a .process in accordance with the invention has the following ray diffraction diagram:
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<tb> 11 <SEP> 20 <SEP> 2.38 <SEP> 15 <SEP> 1.71 <SEP> 25
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<tb> 6.4 <SEP> 15 <SEP> 2.28 <SEP> 45 <SEP> 1.67 <SEP> the
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<SEP> 51 <SEP> 20
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<tb> 2.41 <SEP> 20 <SEP> 1.77 <SEP> 10 <SEP> 1.27 <SEP> 10
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It is probable that a process according to the invention always forms a quantity of the substance exhibiting the aforementioned X-ray diffraction pattern such that the product of the process according to the invention takes, for a large part, its emission. of shortwave ultraviolet rays, to this substance.
Besides this substance, the reaction product probably still contains residues of the starting substances or decomposition products, for example oxides of these substances, as well as small quantities of compounds which emit little or no emission. ultraviolet rays, for example from willemite.
The influence of the lead content is such that, for large quantities of lead, a greater quantity of long-wave radiation is obtained. This fact will be illustrated with the help of a drawing.
For the compounds which are used in the process according to the invention, one can advantageously choose oxides,
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nitrates and carbonates of barium, zinc, or lead.
Preferably, the silicon is added in the form of an oxide. Mixtures of these compounds can also be used. Lead can be added in the form of fluoride, in which case a part of this product simultaneously acts as a melting salt, which reduces the preparation temperature and promotes crystallization.
The thesis describes some examples of preparation methods in which reference is made each time to the drawing; ¯ This gives some curves which represent, in arbitrary units, the relation between the wavelengths of the radiation emitted and the intensity of the radiation. - site of this radiation. All curves are plotted for excitation by radiation at wavelength of 2537 @.
EXAMPLE 1. -
We blend:
2.96 g of BaCO3
2.43 g of ZnO
2.70 g of SiO2 and this mixture is ground for 16 hours in suspension in 30 to 50 cm3 of alcohol, in a soapstone ball mill. To this suspension is added 5 cm3 of an aqueous solution of Pb (NO3) 2 (concentration: 10-5, mol. Gr. Of Pb per cm3). After thorough mixing, the suspension is vaporized to dryness, it is pulverized in a mortar and it is heated for 4 hours in an alundum crucible at a temperature of 1050 C, in air, in an oven. The crucible and its contents are allowed to cool in the furnace to normal room temperature. If necessary, the product obtained is pulverized and sieved. The spectral distribution obtained during an excitation by radiation with a wavelength of 2537 R is represented in the drawing by curve 1.
We can see that the maximum is around 3030 @.
EXAMPLE 11. -
We blend:
12.35 g of BaC03
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lfi, 9 r. dt- 2hYV li, 3 n of s; L (3. and (-'It grinds this mvlmyc, wi su: ipunsion in 150 to 250 cm of alcohol, hangs 16 hours in a ball mill, after addition of 25 cm3 of an aqueous solution of Pb (NO3) 2 at a concentration of 10-4 mol. gr. of Pb per cm3. The suspension obtained is spray-dried and the dry product is sprayed into a mortar, after which the powder is. heated in a quartz crucible for 2 hours at a temperature of 700 C, in air, in an oven.
With the crucible and its contents cooled in the furnace, the reaction product obtained is pulverized again in a mortar. The powder thus obtained is then heated in an oven for 4 hours, at a temperature of 1010 C. This heating is also carried out in a quartz crucible, with a hermetic lid. The crucible and its contents are then allowed to cool to normal room temperature. If necessary, the product obtained is crushed and sieved. The spectral distribution, obtained during the excitation by a radiation of wavelength of 2537 A, is practically the. same as for the product of Example 1.
EXAMPLE III. -
Mixing: 3.30 g of SiO2
4.24 g of ZnCO3 and this mixture is suspended in 50 cm3 of an aqueous solution of 2.94 g of Ba (NO3) 2 To the suspension, 5 cm3 of an aqueous solution of Pb (NO3) are added. 2 with a concentration of 10-4 mol, gr. of Pb per cm3. The suspension obtained is dried by vaporization and the dry product is pulverized in a mortar then it is heated in an alundum crucible for 4 hours, in air, in an oven at 1000 C. Then, -suite. let cool the crucible, and its contents in the furnace.
If necessary, the product obtained is crushed and sieved. The spectral distribution, when excited by radiation at wavelength of 2537 @, is practically
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marl than that of the reaction product obtained by the process of Example 1.
EXAMPLE IV. -
We blend:
8.00 g of Ba (N03) 2
3.05 g of ZnO
4.79 g of SiO2
0.14 g of PbF2 and this mixture is sprayed into a mortar. The powder obtained is heated for 1 hour in an alundum crucible, in an oven at 950 C. The product obtained is pulverized again in a mortar and is heated, for one hour, in an alundum crucible, in an oven at 1050 C. The crucible and its contents are allowed to cool in the oven to normal room temperature. The spectral distribution, when excited by radiation at a wavelength of 2537 A, is practically the same as in Example 1.
EXAMPLE V.-
We blend :
0.98 g of BaC03
5.65 g of ZnC03
3.00 g of SiO2 and this mixture is suspended in 30-50 cm 3 of alcohol, after which it is ground for 16 hours in a ball mill.
To the suspension obtained, 5 cm3 of an aqueous solution of Pb (NO3) 2 at a concentration of 10-4 mol are added. gr. of Pb per cm3. The suspension thus obtained is dried by vaporization and the dry product is heated in air for 4 hours in an alundum crucible at a temperature of 1000 ° C., in an oven. Then, the crucible and its contents are allowed to cool in the oven. The product obtained is fine ground and sieved. The spectral distribution, when excited by radiation at wavelength of 2537 @, is practically 1. same as in example 1.
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EXAMPLE VI. -
A mix of :
2.96 g of BaCO3
2.43 g of ZnO
2.70 g of SiO2 is suspended in 100 cm3 of alcohol and is ground in a grinder. cannonballs. To the suspension obtained, 14 cm3 of an aqueous solution of Pb (NO3) 2 containing, per cm3, 10-4 mol are added. gr. of Ph The suspension thus obtained is dried by vaporization and the dry product is heated, for 4 hours, in an alundum crucible, in air, in an oven, at a temperature of 1000 C. Then, it is cooled in the furnace the crucible and its contents. If necessary, the luminescent substance obtained is crushed and sieved. The spectral distribution, obtained during excitation by radiation at wavelength of 2537 @, is represented in the drawing by curve 2.
The luminescent reaction products obtained by one of the aforementioned processes can be used in a known manner, as a luminescent layer, in or on a discharge tube or on a reflector. As shown in curves 1 and 2, the greater lead content of the substance prepared according to Example VI causes the emission of a greater quantity of radiation at a longer wavelength.