CN101896988A - 具有降低的颗粒损失的汞投配器件 - Google Patents

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Abstract

公开了具有高度降低的颗粒损失且含有释汞化合物和塑性金属或合金及任选的吸气材料的粉末混合物的汞投配器(10，20)。一种具有纤维状横截面的汞投配器件(10；20)，其通过切割具有相同横截面但较高长度的制成品获得，该器件包含：金属容器(11；21)及粉末混合物(12；22)，该粉末混合物包含至少一种适于通过加热来释放汞的材料和金属或金属合金，所述混合物布置于容器内。所述金属或金属合金具有低于130HV的维氏硬度，其重量百分数低于粉末混合物总重量的10％，且所述金属或合金粉末的尺寸不大于混合物中另一种粉末的尺寸。

Description

具有降低的颗粒损失的汞投配器件
技术领域
本发明涉及具有高度降低的颗粒损失的汞投配器件。
背景技术
汞投配器特别用于制造荧光灯。众所周知，这些灯为其工作需要包含压力为从几个到数百个百帕(hPa)的惰性气体的气体混合物及存在汞蒸气。
灯的现有制造方法要求使用添加汞的体系，该体系保证在投放元素中的精密度尽可能高。这一要求与如下需求相反：具有不低于给定最小值的汞量以允许灯工作，同时因已知汞的毒性而具有尽可能少量的汞以满足与汞使用有关的国际标准。在将灯用于液晶显示器(LCD)的背光(backlighting)时，对极精确投放的这些要求是特别难以实现的：不同于用于环境照明的灯，这些灯实际上具有几毫米的直径并因此具有非常小的体积，因此需要精确和可重复投放几毫克量的汞。
以申请人名义的国际专利公开WO 98/53479披露了汞投配器，其包括不完全封闭的金属容器，并含有由钛和汞的化合物(优选具有式Ti3Hg)和吸气材料即金属(优选锆)或合金(优选锆与选自过渡金属和铝的一种或多种其它元素)的粉末混合物。吸气材料具有吸附痕量气体例如水、氧气、氢气和碳氧化物的性能，所述痕量气体在已制造的灯中的存在将危害其工作。通过在约800-900℃的温度下加热，这些投配器释放所含有的几乎全部量的汞，从而允许对引入灯中的元素进行精确控制。特别是从工业角度上讲，在上述出版物中记载的最有效的投配器是通过切割具有约1毫米宽度和不定长度的梯形横截面的纤维状制成品得到的投配器。这种类型的投配器是通过包含以下步骤的方法制造的：使金属带材穿过适当的辊，其中带材被赋予具有平底的V型横截面；使用上述粉末混合物来填充由此获得的上方开放通道；将带材的上边缘弯回至粉末表面，使这些边缘之间留下宽度为200-400微米(μm)不等的缝；使用其宽度与缝宽度相等的辊来压制由此所得的制成品中的粉末；最后将纤维状的制成品切割至预定长度。如此制造的投配器在近几年获得了巨大的商业成功，这是由于精确投放汞的能力及其降低的横向(lateral)尺寸，在所引用专利公开的与图7相关的说明书部分中描述的所谓“双夹紧(double pinch-off)”法中，在LCD的背光灯制备期间，允许将所述投配器用于LCD背光灯中。
而且，这种类型的投配器还可以用于被设计成在灯自身中具有这些投配器的灯中，这样的结构记载于所引用的国际专利公开WO98/53479中。
这些投配器的问题是：在有些情况下，从起始纤维状制成品获得投配器的切割操作可导致压缩的粉末包裹体(package)不稳定。这可产生一些颗粒的损失，特别是从切割后所暴露的粉末包裹体的两个表面产生。因此，当实施“双夹紧”法时，如此制备的粉末可到达其中玻璃管被压制和焊接用以密封所制灯的区域。如果发生这种情况，则密封是不理想的(特别归因于在密封区域可能存在的裂缝或者由于在熔融玻璃中因内含颗粒而产生的气泡)，且必须丢弃该灯。当将汞投配器设计用于灯内时，颗粒的损失可危害其特性，例如导致形成暗斑。
发明内容
因此，本发明的目的是提供克服现有技术缺点的改良汞投配器，尤其是具有已知纤维状投配器的所有优点但与之相比具有减少的颗粒损失的投配器。
根据本发明，这些及其它结果是使用通过切割具有相同横截面但较高长度的制成品得到的具有纤维状横截面的汞投配器实现的，所述汞投配器包括：
-金属容器；
-布置于容器内的粉末混合物，其包含至少一种适于通过加热来释放汞的材料和金属或金属合金；
其特征在于所述金属或金属合金具有低于130HV的维氏硬度，所述金属或合金的重量百分数低于粉末混合物总重量的10％，且所述金属或合金的粉末的尺寸不大于混合物中其它粉末的尺寸。
发明人发现，将具有上述硬度的金属或合金填加到用于相似的已知投配器的粉末混合物，允许减少可发生于因切割产生的边缘的颗粒损失，通过所述切割制造了投配器本身。
附图说明
参考以下附图对本发明进行描述，其中：
-图1显示了本发明的投配器的第一实施方案；
-图2显示了根据本发明的投配器的第二可能实施方案；
-图3显示了从本发明投配器和现有技术投配器测试的颗粒损失结果图；
-图4显示了从本发明投配器和现有技术投配器测试的颗粒损失实验的结果图，所述现有技术投配器具有不同于图3所示实施例的投配组合物和金属负载。
在图1和2中，特别及非排除性地相对于代表性粉末及其尺寸，将所绘元件的尺度和尺度比例进行了改变，以增加这些图的可读性。
本发明的投配器具有狭长形状，具有低于1.5mm直径的横截面(可通常以圆圈标记)及几毫米的长度。因为纤维状制成品(可通过切割由其得到本发明的投配器)具有恒定的线性汞负载，所以投配器的长度取决于必须引入灯中的汞量。
图1显示了本发明投配器的第一实施方案。投配器10是由金属容器11形成的，通过在粉末混合物12的周围弯折金属带材(如前所述)制得该金属容器，以便在投配器的面(也可称之为侧)的整个长度中留下缝13。典型地，缝13的宽度为200-400微米。借助于具有与缝相同宽度的柱形辊还将缝用于(当制造通过切割从其获得投配器10的纤维状产品时)压制粉末，由此在粉末包裹体中形成凹槽14。
图2显示本发明的投配器的第二实施方案。在该情形中，由容器21形成投配器20，所述容器是完全封闭的，但在切割产生的端部处的开口除外，通过所述切割从初始制造的纤维状产品得到该投配器。这种类型的投配器可以通过如下方式来制造：在其直径大于纤维状最终直径的金属管中载入粉末混合物22，拉伸该组件以得到纤维状制成品并从该制成品切割所需长度的工件。然而，优选通过从填充有混合物22的管开始得到纤维状制成品，并使其通过在各个通路中降低制成品横截面的一系列压制辊，并在多套辊中使其向前填充。这种投配器20的制造方法比拉延法更优选，因为已观察到，相对于拉延法，轧制允许获得更恒定和可重复的线性汞负载，如以申请人名义的专利US6,679,745B2所述。
制造完全封闭的投配器结构的另一方法是通过使带材边缘连接或使其重叠来借助于与对缝型结构所描述的方法类似的方法。该后者方法对于制造具有多边形横截面的完全封闭的汞投配器是特别有用的。
制备容器的金属可以是在空气中稳定的任何金属。优选地，使用易于加工且在加热时具有低气体排出的金属，以抑制非所需气体进入预计使用投配器的灯中，所述投配器既通过双夹紧法作为外部汞源，又或者在某些类型的灯中作为内部的永久器件。优选的金属是钢、镍或镀镍的铁。制造的投配器的金属厚度为约十分之几毫米，典型为约0.1-0.3毫米。
由在加热时能够释放汞蒸气的材料和具有特定机械特性的金属或合金形成用于本发明的投配器的粉末混合物(在图1和图2中分别标记为12和22)。
释放汞的化合物可以是汞齐；然而，这些化合物的特征在于在约100-200℃的温度下已经开始释放元素，由此使得仅对于待用在灯制造过程的投配器的制造可以使用汞齐，在灯制造过程中未达到这些温度，在对投配器进行加热以释放汞的专用(dedicated)阶段除外。优选使用汞与钛和/或锆的化合物，例如在专利US 3,657,589中描述的具有通式TixZryHgz的化合物，且特别是化合物Ti3Hg或在专利公开WO2006/008771A1中描述的化合物，特别是具有重量百分数组成为Ti22.5-Cu 30-Cr 5.5-Hg 42的化合物。将这些化合物以粉末形式用于本发明的投配器，所述粉末具有低于250μm的晶粒尺寸，优选低于125μm。
混合物的第二组分是具有根据维氏法测得的低于130HV硬度的金属或金属合金。在说明书其余部分，还将这些金属或合金定义为塑性组分。通过金属技术中的标准方法测量维氏硬度，该方法由如下构成：将锥形金刚石尖端(具有标准形状和尺寸)置于在必须测量硬度的材料表面上，在尖端施加预定载荷持续预定时间，并测量尖端在表面所产生的痕迹尺寸。维氏硬度值由数值及其后的符号HV表示。在大多数通常测量条件下，施加到尖端的载荷是30kg，且施加载荷持续10-15秒。
这些条件用于本说明书所述的所有测试中，且假定在这些条件下得到本发明所限定的维氏硬度值。发明人发现，具有这些硬度值的金属或合金粉末在制备处理产品(由其获得投配器)期间具有合适的变形特性。这样，金属或合金粉末被汞化合物颗粒所渗透，并对所述颗粒充当“胶粘剂”。适用于本发明目的的金属的例子是：铅、金、银、铜、铝、锌、铟、锡、钛和镍。优选地，使用那些在约800-900℃的温度(在此温度下加热投配器以引起汞排出)下不产生蒸气的金属，以免污染灯；使用无毒的金属，以便于投配器的制造操作及其使用后的处理，以及低成本的金属。根据这些进一步的选择标准，优选的是锡(具有30-60HV的硬度)、铝(20-50HV)、铜(50-90HV)、钛(60-80HV)和镍(100-130HV)。根据其组成，合金具有可显著变化的硬度。对本发明有用的合金是铝-铜合金，例如包含25重量％(或更多)的铝而硬度为约130HV(或更低)的合金；具有约60-130HV硬度的铜-锌合金；或包含约30-80重量％锡的铜-锡合金。
为了实现投配器中颗粒损失的降低，需要小百分数的塑性金属或合金，其占粉末混合物总重量的0.5-10％。使用低于0.5％的重量百分数，塑性组分的量过少而不能获得“胶粘”效果，而大于10％的量导致汞化合物量的无效减少而不提供其它优点。优选地，塑性组分占粉末混合物的2-5重量％。
除重量比率之外，粉末的保持效果还归因于形成混合物的材料粉末的尺度比率。具有过大尺寸的塑性组分粉末可导致高度非均匀的混合物，以及其中不存在塑性组分的相对宽的混合物区域，且因此不能完成其任务。另一方面，发明人观察到过细的塑性组分粉末虽然确保了混合物的最好均匀性，但不能实现来自投配器的切割边缘的颗粒损失的减少。已证明，为了实现本发明的目的，塑性组分的粉末具有的尺寸必须不大于汞化合物粉末的尺寸且优选为汞化合物粉末的尺寸的0.2-0.8倍。
用于本发明投配器的粉末混合物可以包含除两种上述组分外的其它组分。例如，混合物优选地包含用于吸附存在于成品灯中或在其制造步骤中的气体的吸气材料粉末。正如在本领域所公知的，优选的吸气材料是金属例如铌、钒和铪，且优选钛和锆，或锆与过渡元素、铝或稀土的合金。优选的吸气材料是Zr-Al合金，其包含约16重量％铝，或Zr-Co-A合金(其中A表示选自Y，La或稀土的一种或多种元素)，在以申请人名义的专利US 5,961,750中对其进行了描述。吸气材料颗粒的尺寸与汞化合物颗粒相似。
当投配器中存在的粉末混合物包含3(或更多)种组分时，塑性组分的量按重量计必须为混合物总重量的0.5-10％(优选2-5％)。
具体实施方案
将通过以下实施方案进一步说明本发明。
实施例1
根据文中所述方法，制造了具有如图1所示形状的不同汞投配器样品，且所述汞投配器样品含有具有重量百分数组成为Ti 22.5-Cu30-Cr 5.5-Hg 42的汞化合物(申请人以名称St 545出售)、重量百分数组成为Zr 84-Al 16的吸气合金(申请人以名称St 101出售)以及铝的粉末混合物，铝在参照样品中并不存在。对于汞化合物和吸气合金，粉末的平均尺寸低于180微米，且对于铝，粉末的平均尺寸低于125微米。在表1中给出了用于不同样品的混合物的重量百分数组成。
表1
  样品   重量％St 545   重量％Zr-Al合金   重量％铝
  参照   50   50   0
  1   49.5   49.5   1
  2   49   49   2
  3   48.5   48.5   3
不考虑混合物的不同组成，在相同条件下制备所有样品，且特别通过对柱形辊施加相同压缩载荷以在粉末包裹体上形成凹槽，且通过使用相同工具和相同的施加强度从初始纤维状制成品切割样品。
通过在振动盘上振动样品持续10-40分钟不等的时间，且测量在测试起始和结束时按重量计的颗粒损失来对这些系列样品(对于每一类型均为300片8mm长)进行颗粒损失测试。对每一样品重复5次颗粒损失测试。
在图3中的坐标图中说明了测试结果。对每一系列样品显示了两条曲线，上方曲线和下方曲线表示该系列样品随时间的颗粒损失的最大值和最小值(以与粉末混合物总重量的重量百分数来表示)。字母“C”表示与参照样品相关的两条曲线，而数字1、2、3标记了与具有相应于表1中数字的样品系列相关的曲线。具有下标“最大”的曲线表示了给定系列样品的最大颗粒损失值，而具有下标“最小”的曲线表示了最小颗粒损失值。
实施方案2
与实施方案1相似，制造了具有图1所示形状的不同汞投配器样品，且所述汞投配器样品含有钛-汞化合物(申请人以名称St 505出售)、重量百分数组成为Zr 84-A1 16的吸气合金(申请人以名称St101出售)以及铝的粉末混合物，铝在参照样品中并不存在。在表2中给出了用于不同样品的混合物的重量百分数组成。
表2
  样品   重量％St 505   重量％Zr-Al合金   重量％铝
  参考   80   20   0
  1   73   20   7
在图4中的坐标图中说明了测试结果。在这种情况下，标记“C1”表示了与参照样品相关的两条曲线，而数字4表示了与本发明样品相关的曲线，其组成记载在表2中；在这种情况下，具有下标“最大”的曲线也表示了给定系列样品的最大颗粒损失值，而具有下标“最小”的曲线表示了最小颗粒损失值。
图3和图4中的曲线显示出本发明的样品与参照样品相比具有明显降低的颗粒损失，且在损失颗粒量方面具有较小变化性。除了降低的颗粒损失外，所损失颗粒量的较小变化性的特性在灯的工业制造中也是有用的，因为它允许具有较高的汞投放可重复性。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种具有纤维状横截面的汞投配器件(10；20)，其通过切割具有相同横截面但较高长度的制成品获得，该器件包括：
-金属容器(11；21)；
-粉末混合物(12；22)，其包含至少一种适于通过加热来释放汞的材料和金属或金属合金，所述混合物布置于容器内；
其特征在于所述金属或金属合金具有低于130HV的维氏硬度，所述金属或合金的重量百分数低于粉末混合物总重量的10％，且所述金属或合金粉末的尺寸为汞释放材料粉末的尺寸的约0.2-0.8倍。
2.权利要求1所述的器件(10)，具有梯形横截面，在其面的整个长度中具有宽度为200-400μm的缝(13)，以及通过压制与缝(13)相应布置的粉末在粉末混合物(12)中获得的凹槽(14)。
3.权利要求1所述的器件(20)，具有完全封闭的圆形或多边形横截面。
4.权利要求1所述的器件，其中用于制备容器的金属选自钢、镍、或镀镍的铁。
5.权利要求1所述的器件，其中在成品投配器中的容器的金属厚度为约0.1-0.3mm。
6.权利要求1所述的器件，其中所述汞释放材料是汞与钛和/或锆的化合物。
7.权利要求6所述的器件，所述汞释放材料选自化合物Ti3Hg和重量百分组成为Ti 22.5-Cu 30-Cr 5.5-Hg 42的化合物。
8.权利要求6所述的器件，所述汞释放材料的粉末具有小于250μm的颗粒尺寸。
9.权利要求8所述的器件，其中所述颗粒尺寸低于125μm。
10.权利要求1所述的器件，其中所述金属或金属合金选自：铅、金、银、铜、铝、锌、铟、锡、钛和镍、包含至少25重量％铝的铝-铜合金、铜-锌合金和包含30-80重量％锡的铜-锡合金。
11.权利要求1所述的器件，其中所述金属或金属合金的存在量以重量百分比计高于粉末混合物总重量的0.5％。
12.权利要求1所述的器件，其中所述重量百分比为2-5％。
13.权利要求1所述的器件，其中所述混合物还包含吸气材料粉末。
14.权利要求13所述的器件，其中所述吸气材料选自：锆、钛、铌、钒、铪以及锆与一种或多种选自过渡元素、铝或稀土的合金。
15.权利要求14所述的器件，其中所述合金选自包含约16重量％铝的锆-铝合金和Zr-Co-A合金，其中A表示一种或多种选自Y、La或稀土的元素，其大概具有重量百分组成Zr 80-Co 15-A 5。
16.权利要求13所述的器件，其中所述吸气材料粉末具有小于250μm的颗粒尺寸。
17.权利要求13所述的器件，其中具有低于130HV的维氏硬度的金属或金属合金的存在量以重量百分比计高于粉末总重量的0.5％。
18.权利要求17所述的器件，其中所述重量百分比是2-5％。
19.一种灯，其含有权利要求1所述的汞投配器件。
20.通过双夹紧法制备灯的方法，其中使用权利要求1所述的汞投配器件实施所述方法。

Claims (21)

1.一种具有纤维状横截面的汞投配器件(10；20)，其通过切割具有相同横截面但较高长度的制成品获得，该器件包括：
-金属容器(11；21)；
-粉末混合物(12；22)，其包含至少一种适于通过加热来释放汞的材料和金属或金属合金，所述混合物布置于容器内；
其特征在于所述金属或金属合金具有低于130HV的维氏硬度，所述金属或合金的重量百分数低于粉末混合物总重量的10％，且所述金属或合金粉末的尺寸不大于混合物中其它粉末的尺寸。
2.权利要求1所述的器件(10)，具有梯形横截面，在其面的整个长度中具有宽度为200-400μm的缝(13)，以及通过压制与缝(13)相应布置的粉末在粉末混合物(12)中获得的凹槽(14)。
3.权利要求1所述的器件(20)，具有完全封闭的圆形或多边形横截面。
4.权利要求1所述的器件，其中用于制备容器的金属选自钢、镍、或镀镍的铁。
5.权利要求1所述的器件，其中在成品投配器中的容器的金属厚度为约0.1-0.3mm。
6.权利要求1所述的器件，其中所述汞释放材料是汞与钛和/或锆的化合物。
7.权利要求6所述的器件，所述汞释放材料选自化合物Ti3Hg和重量百分组成为Ti 22.5-Cu 30-Cr 5.5-Hg 42的化合物。
8.权利要求6所述的器件，所述汞释放材料的粉末具有小于250μm的颗粒尺寸。
9.权利要求8所述的器件，其中所述颗粒尺寸低于125μm。
10.权利要求1所述的器件，其中所述金属或金属合金选自：铅、金、银、铜、铝、锌、铟、锡、钛和镍、包含至少25重量％铝的铝-铜合金、铜-锌合金和包含30-80重量％锡的铜-锡合金。
11.权利要求1所述的器件，其中所述金属或金属合金的存在量以重量百分比计高于粉末混合物总重量的0.5％。
12.权利要求1所述的器件，其中所述重量百分比为2-5％。
13.权利要求1所述的器件，其中金属或金属合金粉末的尺寸为汞释放材料粉末的尺寸的0.2-0.8倍。
14.权利要求1所述的器件，其中所述混合物还包含吸气材料粉末。
15.权利要求14所述的器件，其中所述吸气材料选自：锆、钛、铌、钒、铪以及锆与一种或多种选自过渡元素、铝或稀土的合金。
16.权利要求15所述的器件，其中所述合金选自包含约16重量％铝的锆-铝合金和Zr-Co-A合金，其中A表示一种或多种选自Y、La或稀土的元素，其大概具有重量百分组成Zr 80-Co 15-A 5。
17.权利要求14所述的器件，其中所述吸气材料粉末具有小于250μm的颗粒尺寸。
18.权利要求14所述的器件，其中具有低于130HV的维氏硬度的金属或金属合金的存在量以重量百分比计高于粉末总重量的0.5％。
19.权利要求18所述的器件，其中所述重量百分比是2-5％。
20.一种灯，其含有权利要求1所述的汞投配器件。
21.通过双夹紧法制备灯的方法，其中使用权利要求1所述的汞投配器件实施所述方法。
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