CN102321828A

CN102321828A - 一种优化的铋铟汞合金

Info

Publication number: CN102321828A
Application number: CN 201110232976
Authority: CN
Inventors: 何志明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-08-13
Filing date: 2011-08-13
Publication date: 2012-01-18

Abstract

本发明公开了低气压汞放电灯使用的一种优化的铋铟汞合金，铋铟汞的质量比为：Bi:In:Hg=71～80:16～24:5～8，其中：铋和铟的质量比满足：铋Bi/铟In＞3.0，铟和汞的质量比满足：铟In/汞Hg＜5.0。该铋铟汞合金同时具有三大优点：1、提高峰值和拐点处汞蒸气压值，整体提高其工作温度区域内的汞蒸气压，满足小管径节能灯的要求，工作范围宽。2、“汞合金光衰”相对小。3、汞合金熔融温度高于或接近△T95的最高工作温度。

Description

一种优化的铋铟汞合金

技术领域

本发明涉及一种固态汞合金材料，具体是低气压汞放电灯用的一种优化的铋铟汞合金。

背景技术

低气压汞放电灯内汞原子被激发产生253.7nm紫外辐射，253.7nm紫外激发荧光粉，转换为可见光。低气压汞放电灯发光效率与汞原子浓度有关，也即与汞蒸汽压值有关，灯内存在一最佳汞蒸汽压值，最佳汞蒸汽压值与管径对应，管径越小，最佳汞蒸汽压值越大。资料介绍：φ38mm（T12）低压汞灯，最佳汞蒸汽压值约0.8 Pa，我们通过测试测得：φ12mm节能灯，最佳汞蒸汽压值约1.2Pa；φ10mm节能灯，最佳汞蒸汽压值约1.5Pa，φ8mm节能灯，最佳汞蒸汽压值约1.7Pa。

随着对节能灯光效、色坐标等指标要求的提高，控制汞蒸汽压型汞合金应同时满足三个条件：一、对特定管径的低气压汞放电灯，工作温度区域△T95宽，一般要求△T95＞30℃。二、当汞合金失汞后，△T95与初始范围重叠的温度区域越大越好。三、汞合金的熔融温度高于或接近△T95的最高工作温度。△T90指灯的相对光输出大于90%所对应汞合金连续的工作温度范围，△T95指灯的相对光输出大于95%所对应汞合金连续的工作温度范围。△T95与汞合金控制汞蒸汽压的性能有关，在较宽的温度范围内能将汞蒸汽压稳定在很窄的范围内的波动范围且汞蒸汽压的平均值获中心值与灯所需的最佳汞蒸汽压一致，则△T95越大或越宽，两个条件缺一不可。同一汞合金在不同管径的低气压汞放电灯中，△T95的范围不同；一般而言，管径越小，△T95越小。汞合金含汞比例降低50%后，要求重叠的温度区域>20℃。这样便于选择汞合金的工作温度区域，既保证灯的发光效率和一致性，同时保证灯参数在长时间燃点后不会因汞合金特性的变化而大幅变化，即减少“汞合金光衰”。汞合金的熔融温度指汞合金可以流动的起始温度，介于固相温度与液相温度之间，用Te表示。Tmax指△T95的最高温度。汞合金的熔融温度高于或接近最高工作温度是指Te≥Tmax-5℃。当Te=Tmax-5℃时，假如汞合金实际工作温度为Tmax，汞合金可能流入灯内，但汞合金中仍存在一定比例的固体成分，流入灯内的机率小。当汞合金的熔融温度远低于实际工作温度时，液态或熔融态的铋铟汞合金易流入灯内，破坏原设计，导致灯的光电参数劣化，导致阴极发黑，光通量下降，寿命降低等问题。

专利CN1776882A公开了一种铋铟汞合金，其中Bi、In、Hg质量含量分别为60-70%、25%-35%、3%-8%，还含有质量含量为0.1%-3.5%的参杂元素，参杂元素为Pt、Ir、Pb、Rh、Cu、Ag、Au、Zn、Ni、Mn、Fe、Co、Ti中的至少一种，该方案铟含量较高，95-110℃温度区域内拐点处的汞蒸气压值（最小汞蒸气压值）低于0.75Pa，对φ12mm、φ10mm、φ8mm的节能灯而言，远小于其所需的最佳汞蒸汽压，所以△T95均小于30℃。该合金熔融温度约为103℃，远小于△T95的最高工作温度，既不满足上述条件一，也不满足上述条件三。

专利US4157485A公开了一种铋铟汞合金，铋的原子数与铟的原子数之比在0.4:0.6和0.7:0.3之间，汞的原子数与铋和铟的原子数和之比在0.01:0.99和0.15:0.85之间,换算为质量比范围是Bi:In:Hg=41.2～72.1 : 17.0～34.0 : 1.0～17.5，这是早期针对粗管径荧光灯研究的成果，其中有很大的区域不可实施，该合金方案未对于φ12mm、φ10mm、φ8mm节能灯进行适应性的研究和阐述，不满足控制汞蒸汽压型汞合金所应具备的条件。在这一专利指导下，过去二十年中最常用的配方为：Bi:In:Hg=（64-67）:（30-33）:（3.5-6），在节能灯应用时，一直出现灯参数离散性大、汞合金光衰大、汞合金熔融流入灯内等问题，这些问题始终没能得到解决。如传统典型B铋铟汞Bi:In:Hg=65:31.5:3.5，其中铋铟原子数之比为Bi:In = 1.13:1，铋铟质量之比为Bi:In = 2.1:1，传统认为的工作温度区域70-135℃内，汞蒸汽压为：70℃时0.6Pa——90℃时0.8Pa——105℃时0.5Pa——125℃时1.2Pa——135℃时1.7Pa，在该温度区域内相对液汞具有较高的发光效率。但因铋铟汞合金在中间温度约105℃时，汞蒸汽压会下降，降到0.5Pa，对于26mm以上的荧光灯存在较大的△T95范围，对于φ12mm、φ10mm、φ8mm节能灯△T95均较小。传统的铋铟汞合金尽管可以工作到125℃甚至更高，但由于液相点的温度只有110℃，熔融温度只有103℃，设计的工作区域与熔融温度失配，在工作超过110℃温度时使用困难。

目前带罩节能灯或高管壁负载低压汞放电灯主要用Bi-Pb-Sn-Hg、Bi-In-Hg、In-Pb-Sn-Hg三类可控制汞蒸汽压型汞合金。Bi-Pb-Sn-Hg、In-Pb-Sn-Hg除了含少量汞外，还含较大比例的铅Pb，不符合环境保护的要求，将被限制使用。小管径带罩节能灯近几年的发展迅速，使用传统的Bi-In-Hg普遍出现：1、灯离散性大，平均光通量低，色坐标难控制；2、液态或熔融态的铋铟汞合金易流入灯内；3、“汞合金光衰”大等问题，这些问题一直困扰着照明行业，影响带罩节能灯的发展，急迫需要解决。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足，提供一种优化的同时满足以下特性的低气压汞放电灯用的铋铟汞合金：1、提高90℃的峰值汞蒸气压值大于0.9Pa，拐点处的汞蒸气压值（最小汞蒸气压值）,大于0.75Pa，使其工作温度区域内的汞蒸气压值整体提高，满足小管径节能灯的要求。对于直径φ12mm的节能灯，工作温度区域为70-110℃，△T95＞35℃，对于直径φ10mm的灯管，工作温度区域为75-110℃，△T90＞30℃。2、有助于减少“汞合金光衰”。3、熔融温度高于或接近△T95的最高工作温度，具体是Te≥Tmax-5℃。

本发明的目的是这样实现的，铋铟汞合金是含有铋铟汞的合金，铋铟汞的质量比为：

Bi:In:Hg=71～80:16～24:5～8,其中：铋和铟的质量比满足：铋Bi/铟In＞3.0,铟和汞的质量比满足：铟In/汞Hg＜5.0。

由于铟In/汞Hg＜5.0，有助保证提高90℃的峰值汞蒸气压值，提高拐点处的汞蒸气压值，减少蒸气压值的波动，整体提高工作温度区域内的汞蒸气压值，使其接近小管径节能灯所需的最佳汞蒸汽压值。铟In/汞Hg＜5.0也有助于减少“汞合金光衰”，如铟In/汞Hg=3.5，当灯内逐步消耗汞使汞合金中铟In/汞Hg=4.5，汞蒸汽压的变化相对较小。由于铋Bi/铟In＞3.0，偏离合金的共晶点，有助提高铋铟汞合金熔融温度。

本发明的铋铟汞合金在工作温度区域能稳定地控制灯内汞蒸汽压在1.0Pa附近，对直径φ12mm的低气压汞放电灯在工作温度区域具有稳定的汞蒸汽压，灯获得接近最佳的发光效率，产品的稳定性、一致性好。φ10mm低气压汞放电灯的光电参数也明显优于传统的铋铟汞合金。

本发明按以上所述的合金配比后，可以用常规的熔融滴制成球丸的方法制造。

附图说明

图1和图2分别为本发明Bi 71 In23 Hg6与传统Bi 65 In31.5 Hg3.5在外径φ12mm和φ10mm灯管中相对光输出—温度特性曲线及汞蒸汽压—温度特性曲线，温度特性是通过柯维光电公司自行研发的设备测试，其中：

曲线1：Bi 71 In23 Hg6在φ12mm灯管中的相对光输出—温度特性曲线；

曲线2：Bi 65 In31.5 Hg3.5在φ12mm灯管中的相对光输出—温度特性曲线；

曲线3：Bi 71 In23 Hg6的汞蒸汽压—温度特性曲线；

曲线4：Bi 65 In31.5 Hg3.5的汞蒸汽压—温度特性曲线；

曲线5：Bi 71 In23 Hg6在φ10mm灯管中的相对光输出—温度特性曲线；

曲线6：Bi 65 In31.5 Hg3.5在φ10mm灯管中的相对光输出—温度特性曲线；

η（%）—指相对光输出 T℃—指汞合金的温度

外径为φ12mm灯的最佳汞蒸汽压Po 为1.2Pa，如曲线3中的A点、曲线4中的B点。外径为φ10mm灯的最佳汞蒸汽压Po 为1.5Pa，如曲线7中的C点、曲线8中的D点。Bi 71 In23 Hg6在90℃时达到第一个汞蒸汽压的峰值约为1.0Pa，如曲线3的E点，而Bi 65 In31.5 Hg3.5在90℃时达到第一个汞蒸汽压的峰值约为0.8Pa，如曲线4的F点。Bi 71 In23 Hg6在在100℃汞蒸汽压存在拐点P，约为0.8Pa，而Bi 65 In31.5 Hg3.5在105℃附近存在拐点Q，约为0.55Pa。

图中可清晰看到，本发明的铋铟汞合金在工作温度区域内能将汞蒸汽压更稳定地控制在1.0Pa，整体提高工作温度区域内的汞蒸气压值，使其接近小管径节能灯所需的最佳汞蒸汽压值。本发明铋铟汞合金平均光通量比传统铋铟汞合金平均光通量要高，光电参数一致性好。

具体实施方式

下面结合多个具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1：铋铟汞合金按质量比（m/m） Bi：In：Hg=71：24：5，经熔融滴制成球丸，应用在带罩节能灯中，平均光效比典型Bi：In：Hg=64：31：5的铋铟汞合金高，灯的光输出稳定性、一致性好。

实施例2：铋铟汞合金按质量比（m/m） Bi：In：Hg=72：22.5：5.5，经熔融滴制成球丸，应用在φ12mm、φ10mm带罩节能灯中，平均光效高，灯的光输出稳定性、一致性好。

实施例3：铋铟汞合金按质量比（m/m） Bi：In：Hg=75：20：5，经熔融滴制成球丸，应用在φ12mm、φ10mm带罩节能灯中，平均光效高，灯的光输出稳定性、一致性好。

实施例4：铋铟汞合金按质量比（m/m） Bi：In：Hg=71：21：8，经熔融滴制成球丸，应用在小功率带罩节能灯中中，平均光效高，灯的光输出稳定性、一致性好。

实施例5：铋铟汞合金按质量比（m/m） Bi：In：Hg=71：22：7，经熔融滴制成球丸，应用在小功率带罩节能灯中，平均光效高，灯的光输出稳定性、一致性好。

实施例6：铋铟汞合金按质量比（m/m）Bi：In：Hg=73：21：6，经熔融模铸成球丸，应用在13-20w节能灯，平均光效高，合金液相点的温度高，可用于圆排气机自动化生产。

实施例7：铋铟汞合金按质量比（m/m）配比Bi：In：Hg=76：19：6经熔融滴制成球丸，应用在小功率带罩节能灯中，平均光效高，灯的光输出稳定性、一致性好。

实施例8：将铋铟汞按质量比（m/m）配比Bi：In：Hg=78：17：5经熔融滴制成球丸，应用在小功率带罩节能灯中，平均光效高，灯的光输出稳定性、一致性好，汞合金熔融温度高。

实施例9：将铋铟汞按质量比（m/m）配比Bi：In：Hg=80：15：5经熔融滴制成球丸，应用在带罩节能灯中，平均光效高，灯的光输出稳定性、一致性好，汞合金熔融温度高。

实施例10：将铋铟汞添加锌按质量比（m/m）配比Bi：In：Hg：Zn=74：19：5：1经熔融滴制成球丸，应用在小功率带罩节能灯中，平均光效高，灯的光输出稳定性、一致性好。

实施例11：将铋铟汞添加锑按质量比（m/m）配比Bi：In：Hg：Sb=71：23：5：2经熔融滴制成球丸，应用在小功率带罩节能灯中，平均光效高，灯的光输出稳定性、一致性好，汞合金强度高。

实施例12：将铋铟汞添加银按质量比（m/m）配比Bi：In：Hg：Ag=77：16：5：2经熔融滴制成球丸，应用在带罩节能灯中，平均光效高，灯的光输出稳定性、一致性好，汞合金熔融温度高，汞合金不溢汞。

以上所述之实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种优化的铋铟汞合金，其特征在于：铋铟汞合金的熔融温度高于或接近于△T95的最高工作温度，汞合金90℃的峰值汞蒸气压值大于0.9Pa，拐点处的最小汞蒸气压值大于0.75Pa，铋铟汞合金是含有铋铟汞的合金，铋铟汞的质量比为：

2.根据权利要求1所述的一种优化的铋铟汞合金，其特征在于：铋铟汞合金的熔融温度高于或接近△T95的最高工作温度，具体是Te≥Tmax-5℃。

3.根据权利要求1所述的一种优化的铋铟汞合金，其特征在于：所述的铋铟汞合金该汞合金还添加有少量锑、锌、银、金、铈、铝、锗金属，进一步提高汞合金的熔融温度，避免汞合金颗粒溢汞粘连。