CN102844836A

CN102844836A - 改进的放电灯

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Publication number: CN102844836A
Application number: CN201180019595XA
Authority: CN
Inventors: A·科拉扎; V·马萨罗; S·P·乔吉
Original assignee: SAES Getters SpA
Current assignee: SAES Getters SpA
Priority date: 2010-04-21
Filing date: 2011-04-12
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2031-04-12
Also published as: CN102844836B; WO2011092349A1; IT1399507B1; US8314553B2; EP2419919B1; EP2419919A1; US20120112631A1; ITMI20100679A1

Abstract

本发明涉及一种包含充当用于汞齐Bi-In-X-Hg支撑体的有孔金属结构的改进放电灯，一种用于控制放电灯内汞压力的方法和用于制造这些灯的方法。

Description

改进的放电灯

本发明涉及含有充当用于Bi-In-X-Hg汞齐的支撑体的有孔金属结构的改进放电灯，其中X表示合适选择的另一种金属。本发明还涉及用于控制放电灯内汞压力的方法和用于制造这些灯的方法。

本发明有利地用于所谓的低汞压力灯，即其中在工作期间汞压力比1巴低得多的灯。特别地，已知在很多这些灯中，例如在大部分线性和紧凑的荧光灯中，为了获得最好的性能，优选在灯工作期间汞压力为0.5-1.5Pa。

本领域中的一个主要问题是准确投放汞的量，以及控制在灯工作期间建立的汞压力。在太低的压力值下，事实上不可能获得源自被激励的汞原子的辐射发射的有效机制，因为这些为小数目，而处于气相的过量汞浓度导致被激励的原子通过机制例如辐射发射的自动吸收和非辐射能量传递而彼此反应，从而引起灯的光通量减少。

在灯内初始投放汞的方法不是本发明的目的，并且汞投放在本领域中通常以不同的方法进行。例如，以液滴、源自灯外部来源的气相的形式或通过插入在低温下释放汞的汞齐来投放汞。对于将汞引入一些类型的灯来说特别有利的另一解决方法利用了灯自身的部件之一，例如为了支撑适合在高温下释放汞的合金的电极罩。

如上所述，为了优化灯的光通量和发光效率，控制随着时间推移的汞压力至准确值是非常重要的。在本领域使用的一个权宜之计是使用控制（control）或工作汞齐（关于其中通过汞齐或其它合适的“主要”源进行汞的初始引入的灯，后一术语是有意义的）。涉及使用控制汞齐的优点和改进在本领域是众所周知的并且例如描述于专利US4157485中。在该文件中，公开了铋-铟汞齐控制在低压下工作的放电灯内的汞量。然而，没有公开特别有利的引入方法并且公开了相关的限制，例如与温度相关。

EP0307037公开了为了在灯内具有汞的正确压力，使用制备成在高于105℃的温度下工作的In-Sn-Zn汞齐。

US5798618公开了各种汞齐的使用，其中在宽泛的温度范围并且甚至可达到340℃使用通常基于铟、银和In-Ag合金的汞齐。相同类型的汞齐，特别是关于In-Ag汞齐，描述于公开JP63-66841中，并且在该情况下也提及宽泛的温度范围。

US2005/0231095公开了使用In-Ag、In-Sn或In-Cu作为具有可能另外添加其它元素的控制汞齐的灯，其优化温度范围为100℃-170℃并且在普通金属支撑体上使用。

在WO2007/038419中公开了将基于Bi-I n的汞齐球体与其它任选的替代元素一起使用的可能性，其中还公开了在特别高、达到300℃的温度下汞齐的热处理。然而，汞齐球体的使用可限制与汞关于其在最终装置中的吸收和释放的相互作用速度。

而WO2008/107654公开了使用Bi-Sn-In汞齐来控制放电灯内的汞压力。在该情况下也提及了可具有特别高的数值、达到170℃的工作温度。

在申请人名下的WO2006/070426公开了旨在支撑以低熔点为特征的各种活性材料的有孔网的制造方法，其中Bi-In合金，提及它们可能作为荧光灯内的控制汞齐的用途。然而，该文件没有教导这些材料的优化使用，也没有教导关于在放电灯内其有效使用的任何温度范围。

因此本发明的一个目的是优化灯中汞齐的引入模式，以便控制它们工作期间的汞压力，通过在材料、支撑体类型和其在灯内的布置中开发特别的组合，导致在灯工作期间加热该支撑体的温度。

本发明的第一方面在于包括有孔金属结构的放电灯，其每个孔具有的表面积不大于0.16mm²，其中在所述穿孔的带材上沉积包含至少45重量%铋的汞齐Bi-In-X-Hg，元素X具有0-10%的重量含量并且由一种或多种以下元素形成：Sn、Ga、Ag、Au、Sb、Te，包含0.3重量%-12重量%数量的汞，并且在灯内在一定位置处布置所述有孔金属结构，使得其工作温度为60℃-95℃。

在一个优选的实施方案中，每一个孔的表面积不低于0.01mm²。

术语有孔金属结构想象到其最通常并且功能上等效的变体元件例如金属网、金属筛和穿孔的金属带材。

在一个优选的实施方案中，有孔金属结构的厚度为0.2-0.5mm，关于用于其制造的材料，优选使用镍或镀镍的铁。

开始时将在本领域中通常称为“汞齐化材料”或“母合金”的不包含汞的组合物沉积到有孔金属结构上，并且由于在灯的制造方法的先前步骤期间引入汞和所述元素与母合金之间的相互作用而形成汞齐。

将参考以下附图进一步描述本发明。

－图1A显示了支撑根据本发明的汞齐的有孔金属结构的图片，并且图1B显示了其简化的图示；

－图2A是支撑不根据本发明的汞齐的有孔金属结构的对比图片，并且图2B显示了其简化的图示；

－图3显示了对于不同类型的汞齐的汞平衡压力与温度的函数关系的对比图片；并且

－图4A和4B显示了灯的细节，其中安装了根据本发明的有孔金属结构。

在附图中，特别是参考图4A和4B，各种零件的尺寸和尺寸比例是不正确的，而是为了改进图的可理解性作出了改变。

图1显示了支撑根据本发明的汞齐的有孔金属结构的图片。在该情况下，网10为T形并且包含充当杆的较薄部件11和具有较大表面积的部件12，该部件12分成两部分，即在其上沉积Bi-In汞齐的部分13和在其上不沉积汞齐的部分14。为了改善图片的可读性，图1B显示了已必要简化的图1A的图片的图示，并且保留了上述元件相同的附图标记。

关于上面附图公开的实施方案是特别有利的，因为它避免了由在通常通过焊接进行的有孔金属结构的固定操作期间母合金存在所致的干扰。特别地，这些干扰随后还可发生，作为将母合金因暴露于汞而转变成汞齐的效应。

特别地，在一个优选的实施方案中，将母合金和随后的汞齐在暴露于汞后布置在有孔金属结构上至少50%的可获得的表面积上。在一些情况下优选具有一部分没有汞齐/母合金的沉积物。

这允许使用用于将不是过分宽和大体积的母合金/汞齐引入的支撑体，并且同时保持一部分支撑体不含母合金/汞齐以便允许有孔金属结构较容易的固定。

图1的目的是显示可能的结构，但是则其它的实施方案也是可能的并且是绝对等效的，假设它们的特征在于使用具有上面提及的孔的尺寸特征的有孔金属结构。例如，在另一个实施方案中，有孔支撑体的几何形状可为不同的，并且网可具有不必为圆形但具有绝对等效的其它几何形状的孔，例如长斜方形、矩形或六边形。

类似地，支撑体的几何形状可为不同类型并且不限于图1所示的T形。特别地，其它有利的几何形状为L形，并且更通常为具有对应于图1中部件11的较薄部件的任何几何形状，这有利于有孔网在灯内的固定操作。

本发明人发现，孔的尺寸和在灯工作期间可使汞齐所处于（同时避免材料沉积物分离）的温度之间存在非常重要的关系。该重要方面倾向于随着时间推移而发生。温度越高，汞齐越软化，还考虑到汞齐必须在这样的温度条件下工作：至少部分地达到材料的半液体状态，结果是汞齐倾向于从孔中出来并且从支撑体分离。因此，为了有效地保留处于软化或半液态条件的汞齐，具有大于0.16mm²表面积的孔不能使用毛细管效应。具有低于0.01mm²表面积的孔是不合适的，因为它们可仅获得有限量的材料。

图2显示了对比实施例，具有支撑着In-Ag-Hg汞齐的网20在150℃下加热循环170小时工作后的图片，其为该材料的优选工作温度之一（使用的热循环：在150℃下30分钟并且在室温下30分钟）。可清楚地看出，显著部分的汞齐从区域23移动到区域24和突出部（tab）21，后者焊接至支撑钩25上。如通过将图2与图1对比可看到的，开始时有孔金属结构的部分21和24不含汞齐，而在这些条件中汞齐还与有孔支撑体分离。该现象可负面影响灯的工作，因为损失的部分可导致黑化或暗淡现象，因而危害灯的光通量品质，或损失的部分可向灯的冷却区域移动，并且因而导致汞压力的不良控制或导致处于气相状态的汞量的损失，从而引起灯的提前老化。

温度平衡是非常重要的，具有汞齐的有孔金属结构必须在该温度下工作。事实上，为了处于足以保证充分的汞压力的温度下，汞齐邻接电极是必要的，但是与此同时，为了避免上面提及的主要与汞齐分离相关的问题，该温度必须不太高。

出于该原因，通过使用包含至少45重量%铋的汞齐Bi-In-X-Hg实施本发明，其中元素X具有0-10%的重量含量并且由一种或多种以下的元素形成：Sn、Ga、Ag、Au、Sb、Te。

在如图3所示的汞分压与温度的函数的半对数图上可观察到源自该类型汞齐的优点，图3列出了从有孔网获得的数据，在该有孔网上存在以下的汞齐：

-Bi61.1%-In32.9%-Hg6%:连续曲线1；

-Bi60.45%-In32.55%-Sn1%-Hg6%:虚曲线2；

-Bi60.45%-In32.55%-Ga1%Hg6%:点划曲线3；

-In88.4%-Ag5.6%-Hg6%:对比曲线c；

而水平线L和U显示了对于灯的正确工作的优化压力范围的界限。

如可从图3观察到的，在不低于100℃并且以115℃为中心的温度下获得对于对比汞齐的优化压力，但是在这些温度下开始发生上述与汞齐的显著软化和随着渗滤现象发生的在灯内移动相关的问题，如图2所示。对于实施本发明有用的汞齐具有以约80℃为中心并且在60℃-95℃之间的使用温度范围，并且因此不显示这类问题。

在汞齐Bi-In-X-Hg家族中，根据本发明的汞齐还具有另外一个优点，即粘结大量的、甚至超过5%汞的能力，其允许引入较少量的材料以便控制灯内的汞压力。这允许减少与支撑体尺寸相关的问题，因而方便它的引入并且使其屏蔽效应最小化。

特别地，包含至少45重量%铋并且其中X具有不高于10%的重量含量并且由一种或多种以下元素：Sn、Ga、Ag、Au、Sb、Te形成的Bi-In-X化合物，在汞齐化汞量方面具有的特性类似于由In-Ag化合物开始制备的汞齐，其具有能够在较低温度下工作的优点。此外，这些汞齐具有在可结合的汞量方面显著更高的特性，相对于描述于WO2008/017654（即由具有高百分数的锡的母合金Bi-Sn-In开始获得的汞齐）的那些而言。

图4A和4B显示了将有孔网插入低压放电灯内的一些可能的方法。

特别地，图4A示意地显示了灯400的一部分，其由玻璃杆41表示，在玻璃杆上存在两根线42、42’，支撑着电极，通常覆盖有涂层（未示出）的钨丝43，该涂层由基于氧化物的发射材料制得。两个零件42、42’用于支撑和供应电流至钨丝以便使其发射电子，而第三金属零件44也从杆延伸。在本领域通常将该零件称为“第三电极”并且其仅具有支撑其它零件的目的，在该情况下有孔金属结构携带所述控制汞齐。在图4A中布置有孔金属结构与钨丝接近，而在图4B中使第三电极如此弯曲以使控制汞齐远离灯的放电区域。

根据灯的最大功率（在本领域也称为“标称功率”）使用任何一种这些不同的解决方案。在具有低标称功率的灯中，事实上将支撑所述控制汞齐的有孔金属结构布置成与电极和放电区域邻近是可能的，并且是优选的，因为这不引起汞齐的过度加热。相反地，这对于具有高的最大功率的灯是不可能的，其中为了避免过度加热活性材料而建议使用图4B中的布置。

图4A和4B中显示的那些是两种允许布置正确的优选和非限制性实施方案，即在包含控制汞齐的有孔金属结构相对于放电区域和灯电极的正确距离处，以便获得合适的工作温度。

着重强调这些图是非常示意性和简化的，并且仅显示了表征本发明严格需要的零件。例如，没有显示具有提供在玻璃杆上用于灯抽空的相关连接孔的泵吸管道（tubulation）和灯的玻璃管，以及玻璃杆可能的锥形部分或特别的几何形状或者任选的零件例如用于电极的屏蔽零件。

特别地，优化的距离，即金属有孔网的边缘和丝的中心部分之间的最小距离，取决于灯的最大功率（在本领域通常称为标称功率）并且必须大于通过以下式计算的以毫米计的距离d：

d=0.042*P+5.250

其中P为用瓦特表示的灯的标称功率。

如上所述，当通过合适的调整器在可变的功率和亮度下操作灯时，词语“最大功率”也意指标称功率。控制汞齐的支撑体必须布置为这样的距离以保证在灯的最大工作功率下不发生材料损失。

在第二方面，本发明涉及通过有孔金属结构用于在放电灯内控制汞的方法，该有孔金属结构的每个孔表面具有不大于0.16mm²的面积，其中在所述网上沉积包含至少45重量%铋的汞齐Bi-In-X-Hg，元素X具有0-10%的重量含量并且由一种或多种以下元素形成：Sn、Ga、Ag、Au、Sb、Te，并具有0.3%-12%的汞量，并且将所述有孔网布置在灯的一个位置处使得其温度为60℃-95℃。

在一个优选的实施方案中，汞齐Bi-In-X-Hg中的汞量为至少5%。

在第三方面，本发明涉及用于制造放电灯的方法，其包括在灯的给定位置处插入并固定有孔金属结构，该有孔金属结构每个孔表面具有不大于0.16mm²的面积，其中在所述网上沉积包含至少45重量%铋的母合金Bi-In-X-Hg，元素X具有0-10%的重量含量并且由一种或多种以下元素形成：Sn、Ga、Ag、Au、Sb、Te；随后暴露于所提供的汞，而母合金随之转变成包含0.3%-12%汞量的汞齐。

Claims

1.包含有孔金属结构的放电灯，具有的每个孔的表面积不大于0.16mm²，其中在所述网上沉积包含至少45重量%铋的汞齐Bi-In-X-Hg，元素X具有0-10%的重量含量并且由一种或多种以下元素形成：Sn、Ga、Ag、Au、Sb、Te，以0.3重量%-12重量%的量包含汞，并且所述有孔金属结构在灯中的位置使得其工作温度为60℃-95℃。

2.根据权利要求1所述的放电灯，其中所述汞量为5重量%或更多。

3.根据权利要求1所述的放电灯，其中有孔金属结构的每个孔的所述表面积不小于0.01mm²。

4.根据权利要求1所述的放电灯，其中所述有孔金属结构具有0.2-0.5mm的厚度。

5.根据权利要求1所述的放电灯，其中所述有孔金属结构由镍或镀镍的铁形成。

6.根据权利要求1所述的放电灯，其中所述有孔金属结构具有T形状。

7.根据权利要求1所述的放电灯，其中所述有孔金属结构位于这样的位置：使得有孔金属结构的边缘和所述灯的灯丝的中心部分之间的最小距离大于通过式d=0.042*P+5.250在所述灯的标称功率（P）用瓦特表示时的函数中定义的距离（d），该距离（d）以毫米计。

8.根据权利要求1所述的放电灯，其中在所述有孔金属结构至少50%的表面上沉积所述汞齐。

9.根据权利要求1所述的放电灯，其中所述有孔金属结构至少10%的表面不含所述汞齐。

10.通过使用有孔金属结构在放电灯内用于汞控制的方法，该有孔金属结构具有的每个孔表面的面积不大于0.16mm²，其中在所述的有孔金属结构上沉积包含至少45重量%铋的汞齐Bi-In-X-Hg，元素X具有0-10%的重量含量并且由一种或多种以下元素形成：Sn、Ga、Ag、Au、Sb、Te，且以0.3%-12%的量包含汞，并且所述的有孔金属结构在灯中的位置使得其工作温度为60℃-95℃。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述汞量为5重量%或更多。

12.用于制造放电灯的方法，其包括在灯的给定位置处插入并固定有孔金属结构，该有孔金属结构具有的每个孔表面的面积不大于0.16mm²，其中在所述网上沉积包含至少45重量%铋的母合金Bi-In-X-Hg，元素X具有0-10%的重量含量并且由一种或多种以下元素形成：Sn、Ga、Ag、Au、Sb、Te，随后暴露于汞，而母合金随之转变成包含0.3%-12%汞量的汞齐。