CN104900476A - 一种无汞纳米荧光灯及其制作工艺 - Google Patents

一种无汞纳米荧光灯及其制作工艺 Download PDF

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    • H01J9/20—Manufacture of screens on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted or stored; Applying coatings to the vessel
    • H01J9/22—Applying luminescent coatings

Abstract

本发明公开了一种无汞纳米荧光灯及其制作工艺，涉及灯具照明领域，解决了现有灯具含汞，易污染环境的问题。该制作工艺包括以下步骤：在HF溶液中进行玻管酸洗；去离子水清洗并烘干玻管；玻管内壁保护膜成型；玻管内壁静电涂覆荧光粉；玻管内充入纳米金和纳米铟；玻管内充入疝气、氩气等惰性气体；组装灯头成型。本发明所述的一种无汞纳米荧光灯采用上述制作工艺完成，其利用纳米技术将金、铟等稀有金属元素纳米化用来替代传统的汞元素，同时充入疝气等惰性气体在非真空的环境中，利用高频将荧光粉吸收，同时在金、铟和惰性气体共同作用转化成可见光。此工艺对设备要求简单，生产的荧光灯光效和寿命有显著提高，对环境损害少，环保节能。

Description

一种无汞纳米荧光灯及其制作工艺
技术领域
本发明涉及灯具照明领域，具体涉及一种无汞纳米荧光灯及其制作工艺。
背景技术
荧光灯因其节能且寿命长正被日益广泛应用于照明，而公知的荧光灯内均含有汞。当灯点燃后汞原子被激发，激发的汞原子发出紫外线再激发涂在灯内壁上的荧光粉产生可见光。但当荧光灯损坏后，或在其制造中灯中的汞会对环境产生严重污染。含汞荧光灯的亮度受灯内汞蒸气压影响，所以灯启动慢，灯的亮度受环境温度影响，灯内汞的消耗会影响灯寿命。近年来开展了无汞荧光灯的研究，其采用的方法是利用氙气放电产生172nm的C波段紫外线激发与其相应的荧光粉。但是172nm紫外线因其波长短对荧光粉损伤大，造成光衰大而影响荧光灯的寿命。
发明内容
为了解决上述技术存在的缺陷，本发明提供一种光效和寿命长，对环境无污染的无汞纳米荧光灯及其制作工艺。
本发明实现上述技术效果所采用的技术方案是：
一种无汞纳米荧光灯的制作工艺，所述制作工艺包括如下步骤：
1）在HF溶液中对玻管进行酸洗，酸洗时间为2～5min，所述HF溶液的摩尔浓度为0.5～1.3%；
2）用去离子水对酸洗后的玻管进行清洗并在烘箱中对玻管进行烘干；
3）将纳米氧化铝成膜液流过玻管内壁，对玻管内壁进行保护膜成型；
4）在静电涂粉机中对玻管内壁进行静电涂覆荧光粉层；
5）往玻管内充入纳米金和纳米铟；
6）在玻管内充入疝气或疝气和氩气的混合惰性气体，充气气压为2～5KPa；
7）组装灯头成型。
上述的一种无汞纳米荧光灯的制作工艺，在所述步骤3）中，保护膜成型是先将内壁涂覆有纳米氧化铝成膜液的玻管在60～100℃的低温区用热风向玻管内吹风2～5min，然后在200～360℃的高温区用热风向玻管内吹风2～4min。
上述的一种无汞纳米荧光灯的制作工艺，在所述步骤3）中，玻管在200～360℃的高温区经过加热去除纳米氧化铝成膜液的结构水后，放置在100～150℃的降温炉中进行梯次降温，降温速率为20℃/min。
上述的一种无汞纳米荧光灯的制作工艺，在所述步骤3）中，玻管进行梯次降温的持续时间为4～6min。
上述的一种无汞纳米荧光灯的制作工艺，在所述步骤5）中，充入玻管内的纳米金和纳米铟的摩尔比为（4～6）：（6～4）。
上述的一种无汞纳米荧光灯的制作工艺，在所述步骤5）中，充入玻管内的纳米金和纳米铟是呈固态并聚集在电极柱顶部的容置腔中。
上述的一种无汞纳米荧光灯的制作工艺，在所述步骤6）中，疝气在混合惰性气体中的比例为30～50。
根据上述制作工艺制作出的一种无汞纳米荧光灯，所述无汞纳米荧光灯的玻管内充入有纳米金和纳米铟。
上述的一种无汞纳米荧光灯，所述玻管的内壁上涂覆有荧光粉层和透光的纳米氧化铝保护膜，所述保护膜的厚度为1.5～2.7μm，所述荧光粉层的厚度为10～25μm。
上述的一种无汞纳米荧光灯，所述保护膜位于所述玻管的内壁上，所述荧光粉层位于所述保护膜上。
上述的一种无汞纳米荧光灯，所述玻管内的电极柱顶部设有用于容置充入所述玻管内的纳米金和纳米铟的容置腔。
本发明的有益效果为：本发明利用纳米技术将金、铟稀有金属元素纳米化用来替代传统的汞元素，同时在玻管内冲入疝气和其它惰性气体，利用高频将玻管内壁上的荧光粉吸收，同时在金、铟元素和疝气等其它惰性气体共同作用转化成可见光，具有光效高，能耗少，无污染的特点。同时，本发明提出的制作工艺对设备要求简单，通过传统的荧光灯制作设备即可生产，且生产过程中无需用到铅、汞等对环境污染严重的重金属。通过替代的纳米金和纳米铟作为激发紫外线的元素，不但生产出的灯的光效和寿命有显著提高，而且生产过程中对环境损害少，是一种绿色环保节能的生产方式。
附图说明
图1为本发明所述制作工艺的流程图；
图2为本发明一实施例的无汞纳米荧光灯的半剖图；
图3为图2中Ⅲ部分的局部放大示意图。
图中：1-玻管、2-电极柱、3-电极、4-容置腔、5-灯头、6-镇流器、7-保护膜、8-荧光粉层。
具体实施方式
为使对本发明作进一步的了解，下面参照说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明：
实施例1：
如图1所示，一种无汞纳米荧光灯的制作工艺，其包括如下步骤：
步骤S101,在HF溶液中对玻管进行酸洗，酸洗时间为2min，所述HF溶液的摩尔浓度为1.3%。通过该步骤的酸洗可以去除在切割玻管时残留附着在玻管上的铁质残渣残屑，同时可对玻管进行微度腐蚀，方便后续荧光粉和保护膜的附着。
步骤S102，酸洗完后，用去离子水对酸洗后的玻管进行循环过水清洗，并在烘箱中对玻管进行滤水烘干。
步骤S103，在玻管烘干后将纳米氧化铝成膜液流过玻管内壁，也可采用喷淋、灌装或喷涂等方式使纳米氧化铝成膜液附着在玻管内壁上，然后对附着有纳米氧化铝成膜液的玻管进行保护膜烘干成型。
步骤S104，保护膜成型后，将玻管放入静电涂粉机中，通过静电涂粉机对玻管内壁进行静电涂覆荧光粉层。
步骤S105，荧光粉涂覆完成后，往玻管内充入纳米金和纳米铟，完成本制作工艺中最关键的一步。
步骤S106，往玻管内充入疝气或疝气和氩气的混合惰性气体，充气气压为2～5KPa，疝气在混合惰性气体中的比例为30。
步骤S107，完成上述六个步骤后，对灯头进行组装，完成整个产品的成型。
实施时，作为本发明的一种优选实施例，在步骤3）中，保护膜成型的工序是先将内壁涂覆有纳米氧化铝成膜液的玻管在60℃的低温区用热风向玻管内吹风5min，将成膜液中的溶剂水吹干，使之成膜状，然后在200℃的高温区用热风向玻管内吹风4min，去除膜内的结构水。玻管在200℃的高温区经过加热去除纳米氧化铝成膜液的结构水后，放置在100℃的降温炉中进行梯次降温，降温速率为20℃/min。玻管进行梯次降温的持续时间为4min。在步骤5）中，充入玻管内的纳米金和纳米铟的摩尔比为4～6，充入玻管内的纳米金和纳米铟是呈固态并聚集在电极柱顶部的容置腔中。
实施例2：
如图1所示，一种无汞纳米荧光灯的制作工艺，其包括如下步骤：
步骤S101,在HF溶液中对玻管进行酸洗，酸洗时间为5min，所述HF溶液的摩尔浓度为0.5%。通过该步骤的酸洗可以去除在切割玻管时残留附着在玻管上的铁质残渣残屑，同时可对玻管进行微度腐蚀，方便后续荧光粉和保护膜的附着。
步骤S102，酸洗完后，用去离子水对酸洗后的玻管进行循环过水清洗，并在烘箱中对玻管进行滤水烘干。
步骤S103，在玻管烘干后将纳米氧化铝成膜液流过玻管内壁，也可采用喷淋、灌装或喷涂等方式使纳米氧化铝成膜液附着在玻管内壁上，然后对附着有纳米氧化铝成膜液的玻管进行保护膜烘干成型。
步骤S104，保护膜成型后，将玻管放入静电涂粉机中，通过静电涂粉机对玻管内壁进行静电涂覆荧光粉层。
步骤S105，荧光粉涂覆完成后，往玻管内充入纳米金和纳米铟，完成本制作工艺中最关键的一步。
步骤S106，往玻管内充入疝气或疝气和氩气的混合惰性气体，充气气压为2～5KPa，疝气在混合惰性气体中的比例为50。
步骤S107，完成上述六个步骤后，对灯头进行组装，完成整个产品的成型。
实施时，作为本发明的第二优选实施例，在步骤3）中，保护膜成型的工序是先将内壁涂覆有纳米氧化铝成膜液的玻管在100℃的低温区用热风向玻管内吹风2min，将成膜液中的溶剂水吹干，使之成膜状，然后在360℃的高温区用热风向玻管内吹风2min，去除膜内的结构水。玻管在360℃的高温区经过加热去除纳米氧化铝成膜液的结构水后，放置在150℃的降温炉中进行梯次降温，降温速率为20℃/min。玻管进行梯次降温的持续时间为6min。在步骤5）中，充入玻管内的纳米金和纳米铟的摩尔比为6～4，充入玻管内的纳米金和纳米铟是呈固态并聚集在电极柱顶部的容置腔中。
实施例3：
如图1所示，一种无汞纳米荧光灯的制作工艺，其包括如下步骤：
步骤S101,在HF溶液中对玻管进行酸洗，酸洗时间为3.5min，所述HF溶液的摩尔浓度为0.9%。通过该步骤的酸洗可以去除在切割玻管时残留附着在玻管上的铁质残渣残屑，同时可对玻管进行微度腐蚀，方便后续荧光粉和保护膜的附着。
步骤S102，酸洗完后，用去离子水对酸洗后的玻管进行循环过水清洗，并在烘箱中对玻管进行滤水烘干。
步骤S103，在玻管烘干后将纳米氧化铝成膜液流过玻管内壁，也可采用喷淋、灌装或喷涂等方式使纳米氧化铝成膜液附着在玻管内壁上，然后对附着有纳米氧化铝成膜液的玻管进行保护膜烘干成型。
步骤S104，保护膜成型后，将玻管放入静电涂粉机中，通过静电涂粉机对玻管内壁进行静电涂覆荧光粉层。
步骤S105，荧光粉涂覆完成后，往玻管内充入纳米金和纳米铟，完成本制作工艺中最关键的一步。
步骤S106，往玻管内充入疝气或疝气和氩气的混合惰性气体，充气气压为2～5KPa，疝气在混合惰性气体中的比例为40。
步骤S107，完成上述六个步骤后，对灯头进行组装，完成整个产品的成型。
实施时，作为本发明的第二优选实施例，在步骤3）中，保护膜成型的工序是先将内壁涂覆有纳米氧化铝成膜液的玻管在80℃的低温区用热风向玻管内吹风3.5min，将成膜液中的溶剂水吹干，使之成膜状，然后在280℃的高温区用热风向玻管内吹风3min，去除膜内的结构水。玻管在280℃的高温区经过加热去除纳米氧化铝成膜液的结构水后，放置在125℃的降温炉中进行梯次降温，降温速率为20℃/min。玻管进行梯次降温的持续时间为5min。在步骤5）中，充入玻管内的纳米金和纳米铟的摩尔比为1～1，充入玻管内的纳米金和纳米铟是呈固态并聚集在电极柱顶部的容置腔中。
根据上述制作工艺生产的一种无汞纳米荧光灯，其结构如图2和图3所示，该无汞纳米荧光灯包括玻管1和灯头5，灯头5内设置有镇流器6，灯头5上的电极柱2顶部设有容置腔4，玻管1内充入的纳米金和纳米铟设置在该容置腔4中。玻管1的内壁上涂覆有荧光粉层8和透光的纳米氧化铝保护膜7，保护膜7的厚度为1.5～2.7μm，荧光粉层8的厚度为10～25μm。保护膜7位于玻管1的内壁上，荧光粉层8位于该保护膜7上。本发明的无汞纳米荧光灯的结构不局限本实施例中图2的结构，其只是作为一种优选的实施例对本发明进行说明，无汞纳米荧光灯还可为其他结构，如管状、螺旋管状等。
本发明利用纳米技术将金、铟稀有金属元素纳米化用来替代传统的汞元素，同时在玻管内冲入疝气和其它惰性气体，利用高频将玻管内壁上的荧光粉吸收，同时在金、铟元素和疝气等其它惰性气体共同作用转化成可见光，具有光效高，能耗少，无污染的特点。同时，本发明提出的制作工艺对设备要求简单，通过传统的荧光灯制作设备即可生产，且生产过程中无需用到铅、汞等对环境污染严重的重金属。通过替代的纳米金和纳米铟作为激发紫外线的元素，不但生产出的灯的光效和寿命有显著提高，而且生产过程中对环境损害少，是一种绿色环保节能的生产方式。
下面结合具体的数据对比对本发明所具有的节能效果进行说明：
例如：9米高度路灯，要求对地照度35lx,已知需要电光源可视光的光通量为10790lm，求：不同类型的灯的耗电功率。
钠灯
综合光效100lm/W
可视光占综合光效40%，故可视光为40lm/W
10790lm÷40lm/W＝269,7W(耗电功率)
LED
综合光效75lm/W
可视光占综合光效90%，故可视光67.5lm/W
10790lm÷67.5lm/W＝159.8W(耗电功率)
无极灯
综合光效72lm/W
可视光占综合光效90%，故可视光64.8lm/W
10790lm÷64.8lm/W＝166.5W(耗电功率)
无汞纳米灯
综合光效83lm/W
可视光占综合光效90%，故可视光为74.7lm/W
10790lm÷74.7m/W＝144W(耗电功率)
根据上述数据得知：同等的光通量无汞纳米荧光灯的总耗电功率为144W，钠灯的总耗电功率为319.7W(光源功率269.7W＋整流器50W＝319.7W总耗电功率)，节电率为55%。且光线柔和，优于高压钠灯、LED灯，视觉更清晰，光源基本无光衰，随着点燃时间的增加，光源的光效随之增加，越点越亮，使用寿命更长。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内，本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种无汞纳米荧光灯的制作工艺，其特征在于，所述制作工艺包括如下步骤： 
1)在HF溶液中对玻管进行酸洗，酸洗时间为2～5min，所述HF溶液的摩尔浓度为0.5～1.3％； 
2)用去离子水对酸洗后的玻管进行清洗并在烘箱中对玻管进行烘干； 
3)将纳米氧化铝成膜液流过玻管内壁，对玻管内壁进行保护膜成型； 
4)在静电涂粉机中对玻管内壁进行静电涂覆荧光粉层； 
5)往玻管内充入纳米金和纳米铟； 
6)在玻管内充入疝气或疝气和氩气的混合惰性气体，充气气压为2～5KPa； 
7)组装灯头成型。 
2.根据权利要求1所述的一种无汞纳米荧光灯的制作工艺，其特征在于，在所述步骤3)中，保护膜成型是先将内壁涂覆有纳米氧化铝成膜液的玻管在60～100℃的低温区用热风向玻管内吹风2～5min，然后在200～360℃的高温区用热风向玻管内吹风2～4min。 
3.根据权利要求2所述的一种无汞纳米荧光灯的制作工艺，其特征在于，在所述步骤3)中，玻管在200～360℃的高温区经过加热去除纳米氧化铝成膜液的结构水后，放置在100～150℃的降温炉中进行梯次降温，降温速率为20℃/min。 
4.根据权利要求3所述的一种无汞纳米荧光灯的制作工艺，其特征在于，在所述步骤3)中，玻管进行梯次降温的持续时间为4～6min。 
5.根据权利要求1所述的一种无汞纳米荧光灯的制作工艺，其特征在于，在所述步骤5)中，充入玻管内的纳米金和纳米铟的摩尔比为(4～6)：(6～4)。 
6.根据权利要求5所述的一种无汞纳米荧光灯的制作工艺，其特征在于， 在所述步骤5)中，充入玻管内的纳米金和纳米铟是呈固态并聚集在电极柱顶部的容置腔中。 
7.根据权利要求1所述的一种无汞纳米荧光灯的制作工艺，其特征在于，在所述步骤6)中，疝气在混合惰性气体中的比例为30～50。 
8.根据权利要求1～7任一项所述的一种无汞纳米荧光灯的制作工艺制作出的一种无汞纳米荧光灯，其特征在于，所述无汞纳米荧光灯的玻管内充入有纳米金和纳米铟。 
9.根据权利要求8所述的一种无汞纳米荧光灯，其特征在于，所述玻管的内壁上涂覆有荧光粉层和透光的纳米氧化铝保护膜，所述保护膜的厚度为1.5～2.7μm，所述荧光粉层的厚度为10～25μm。 
10.根据权利要求9所述的一种无汞纳米荧光灯，其特征在于，所述保护膜位于所述玻管的内壁上，所述荧光粉层位于所述保护膜上，所述玻管内的电极柱顶部设有用于容置充入所述玻管内的纳米金和纳米铟的容置腔。 
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