CN1109352C - 用于释放水银的器件以及由此获得的荧光灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于释放水银的器件，它由金属容器构成，所述容器可包含具有通式Ti_xZr_yHg_z的一种或多种化合物的粉末，所述容器具有小于粉末颗粒大小的开口，从而能排放因上述化合物分解所产生的水银蒸气。公开了某些可能器件的几何形状以及这些器件在灯内的某些可能的配置结构。最后，公开了用本发明的器件将水银引入灯内的方法。

Description

用于释放水银的器件以及由此获得的荧光灯

本发明涉及将少量水银引入荧光灯内的器件以及由此获得的荧光灯。

正如所周知的那样，荧光灯需要少量的水银以进行工作。由于技术的发展以及有关在工业上使用诸如水银之类有潜在危害性的物质的国际标准越来越严格，故在过去几年中荧光灯内使用的这种元素的最大量已从每个灯20-30mg减至了每个灯约3mg，目前，某些生产厂家要求能投放更少量的水银。

用于投放水银的多种通常方法不能满足上述要求。

例如，迄今为止，以纯水银液滴的形式按体积将水银投引入灯中实际上是不实用的：事实上，1mg的水银液滴具有约0.07μl的体积，按体积来投放如此少量的元素是相当复杂的，并且，对后续的投放来说，该重量元素的可重复性是非常低的。此外，直接将液体水银投引入灯中会因这种元素的高蒸气压而导致工作环境的污染问题。

其它方法包括将公开在例如专利US3,794,402、US4,182,971和US4,278,908中的小玻璃容器内或公开在例如专利US3,764,842、US4,056,750、US4,282,455、US4,542,319、US4,754,193和US4,823,047中的由金属制成的小容器内的呈纯元素形式的水银引入灯中。但是，利用上述小容器不能解决精确且可重复地投放很少量水银的上述问题。

专利US4,808,136和专利申请书EP568,317公开了使用由海绵状材料制成的颗粒或小球，这些颗粒或小球中注有水银，此后，一旦将灯密封起来，就通过加热来释放水银。但是，为了将水银装进上述颗粒，这些方法也需要进行复杂的操作，并且，几乎不能重复所释放的水银量。此外，这些方法未解决水银蒸气污染工作环境的问题。

用本申请人名义的专利US3,657,589代表了最接近的已有技术，并公开了使用具有通式Ti_xZr_yHg_z的水银金属互化物，其中，x和y在0至13之间，(x+y)的和在3至13之间，z为1或2；以下将这些化合物称为水银释放化合物。用这些化合物中的任何一种来投放少量的水银是非常简单的，因为例如可以将这种化合物的粉末层压在金属带上，并且通过调节金属带上粉末层的厚度和宽度，可以获得单位长度携带量的预定数值，所述单位长度携带量是按每厘米金属带上有mg水银来度量的。使用本申请人用商品名St505生产和出售的化合物Ti₃Hg具有特别的优势；具体地说，化合物St505是用商标STAHGSORB^以压缩在环形容器内的粉末的形式出售的，或是作为压缩在颗粒或小片内的粉末来出售的，或者是用商标GEMEDIS^以层压在金属带上的粉末的形式出售的。一旦将例如呈一段层压带形式的化合物引入灯内，就可在用所谓的“启动”操作来将所述化合物加热至550℃以上时释放出水银；例如可通过用射频从灯的外侧照射带有上述化合物的金属带来进行所说的加热处理。但是，使用这些化合物所出现的问题是在上述启动步骤过程中所释放出的水银约为总水银量的30-40％。这就必需将数量比荧光灯工作所需的数量大约2-3倍的水银(以上述释放用化合物中任何一种的形式)引入荧光灯内。当荧光灯的使用寿命结束时，会有过量的水银留在灯内，从而可能会引起废弃物处理问题。

已公布的专利申请书EP91,297公开了一种用于水银释放的器件，它是由完全封闭的金属容器构成的，其中有由Ti₃Hg或Zr₃Hg构成的混合物以及由镍(Ni)或铜(Cu)构成的粉末。依照上述文件，将Ni和Cu加进水银释放化合物会使系统熔化，从而有助于在几秒钟内释放几乎所有的水银。用钢、铜或镍板将所述容器封闭起来，该容器会在启动期间因容器内所产生的水银蒸气压力而破裂。这一方案并不能使人完全满意，因为水银会剧烈排放，有可能损坏灯管部分，而且容器的组装很复杂，需要焊到小型金属件上。

用本申请人名义的专利US5,520,560和已公布的专利申请EP691,670及EP737,995公开了材料混合物，它包括上述任何一种Ti_xZr_yHg_z化合物以及由铜和选自锡、铟、银、硅或稀土中一种或多种元素构成的合金。这些铜合金用作水银析出的催化剂，从而在启动步骤中使元素的释放量大于80％。所述材料混合物可解决对用于将水银引入荧光灯内的其它方法产生影响的问题，并可在有唯一一种缺陷的情况下投放少量的水银，所说的缺陷是需要除水银释放化合物以外的第二种成份。

本发明的目的是提供一种器件，它能在不必使用第二种成份的情况下精确且可重复地将少量水银引入荧光灯内，并且还提供使用上述器件获得的荧光灯。

依照本发明，利用一种水银释放器件可达到上述目的，所述水银释放器件由能盛放粉末的金属容器构成，所述容器包含至少一种从Ti_xZr_yHg_z化合物中选出的水银释放化合物的粉末颗粒，其中x和y在0至13之间，(x+y)在3至13之间，z为1或2。

该容器具有小于粉末颗粒大小的用于水银排放的微孔或狭缝，并且，该容器就可以有任何形状。

如前所述，当呈粉末颗粒形式的包含在开放容器中或层压在带状物上的Ti_xZr_yHg_z化合物用在前述已知器件中时，于启动步骤中释放出的水银量不超过元素含量的40％。业已发现，在将上述化合物单独用于本发明的器件中时，启动步骤中水银的输出量至少为总量的80％。所以，相对于包括Ti_xZr_yHg_z化合物的已知器件而言，可将较少量的水银引入荧光灯内，所述较少量的水银在实践中是实际所需的水银量。

以下参照附图说明本发明，在附图中：

图1、2和3表示根据本发明用于水银释放的某些可能的器件；

图4和5表示用于在荧光灯内部组装本发明器件的两种可能的几何结构；

图6表示本发明器件的另一种组装几何结构，其中所述器件还用作荧光灯工作的阴极；以及

图7a-7e表示使用本发明器件将水银引入灯中过程的步骤。

用于水银释放的材料是前述专利US3,657,587中所公开的具有通式Ti_xZr_yHg_z的化合物或化合物的混合物，所述专利涉及制备上述化合物以及所述合化物的工作特性。最好使用本申请人用商品名St505生产和出售的上述Ti₃Hg化合物。最好使用具有小于约150μm颗粒尺寸的粉末形式的释放用化合物。

上述器件可单独或以与可能具有不同功能的其它材料相混合的形式包含所述释放用化合物。例如，可以使用由水银释放化合物和非蒸发性吸气用合金构成的混合物，所述吸气用合金的目的是按本领域中公知方式吸引诸如碳氧化物、水、氧或氢之类对荧光灯工作有害的微量气体。在上述合金中，应提及的是本申请人用商标St101^生产和出售的具有按重量计组成为Zr占84％、Al占16％的合金以及本申请人用商标St198^TM生产和出售的具有按重量计组成为Zr占76.6％、Fe占23.4％的合金和本申请人用商品名St707^TM生产和出售的具有按重量计组成为Zr占70％、V占24.6％、Fe占5.4％的合金。还可以将上述基于铜的催化剂合金之一加进水银释放化合物；在这种情况下，为在启动步骤中获得良好的水银产出率，并不需使用上述催化剂合金，仅包含有上述释放用化合物的本发明器件已经确保了有良好的水银产出率，但是，在产出率相同的情况下，所说的合金可以减少水银释放时间。通过将第二种成分加进释放用化合物中所能达到的另一个目的是减少所述器件内的释放用化合物的装载量：例如，通过将释放用化合物和另一种化合物的体积是1∶1的混合物装进所述器件，在粉末体积相同的情况下，可将水银的毫克数减半，因此，所说的器件可装有甚至少于1mg的非常少量的水银，而不用使用在生产过程中会引发问题的非常小的器件。如果希望在所述器件中有低水银携带量，同时不想使用诸如上述吸气或催化合金之类的第二种活性成份，那么，就可以将诸如氧化铝、硅土或类似物质之类的惰性化合物加进上述释放用化合物。还有，最好以颗粒尺寸小于150μm的粉末的形式使用加进上述释放用化合物的成份。只要所述器件包含了预定量的水银，那么，水银释放化合物与可在本发明器件中使用的其它化合物间的重量之比就不起关键作用。

所述容器可由任何一种金属构成。由于成本、可工作性和在高温下的低气体排放率等原因，最好使用钢、镍、或镀镍的铁。构成所述容器的金属板通常为50-300μm厚。

只要所述容器能盛放由水银释放化合物构成的粉末并具有比粉末颗粒小的能排放出水银蒸气的开口，本发明的器件就可具有任何的形状。所述开口可以微孔的形式设置在容器表面的至少一部分上，并在两个(或多个)金属件之间呈狭缝的形式，所述金属件通过某些焊点焊在一起，构成了所说的容器；最后，在通过将单张金属板折叠起来而获得上述容器的情况下，所述开口可以是沿折叠线的间隙或者是金属板的两端之间的间隙。

图1-3表示某些上述实施例。

图1以剖面图的方式表示器件10，其中，容器11由两个通过某些焊点14、14′……焊在一起的金属件12和13构成；该容器的内部有水银释放化合物15；两个相邻焊点之间有一些狭缝16(图中仅表示其中的一个)，在启动步骤中可经由这些狭缝排放出水银；所述器件还包括柄舌17，它用于与荧光灯的内部部分相连。

图2表示本发明的另一种可能的器件20，该器件是通过将金属板21折叠起来而获得的；在金属板的中间部分形成有一中空部22，它用于包含水银释放化合物的粉末，而金属板的两侧端部23和24则向中间折叠，从而部分地相重叠；通过这种组装方式，沿端部23和24的折叠线存在有某些狭缝25和25′，并且，在端部重叠区上也存在有狭缝26。

在一最佳实施例中，本发明的器件具有细长的形状，并具有两个相似的线性尺寸和第三个较大的尺寸。所述器件可以有任何的截面形状，例如呈圆形、椭圆形、方形、矩形或梯形。图3中表示这种类型的器件：器件30将可与其它材料的粉末相混合的水银释放化合物的粉末31包含在具有基本上为梯形截面的容器32内，所述梯形截面是通过沿平行线折叠金属带33而形成的；与上述原始金属带的最外端相对应的两个端部34、34′折叠成能提供薄薄的狭缝35；这种形状能有效地盛放粉末31，同时能使得在启动步骤中产生的水银蒸气经由狭缝35释放出来。可适当地用有不定的长度并与最终器件有相同截面的所谓连续“线材”通过切割出具有预定长度的“线材”坯件来获得这种类型的与所示梯形截面有不同形状的器件。用本领域内周知的方法通过使不定长度的金属带穿过适当设置的成型辊并通过在形成端部34、34′的折叠步骤之前提供连续装载粉末31的步骤，可以很容易地制造出上述连续“线材”。可用激光或机械切割技术来进行用于制造本发明器件的“线材”切割过程。在所述的机械切割技术中，切割过程还会略微挤压前述器件的端部，从而有助于盛放粉末。

将本发明的器件引入荧光灯内的方法是：依照荧光灯生产厂家所周知的方式，将该器件安装到通常设置在荧光灯内的诸如由称之为阴极的一个或两个电极构成的支承件之类的金属件中的一个上，或者，将该器件安装到设置在较大直径荧光灯内以防止荧光灯靠近阴极的内表面区变黑的金属护罩上。所述护罩通常还用作非蒸发性吸气材料的支承件，以便控制荧光灯的气压。具体地说，图1所示类型的器件最好安装在上述阴极支承件上，而具有细长形状的器件则可安装在阴极支承件或者安装在阴极护罩上；最后，图3所示类型的器件可依照以下参照图6所示的方式引入小型荧光灯内并且还可用作阴极。

图4-6表示用于将本发明器件组装进荧光灯内的某些可能结构。

图4以剖面图的形式表示灯的端部；灯40是由玻璃管41构成的，玻璃管的端部被较厚的玻璃件42封住；两个金属支架43、43′通过融溶而被包封在玻璃件42内并且穿过该玻璃部分，从而形成了两个电接触器，以便向阴极44供电，阴极44例如是由金属线圈构成的，所述金属线圈通常是由钨制成的。该图中表示用于本发明器件的第一种组装方法，其中，表示器件45固定在支承阴极44的支架之一(43′)上。本发明的水银释放器件例如可通过激光焊接而固定在所述支架上。

以剖面图的形式说明灯50端部的图5表示所述器件的另一种可能的组装形式：在这种情况下，靠近荧光灯的较厚的玻璃部分52中插有第三支架53″，该支架并不穿过件52而且不与支架53、53′电接触；支架53″上固定有护罩55，以便对阴极54进行保护；水银释放器件56例如通过焊点固定在护罩55上。所述护罩呈圆柱形表面的形式，可通过将金属带折叠成其端部彼此非常靠近甚至彼此相接触或重叠来获得上述护罩。在金属带的端部未相互相接触的情况下，可通过某些将上述两端跨接起来的焊点来固定住水银释放器件56，如图所示；相反，在所述护罩是封闭的从而其端部相互接触并固定在一起的情况下，可在任何位置处将器件56固定到上述护罩本身上(附图中未示出这种第二种结构)。

最后，图6表示用于组装本发明水银释放器件的又一种可能结构，该结构适用于其中阴极仅由线状件或小金属柱体构成的小型荧光灯；通过使用参照图3所述那种类型的具有细长形状并最好具有圆形截面的器件，可以在灯60的端部61处以与较厚的玻璃部分相重直并与金属贯穿件62电接触的方式将所述器件直接固定到该较厚玻璃部分上，因此器件63还起阴极的作用。

一旦将灯密封起来，就可通过从灯的外侧对灯进行加热来启动所述器件。可用多种方法来进行加热，但是，灯的生产厂商最好使用感应法，因为，这种方法能快速且有选择地加热前述金属件。加热温度和处理时间随是否存在有促使水银释放的合金而变；一般地说，启动温度在约600至900℃的范围内，处理时间在约20至60秒的范围内。

在提供通过感应来启动器件的情况下，可以例如以本申请人名义的专利GB799921中所公开的那样选定将本发明的水银释放器件组装起来的特定方式。在这种情况下，可将“线材”坯件安装在例如由第三支架所支承的金属撑架上，所述第三支架未穿过荧光灯的玻璃外罩并不与阴极支架相接触。本发明的器件通过两个点固定在上述金属撑架上，以便使器件与金属撑架形成一封闭的金属回路。在通过用射频进行感应加热而启动器件时，所述实施例具有特别的优点，因为，对金属件感应加热的效率取决于该部件相对磁场的磁力线的相对方位，因此，在使用诸如以上所述的器件时，在荧光灯的不同生产线内，会在启动过程中获得不可重复的行为。相反，通过使用其中金属件形成了一封闭回路的器件，就可在与方位无关的情况下获得与射频的耦合。

在所有的上述实施例中，本发明的器件均在释放了水银之后留在荧光灯内。另外，也可以使用这样的器件，具体说是使用图2和图3所示类型的器件，从而，该器件不会留在最终的荧光灯内。在这种情况下，所述荧光灯是用在本领域中称为“双夹断”的过程来生产的。参照图7a，表示这样的步骤，在该步骤中，已封住了玻璃管70的一端，在该端处存在有荧光灯工作所需的电子穿透件、阴极、可能有的护罩或其它件(图中未示出这些零件)。另一端上也固定有荧光灯工作所需的所有零件，但这一端部通过“尾部”71而开放，“尾部”71与导管72相连，导管72用于抽空荧光灯并用气体进行回填，所述气体通常为包含在荧光灯内的惰性气体。上述“尾部”中插入有适当长度的本发明器件73。在图7b所示的随后的处理步骤中，将预定的气体引入玻璃管70之后，在和导管72相连接的连接点与其中有本发明器件73的区域之间的位置处利用由标号74、74′概略表示的工具通过热挤压来掐断“尾部”71。上述对“尾部”的热掐断操作在本领域中称为“夹断”。图7c所示的下一个步骤是通过外部加热部件75来启动器件73，所述外部加热部件可以是热体、射频源或类似的器件；在本图中，用标号76来表示释放到玻璃管70内的水银蒸气。在启动步骤之后，通过图7d概略示出的第二次“夹断”操作将用过的器件73与玻璃管70分离开，在这种情况下，在尽可能靠近玻璃管70端部并位于该端部与带有器件73的区域之间的“尾部”位置处进行上述“夹断”操作。从而，用过的器件73会脱离玻璃管70并被包封在源于原始“尾部”71的玻璃瓶内。这就会形成图7e所示的封闭玻璃管77，从而构成了最终的荧光灯。

用下述实例来进一步说明本发明。这些非限定性实例说明了某些实施例，这些实施例用于向本领域的技术人员说明如何使本发明进行工作并且说明将本发明付诸实践的最佳方式。

实例1-3

提供了本发明水银释放器件的三个相类似的样品，它们呈如图3所示的带梯形截面的坯件的形式，这三个样品是用包含有Ti₃Hg化合物的连续“线材”制成的。所述坯件的侧面尺寸为0.5×0.8mm，长度为10mm。所述“线材”在生产过程中预定的单位长度携带量为每厘米10.3mg Ti₃Hg，这就形成了每一厘米“线材”有6mg的标称水银携带量(mgHg/cm)。由于所述坯件有上述长度，故每个样品均具有6mg的标称水银携带量。通过在真空箱内将上述样品感应加热至900℃达30秒钟并根据Volhard用络合滴定法测量所述样品中残留的水银，从而对上述样品进行水银释放测试。表1中表示按所释放的水银量与每个样品中的原始标称水银量百分比计的来自单个样品的水银输出量。

实例4-6(比较例)

对三个样品重复实例1-3的测试，所述三个样品是通过从其上层压有Ti₃Hg化合物的金属带中切割出相同即长度为10mm的坯件而获得的。使金属带上层压有Ti₃Hg化合物，从而使水银的单位长度携带量为6mgHg/cm。从而，每个样品中的标称水银量均为6mg。表1中表示这三个样品的水银百分比产出量。表1

实例	Hg的百分比产出量
		1	83.2
2	80.8
		3	81.3
4	37.8
		5	38.9
6	40.4

如表1中数据所示，在水银释放化合物Ti₃Hg和启动条件都相同的情况下，本发明样品的水银产出量是先有技术样品的两倍。

Claims (18)

1、一种由金属容器(11；32)构成的用于释放水银的器件(10；20；30)，其中该金属容器盛放至少一种从Ti_xZr_yHg_z化合物中选出的水银释放化合物的粉末颗粒(15；31)，其中x和y在0至13之间，(x+y)在3至13之间，且z为1或2，所述器件的特征在于，该金属容器能盛放上述粉末颗粒并且具有小于粉末颗粒大小的开口(16，25；25’，26；35)，它使得能够释放水银蒸气。

2、如权利要求1的器件，其特征在于，所述水银释放化合物是Ti₃Hg。

3、如权利要求1的器件，其特征在于，所述水银释放化合物的粉末具有小于150μm的颗粒尺寸。

4、如权利要求1的器件，其特征在于，将非蒸发性吸气材料加进上述水银释放化合物的粉末中。

5、如权利要求1的器件，其特征在于，将包括铜和选自锡、铟、银、硅和稀土中一种或多种元素的合金加进上述水银释放化合物的粉末中。

6、如权利要求1的器件，其特征在于，将惰性材料加进上述水银释放化合物的粉末中。

7、如权利要求1的器件，其特征在于，所述金属容器由钢、镍、或镀镍的铁制成。

8、如权利要求7的器件，其特征在于，构成上述容器的金属为50-300μm厚。

9、如权利要求1的器件，其特征在于，所述金属容器具有呈孔形式的开口，这些微孔设置在容器表面的至少一部分上。

10、如权利要求1的器件(10)，其特征在于，所述金属容器是由通过点焊焊在一起的两个或多个金属件构成的，并且具有设置在焊点(14，14′)之间的孔(16)形式的开口。

11、如权利要求1的器件(20)，其特征在于，所述金属容器是由折叠的金属板(21)构成的并带有呈间隙(25，25′，26)形式的开口，所述间隙沿着折叠线或位于上述金属板的两端(23、24)之间。

12、如权利要求1的器件(30)，其特征在于，从具有不定的长度并与最终器件有相同截面的连续“线材”，通过切割出具有所需要长度的“线材”坯件来获得该器件。

13、一种荧光灯(40；50；60；77)，其特征在于，用权利要求1的器件将水银引入该荧光灯内。

14、如权利要求13的荧光灯(40)，其特征在于，所述水银释放器件(45)留在最终的荧光灯内，并固定于至少一个阴极(44)中的支承件(43、43′)之一上。

15、如权利要求13的荧光灯，其特征在于，所述水银释放器件留在最终的荧光灯内，并固定于至少一个阴极护罩中的支承件之一上。

16、如权利要求13的荧光灯(50)，其特征在于，所述水银释放器件(56)留在最终的荧光灯内，并固定于阴极护罩(55)中的至少一个上。

17、如权利要求13的荧光灯(60)，其特征在于，所述水银释放器件(65)留在最终的荧光灯内并构成该荧光灯阴极中的至少一个。

18、如权利要求13的荧光灯(77)，其特征在于，按照“双夹断”过程来引入水银，从而所述水银释放器件(74)不会留在最终的荧光灯内。

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