CN1196713A - 适用于荧光灯的玻璃组合物,由所述玻璃组合物制造的灯泡和用所述玻璃组合物的灯泡装置 - Google Patents
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Abstract
一种具有低钠含量(钠含量< 0.1%重量的Na2O)的新型的玻璃,这种玻璃能用作“TL”灯和小型荧光灯的灯泡玻璃(10)。所述玻璃不含有毒的和/或腐蚀性的组分PbO,F,As2O3和Sb2O3。除了磷中毒和汞吸收方面的有利特性,并最终导致了这种灯的有利保养之外,所述玻璃的特征还在于其工作范围W.R.(=T工作-T软化)宽,因此玻璃管能易于由所述玻璃制造。依据低的液体温度(T液体),这种玻璃能够拉成不含晶体的玻璃管。
Description
本发明涉及用于灯泡的玻璃组合物,这种组合物含有氧化硅,氧化铝,氧化钡和至少两种碱金属氧化物。
本发明也涉及包含密封玻璃灯泡的荧光灯,该玻璃灯泡是由这样的一种玻璃组合物制造的。
荧光灯的灯泡一般是由便宜的钠钙玻璃制造的。这种灯泡可以作成球泡状或管状的形式。管状灯泡可以是直线形或者,例如,弯曲成U-型或螺旋形。灯泡也可以含有若干平行的直管,这些直管彼此由一架所谓的桥连接的。灯泡也包括两个所谓的玻璃芯柱(stem),这两个玻璃芯柱能够成为供电导体的通路。玻璃中钠的存在对于玻璃的成形和加工具有有利的影响,因为钠能降低玻璃的粘度,可是,它也会导致灯产生一系列的缺点。
缺点之一是,玻璃中钠的存在有害地影响了荧光灯的保养(maintenance)。在本文中保养这个术语可理解为它的含意是指在工作期间以流明表示的灯的光输出的减少。在理想的场合下,在例如5000燃烧小时后灯的光输出将等于零燃烧小时的光输出。预计可以认为所述的减少是因为磷光体(荧光粉)由于玻璃中的钠而中毒的事实造成的。
存在于玻璃中的钠也与充入灯泡的汞蒸汽进行反应,由此形成了汞齐。这个效应将伴随着灯泡水银的消耗。此外,这种效应是可见的,因为它引起了灯泡的发黑或发灰,因此有害的影响了所述灯泡的光的传输。为了抵消玻璃中钠的有害作用,灯泡的内表面可以设置例如Y2O3的保护涂层;可是,这需要另外的加工步骤。此外,在熔化一密封期间,在桥部位和芯柱部位的涂层消失了。因此需要使用具有低钠含量的玻璃作为荧光灯的灯泡。
在美国专利4,666,871说明书中,给出了供荧光灯使用的具有低钠含量的玻璃。该已知玻璃可以含有0.2%摩尔(0-1.3%重量)的Na2O。可是,这种已知的玻璃仍有许多的不足之处。
根据该实施例,所述已知玻璃含有大量的(约含30%重量)BaO,BaO是一种昂贵的原料。此外,这种组分将导致液体温度的增加(T液),因此导致了玻璃结晶趋势明显的增加。
已知玻璃的另一个重要的缺点是,由这种玻璃制造玻璃管和灯泡是很困难的,因为它具有很窄的工作范围(W.R.)和所述高的T液。W.R.可以理解为,它的含意是指玻璃的工作温度(T工作)和软化温度(T软化)之间温差。为了制造玻璃管和灯泡,至少需要300℃的宽的W.R.。该已知玻璃的W.R.窄的多,这一点下面将要进行解释。
该已知玻璃可能含有达5%摩尔的PbO。使用PbO的缺点是由于PbO具有毒性。在制备铅玻璃时,PbO通过雾化和蒸发而析入大气中,因此这对环境和操作人员是有害的。当铅玻璃经受热加工操作,例如弯曲、成形和熔封时,也析出PbO。PbO的其它缺点是它的原料价格高,荧光灯的光输出减少,这种减少是由于在含铅玻璃管热加工期间PbO的蒸发和随后PbO在荧光粉上的冷凝而引起的。
本发明的一个目的是提供一种玻璃组合物,这种玻璃组合物能够用于灯泡,这种玻璃组合物不含钠或者具有很低的钠含量,没有上述的缺点。在现有的炉中熔化这种玻璃一定是可能的,而且这种玻璃必定很容易加工而形成玻璃管,随后形成灯泡。这种玻璃也一定不含PbO和其它的挥发性的、有毒的或腐蚀性的组分例如Sb2O3,As2O3和F。与已知的玻璃不同,根据本发明的玻璃优选地不含B2O3和ZrO2。B2O3是有害的,因为它昂贵,并且对于玻璃炉的耐火材料有侵蚀性的。ZrO2有害地影响了玻璃的可熔性。其物理特性也可与常用含钠玻璃的物理特璃性相比美。
本发明还涉及提供包含灯泡,特别是包含管状灯泡的汞蒸汽荧光灯,这种灯泡是由这样的玻璃组合物制造的,在灯工作期间,这种灯具有很好保全的光输出;也就是说光输出随时间变化而没什么减少。
根据本发明,下述的玻璃组合物可实现了这些目的,这种玻璃组合物,以重量百分数表示,包含下列重要的成份:
SiO2 55 - 70
Al2O3 2 - 6
Li2O 0.5 - 4
Na2O <0.1
K2O 10 - 15
MgO 0 - 3
CaO 0 - 4
SrO 4 - 7
BaO 7 - 10
CeO2 0 - 0.5
所述玻璃具有低钠含量和有利的熔化与加工特性,这些特性下文将进行叙述。这种玻璃组合物很适合于拉制玻璃管,很适合于用作荧光灯的灯泡,特别适合于小型荧光灯(CFL)的管状灯泡,在小型荧光灯中,由于灯泡直径较小,管壁负荷高于“TL”灯(一般的直管荧光灯)。也能够合适地使用这种玻璃来制造荧光灯例如QL灯(石英灯)的球泡形灯泡。这种玻璃也能够合适地用于制造灯泡其它另件,例如芯柱。灯泡玻璃没有Na2O或者几乎没有Na2O将会导致灯的汞消耗较低。因此,加入荧光灯中的汞量可能少于引入一般含钠灯泡的汞量;这对于环境具有显著的有利影响。
这种玻璃组合物不包含上述有害璃的组分PbO,F,As2O3和Sb2O3。昂贵的BaO的含量相当的少。
根据本发明的玻璃的SiO2含量限制在55-70%重量的范围内。与其它的组份相组合,所述的SiO2含量将导致得到很容易熔化的玻璃。SiO2用作网络形成物。如果SiO2的含量低于55%重量,则玻璃的内聚力和抗化学能力将减少。如果SiO2的含量在70%重量以上,将会阻碍玻璃化过程,引起粘度变得太高,并增加了表面结晶的危险。
Al2O3会改进抗化学能力和抗玻璃老化的能力。如果含量低于2%重量,则这种影响太小,玻璃的结晶倾向增加。如果含量高于6%重量,则玻璃的粘度和软化温度(T软化)过分地增加,这有害地影响了玻璃的加工性。
使用碱金属氧化物Li2O和K2O作为融合剂,这导致了玻璃粘度的降低。如果在上述组合物中,使用了这两种碱金属氧化物,那末混合的碱效应将导致电阻增加和T液下降。此外,这两种碱金属氧化物都突出地决定了玻璃的膨胀系数α。这一点是很重要的,因为以玻璃没有应力的方式使玻璃融合成芯柱玻璃和/或者电源导体,例如镀铜铁/镍丝,这必定是可能的。如果碱金属氧化物的含量低于指定的极限值,那末玻璃将具有太低的α值,T软化将太高。如果高于指定的极限值,则α值将太高。Li2O导致T软化下降要比K2O大,为了获得很宽的W.R.(=T工作-T软化),Li2O是合乎需要的。Li2O含量太高会引起T液过渡的增加。此外,Li2O是昂贵的组份,因此,从经济观点来看,Li2O的含量也应受到限制。
玻璃组合物最高含0.1%重量的Na2O。较高的Na2O含量将导致荧光灯的保全减少,并导致汞吸收的增加。
BaO具有有利的特性,因为它会引起玻璃电阻的增加,和T软的减少。如果BaO含量低于7%重量,则熔化温度(T熔化),T软化和工作温度(T工作)增加太多。如果高于10%重量,则液体温度(T液)增加太多,由此结晶的趋势也增加太多。
碱土金属氧化物SrO,MgO和CaO具有有利的特性,因为它们会导致T熔化下降。将所述的三种碱土金属与BaO组合,可获得最低的T液值。如果SrO的含量低于4%重量,则T液过度地增加。如果高于指定的极限值,则T软化和T液过度地增加。
根据本发明的玻璃具有有利的T液(约920℃),因此在制造玻璃期间和由所述玻璃拉成玻璃管期间它几乎不会有结晶的趋势。由于有很宽的至少300℃的W.R.和很低的T软化(<700℃),这种玻璃能加工成管形,不会出现通过,例如丹纳过程所引起的任何问题。
根据本发明的玻璃组合物可以利用BaSO4进行精制,因此这种玻璃可以含有达0.2%重量的SO3。这种玻璃另外可以含最高达0.05%重量的Fe2O3形态的杂质,Fe2O3由所使用的原料产生的。
如果需要的话,可向玻璃中加入达0.5%重量的CeO2,以吸收不需要的紫外线。
应该指出,在美国专利US-5,470,805说明书中,给出了荧光灯灯泡玻璃组合物的描述。可是这种玻璃组合物含有5-9%重量的Na2O。为了获得荧光灯满意的保全和抑制汞吸收,灯泡内表面设置了例如Y2O3的保护涂层。在根据本发明的玻璃组合物的场合下,这样的涂层和由此而引起的另外的加工步骤都是多余的。
本发明的这些方面和其它方面参照下述的实施方案进行说明将是更加清楚的。
附图中:
图1是荧光灯的示意剖面图,
图2是小型荧光灯的主视图。
熔化下表第二栏表示的根据本发明的玻璃组合物。熔化操作在1450℃的燃气炉中在铂金坩埚中进行。使用石英砂,锂辉石(Li2O、Al2O3、4SiO2),白云石(CaCO3、MgCO3)和Li,K,Sr和Ba的碳酸盐作为原料。使用BaSO4作为精制剂。在熔化和进一步加工期间,未出现特殊问题。为比较起见,下表也列出了根据美国专利US-4,666,871说明书的具有低钠含量的玻璃实例。
表1
成分 | 重量百分组成 | |
根据本发明的玻璃 | 根据US4,666,871的玻璃 | |
SiO2Al2O3Li2ONa2OK2OMgOCaOSrOBaOSO3B2O3ZrO2Sb2O3Fe2O3CeO2 | 62.84.02.80.0512.71.42.05.09.00.15---0.030.1 | 32.06.40.90.025.95.17.10.429.00.044.47.80.40.020.5 |
106·α2.5-300T应变(℃)T退火(℃)T软化(℃)T工作(℃)T熔化(℃)TK100(℃)Trho(℃)log(rho)250 | 9.24875186921008144636847110.4 | 8.85826137859691195523-- |
log(rho)350T液体(℃)s.m.(kg/dm3)W.R.(℃) | 8.39202.62316 | ->12003.34184 |
此表中符号具有下列的意义:α25-30: 25℃-300℃之间的平均膨胀系数T应变(℃): η(粘度)=1014.5dPa.S的温度,称为应变点。T退火(℃): η(粘度)=1013.0dPa.S的温度,称为退火点。T软化(℃): η(粘度)=107.6dPa.S的温度,称为软化点。T工作(℃): η(粘度)=104.0dPa.S的温度,称为工作温度。T熔化(℃): η(粘度)=102.0dPa.S的温度,称为熔点。rho(欧姆·厘米): 比电阻TK100(℃): rho=108欧姆·厘米的温度。Trho(℃): rho=106.52欧姆·厘米的温度。log(rho)250: 250℃时以10为底rho的对数。log(rho)350: 350℃时以10为底的rho的对数。T液体(℃): 某一温度,高于此温度玻璃不再发生结晶。s.m.(千克/分米3): 密度。W.R.(℃): 工作范围=T工作-T软化
根据本发明的玻璃组合物具有低钠含量,低T液体和宽阔的W.R.。所述的低的T液体能够使玻璃拉成不含晶体的管。宽阔的W.R.和低的T软化对成形过程,例如对丹钠过程具有有利的影响。
图1是包含管状灯泡10的荧光灯的示意剖面图,管状灯泡10的截面是圆的,它是由具有根据本发明的组合物的玻璃制造的。提供了与白炽线圈13相连的电源线12,以便穿过灯泡10的壁。在灯泡10的内表面设置了一层萤光粉(磷光体)14。在灯泡10的内部有金属汞15,在荧光灯引火后,金属汞进行蒸发。在灯泡密封前,灯泡充有压力为730帕的氩气。
在燃烧1000小时后的灯的光输出(流明数)仅减少了相当于开始工作时(0小时)的光输出量的2%。在燃烧5000小时后,光输减少了10%。因此,该灯的保全类似于具有Y2O3内涂层的灯的情况。
图2是小型荧光灯的主视图。此灯是由4根细的平行的灯泡1组成(图中只画出了两根),这些灯泡是由具有根据本发明的组合物的玻璃制造的。这些灯泡彼此利用桥4连接。此灯也包含有一个供容纳电子线路的灯座2和一个螺纹灯架插头3,插头3拧入照明器中,通过照明器供应电网电压。由于管壁荷载相当大,所以在这种类型的灯中使用具有低钠含量的玻璃是特别有利的。
根据本发明的玻璃是(基本上)不含Na2O的。由于在这种荧光灯的灯泡中应用了这种类型的玻璃,所以消除了钠对磷的中毒问题。此外,抵制了汞齐的形成。这两个效应改进了灯的保全,也就是说,在工作期间此灯的光输出只是很慢地随间时间减少。使用这种类型的玻璃也会导致这种灯的汞消耗较低。因此,加入到这种荧光灯中的汞量可能要比加入到由一般的含钠灯泡组成的荧光灯中的汞量少;这种灯对于环境具有相当大的有利影响。在荧光灯中,使用这样的具有低钠含量的玻璃将会使例如Y2O3的内保护涂层成为多余。这种玻璃的另外一个优点在于它的W.R.宽,T软化低和T液体有利,因此,这种玻璃可以拉成玻璃管,而不会出现任何问题。
Claims (4)
1.用于灯泡组分的玻璃组合物,这种组合物含有二氧化硅,氧化铝,氧化钡和至少两种碱金属氧化物,其特征在于这种玻璃组合物,以重量百分数表示含有下列重要成份:
SiO2 55-70
Al2O3 2-6
Li2O 0.5-4
Na2O <0.1
K2O 10-15
MgO 0-3
CaO 0-4
SrO 4-7
BaO 7-10
CeO2 0-0.5
2.权利要求1组合物的玻璃制造的灯泡。
3.权利要求2的灯泡,其特征在于此灯泡是管状的。
4.含有密封玻璃灯泡的荧光灯,该荧光灯装有电极,电极与电源线相连,在荧光灯工作期间两电板之间发生放电,所述灯泡充有气体和汞或汞合金,在荧光灯工作期间,汞或汞合金至少部分地蒸发,和在灯泡壁内表面上设置一层物质,这层物质至少含有一种磷光体,其特征在于此灯泡是权利要求1组合物的玻璃制作的。
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PB01 | Publication | ||
C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
CB02 | Change of applicant information |
Applicant after: Koninklike Philips Electronics N. V. Applicant before: Philips Electronics N. V. |
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COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: N.V. PHILIPS OPTICAL LAMP LTD., CO. TO: ROYAL PHILIPS ELECTRONICS CO., LTD. |
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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