CN1224583C - 用于灯泡的碱土金属硅铝酸盐玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于灯泡的碱土金属硅铝酸盐玻璃，其具有下列组成(按氧化物重量%计)：SiO2＞55-64；Al2O3 13-18；B2O3 0-5.5；MgO 0-7；CaO 5.5-14；SrO 0-8；BaO 6-17；ZrO2 0-2；CeO2 0-0.3；TiO2 0-0.5；CoO 0.01-0.035；Fe2O3 0.005-0.05；NiO 0-0.03。

Description

用于灯泡的碱土金属硅铝酸盐玻璃
技术领域
本发明涉及用于灯泡的碱土金属硅铝酸盐玻璃。本发明还涉及该玻璃的应用。本发明还涉及具有由该玻璃制造的灯泡的灯泡和卤素灯。
背景技术
具有高转化温度Tg和高应变点UKP的无色玻璃被用作卤素灯的灯泡材料，例如用于照明和内燃机区段。
按照Plancksch辐射律，由这些卤素灯发射出的光的色彩视觉感取决于螺旋形灯丝的温度，因为在可见光谱区域，几乎没有任何附加的过滤作用。
如果螺旋形灯丝的温度升高，则光的色彩视觉感移向蓝色。该“色彩视觉感”可以按照DIN 5033来测定，并用三个三色系数x、y和Y表示，这些系数代表所谓的色位。
此外，可以给出光的“色温度”。这被定义为这样的温度，在该温度，Plancksch墨体辐射器具有的谱移尽可能的类似于特征化的光。色温度的升高相应于在色彩视觉感向“蓝”移。
理想的是，所察觉到的光的色温度尽可能地高。这使得灯特别地亮和引人注目，正如例如，汽车车头灯所需要的那样。输出为65W的卤素灯由直径为16mm和1.4mm壁厚的标准无色硬玻璃灯泡组成，例如其色温度为约3100K，按Ulbricht球测定。
提高螺旋形灯丝温度和由此也提高色温度不仅由灯泡材料和其温度负荷能力确定，而且主要也由灯丝材料和其使用寿命确定。
希望由卤素灯发出的光的色彩视觉感与由高压灯或气体放电灯发出的光的色彩大致相同。工业上已经制造出卤素灯，按各种方式模仿高压灯和气体放电灯的光色。
灯的色彩视觉感例如是通过向常用的卤素灯泡上涂覆带颜色的涂层改变的。但是，在这种情况下，在灯泡制备以后，必须进行引起附加费用的进一步工艺步骤，此步骤是灯泡的制造商通常不会采用的。涂层在使用较长时间后会因层剥离而出现老化，而且在透光和光的色彩视觉感方面相应地发生很大的改变。难以调节整个灯泡表面的指定层厚。
额外施加涂层的另一种途径是使用由昂贵的极大富含SiO2的玻璃，即所谓的VYCOR-玻璃制成的全程着色玻璃管。这种玻璃在加工和熔化方面存在缺点，即例如首先要在比用于卤素灯的常规硬玻璃高得多的温度下进行加工。常规硬玻璃的加工温度VA在1250-1300℃之间，而VYCOR-玻璃的加工温度高于1600℃。此外硬玻璃和VYCOR-玻璃的热膨胀率也不同。存在的这些和其他差异导致VYCOR-玻璃不能没有困难地在常用的卤素灯生产装置中进行加工。
发明内容
现在，本发明的目的是提供一种用于生产具有高色温度，特别是色温度至少为3400K的卤素灯泡的玻璃。在生产卤素灯时常用的装置上无需增加工艺步骤就可以生产灯泡。而且这种玻璃应该满足卤素灯玻璃的一般要求，即具有与钼的热膨胀性相应的热膨胀，具有足够的温度稳定性并且是无碱的。
本发明的目的通过下列的碱土金属硅铝酸盐玻璃实现：一种用于灯泡的碱土金属硅铝酸盐玻璃，其具有下列组成(按氧化物重量％计)：
SiO2                   ＞55-64
Al2O3                 13-18
B2O3                  0-5.5
MgO                     0-7
CaO                     5-14
SrO                     0-8
BaO                     6-17
ZrO2                   0-2
CeO2                   0-0.3
TiO2                   0-0.5
CoO                     0.01-0.035
Fe2O3                 0.005-0.05
适合作为灯泡玻璃的玻璃优选由下列基础玻璃体系组成(按氧化物的重量％计)：SiO2＞55-64，优选＞58-62；Al2O313-18，优选13.5-17.5；B2O30-5.5；MgO0-7；CaO5-14，优选5.5-14；SrO0-8；BaO6-17，优选6-10；ZrO20-2；CeO20-0.3；TiO20-0.5。例如在DE 197 47 354C1、DE 197 47 355C1和DE 197 58 481C1中公开了这种基础玻璃。
因此，按氧化物重量％计，SiO259-62；Al2O313.5-15.5；B2O33-5.5；MgO2.3-5；CaO8.2-10.5；BaO8.5-9.5；ZrO20-1；CeO20-0.3；TiO20-0.5的基础玻璃特别适合于生产灯泡温度最大为650℃的灯泡，而按氧化物重量％计，SiO2＞58-62；Al2O314-17.5，优选15-17.5；B2O30-1，优选0-0.7；MgO0-7；CaO5.5-14；SrO0-8；BaO6-17，优选6-10；ZrO20-2；CeO20-0.3；TiO20-0.5的基础玻璃特别适合于生产灯泡温度高于650℃的灯泡。
本发明涉及的是含CoO和Fe2O3的玻璃。
通过这种在上面所述的用于灯泡的碱土金属硅铝酸盐玻璃中，所述的0.01-0.035重量％CoO和0.005-0.05重量％Fe2O3范围内的着色氧化物使从灯中发出的光的光谱发生了这样的改变，其光谱与在较高温下Planckschen黑色放射源的光谱类似，特别是灯的色温度≥3400K。
在实际上不对玻璃的其他特性有影响的所述含量范围内，CoO在580-680纳米的光谱范围内已经出现强吸收。优选的是，玻璃含0.02-0.03重量％CoO。
Fe2O3在约450纳米处和在约1000-1100纳米的红外范围内出现吸收，而且甚至在可见光的长波范围内对透射率有明显的影响。Fe2O3的最大含量应限制在≤0.05重量％，因为高含量将改变玻璃的其他特性。优选的是，玻璃含0.015-0.03重量％Fe2O3。
玻璃还可以含有至多0.03重量％NiO。NiO在450-630纳米范围内出现吸收，其中最强的带出现在450纳米处，更确切地说出现在短波范围内。
通过混合使用所述的两种，特别是所述的三种着色氧化物，可以将着色部位以及玻璃的透射率限定在宽范围内并且可以精确地进行调节。
玻璃还可以含至多5重量％Nd2O3。Nd2O3的最强吸收带出现在580纳米和750纳米。但是，最好不用这种氧化物，因为它使得玻璃十分昂贵，这不仅仅由于上述较高含量而且由于其低的消光系数，而让获得明显效果的合理含量。
玻璃可以含有常用量的常规澄清剂。优选不使用As2O3和Sb2O3。
实施例：
表1列出了3个实施例和1个对比例的着色氧化物含量和所测定的着色点由此确定的温度和透射率。
3个实施例和1个对比例的基本组成(按氧化物重量％计)为：SiO260.7；Al2O3 16.5；B2O3 0.3；CaO 13.5；BaO 7.8；ZrO2 1.0。
这里，根据DIN 5033，由x和y(这里观察不到表示颜色亮度的y值)示出了着色点，采用1.4毫米厚的试样，2度视野和相应Planck3110K的光进行测定。同样示出了与着色点等效的色温度[K]。
同样采用1.4毫米厚的试样，2度视野和相应Planck 3110K的光测定了透射率τ[％]。
按下列方式制备玻璃：称重原料，彻底地进行混合。在该方法中，加入作为混合物的着色氧化物，优选含有SiO2，以便称重时使所需少量物质的误差降至最低并使着色氧化物均匀地分布在整个混合物中，这对玻璃的均匀性来说是重要的。在约1600℃熔化玻璃混合物，接着拉制成具有适当尺寸的管形。
表1
实施例(A1-A3)和对比例(V)
着色氧化物含量和主要特性
                   A1         A2         A3         V
CoO[重量％]        0,027      0,025      0,03       -
NiO[重量％]        -          -          0,005      -
Fe2O3[重量％]   0,005      0,02       0,005      0,027
着色点
x                  0,417      0,416      0,416      0,429
y                  0,396      0,396      0,395      0,401
τ1.4毫米[％]       76,4       75,7       74,5       90,7
色温度[K]    约3450       约3450      约3450       约3100
V和A1-A3之间的比较证明了本发明主要的着色氧化物组合的影响。这种影响通过与常用高压灯的着色点和色温度进行对比也变得一目了然：该值x＝0.410和y＝0.393以及3450K表明：采用本发明的玻璃制备卤素灯泡获得类似于高压灯的色彩视觉感，实现了本发明的目的。
不同类型卤素灯的区别在于灯泡的直径和壁厚。壁厚对灯的色温度有明显的影响。在玻璃组成相同时，壁厚越大，色温度越低。
迄今的色温度数据针对的是灯泡壁厚为约1.4毫米的卤素灯。由实施例A2的玻璃制成的灯泡壁厚为约1.1毫米的卤素灯的色温度可以比由对比例的玻璃制成的同一壁厚的灯的色温度高约250K，即从3400K提高到3650K。
图1示出了光谱透射率与实施例A2玻璃在试样厚度为1.42毫米时波长在200-900纳米范围内的曲线图。
在可见光谱的短波范围内的高透射率和在可见光谱的长波范围内的与此相反地降低的透射率证明了移向蓝色的色彩视觉感。
与基本组成相比，由于本发明的着色氧化物浓度仅仅是低的，所以实际上没有改变对于使用该玻璃制成的灯泡，特别是卤素灯的主要物理特性，例如热膨胀系数α20/300和转变温度Tg。
本发明玻璃的α20/300在4.3×10-6/K和4.95×10-6/K之间且Tg＞700℃。
因此，且从所述的光谱特性可见，具有至少两种着色氧化物CoO、Fe2O3，优选至少三种着色氧化物CoO、Fe2O3和NiO作特定掺杂剂的玻璃特别适合于用作灯泡，特别是卤素灯泡的灯泡材料。
由本发明玻璃制成的灯泡和采用该玻璃制灯泡的卤素灯由于其着色点和其色温度≥3400K而具有与高压灯和气体放电灯相仿的足够好的色彩视觉感，并因此在其色彩视觉感上远远超过常规的卤素灯。在适当地选择灯泡的几何构形，特别是灯泡的壁厚情况下，本发明色温度≥3600K的卤素灯还具有蓝色/明亮的色彩视觉感。

Claims (13)

1.用于灯泡的碱土金属硅铝酸盐玻璃，其具有下列组成(按氧化物重量％计)：
           SiO2              ＞55-64
           Al2O3            13-18
           B2O3             0-5.5
           MgO                 0-7
           CaO                 5-14
           SrO                 0-8
           BaO                 6-17
           ZrO2               0-2
           CeO2               0-0.3
           TiO2               0-0.5
           CoO                 0.01-0.035
           Fe2O3             0.005-0.05
2.根据权利要求1的碱土金属硅铝酸盐玻璃，其特征在于，其具有下列组成(按氧化物重量％计)：
           SiO2              ＞58-62
           Al2O3            13.5-17.5
           B2O3             0-5.5
           MgO                 0-7
           CaO                 5.5-14
           SrO                 0-8
           BaO                 6-10
           ZrO2               0-2
           CeO2                0-0.3
           TiO2               0-0.5
           CoO                 0.01-0.035
           Fe2O3             0.005-0.05
3.权利要求1或2的碱土金属硅铝酸盐玻璃，其特征在于，其组成如下(按氧化物重量％计)：
           SiO2              59-62
           Al2O3            13.5-15.5
           B2O3             3-5.5
           MgO                 2.5-5
           CaO                 8.2-10.5
           BaO                 8.5-9.5
           ZrO2               0-1
           TiO2               0-0.5
           CoO                 0.01-0.035
           Fe2O3             0.005-0.05
4.权利要求1的碱土金属硅铝酸盐玻璃，其特征在于，其组成如下(按氧化物重量％计)：
           SiO2              ＞58-62
           Al2O3            14-17.5
           B2O3             0-1
           MgO                 0-7
           CaO                 5.5-14
           SrO                 0-8
           BaO                 6-17
           ZrO2               0-2
           CeO2               0-0.3
           TiO2               0-0.5
           CoO                 0.01-0.035
           Fe2O3             0.005-0.05
5.权利要求1、2或4中的任意一项的碱土金属硅铝酸盐玻璃，其特征在于，其组成如下(按氧化物重量％计)：
           SiO2              ＞58-62
           Al2O3            15-17.5
           B2O3             0-0.7
           MgO                 0-7
           CaO                 5.5-14
           SrO                 0-8
           BaO                 6-10
           ZrO2               0-2
           CeO2               0-0.3
           TiO2               0-0.5
           CoO                 0.01-0.035
           Fe2O3             0.005-0.05
6.权利要求1、2和4中的任意一项的碱土金属硅铝酸盐玻璃，其特征在于，其还含有最多0.03重量％的NiO。
7.权利要求1、2和4中的任意一项的碱土金属硅铝酸盐玻璃，其特征在于，其含有0.02～0.03重量％的CoO。
8.权利要求1、2和4中的任意一项的碱土金属硅铝酸盐玻璃，其特征在于，其含有0.015～0.03重量％的Fe2O3。
9.权利要求1-8中的任意一项所述的玻璃作为灯泡的灯泡材料的应用，所述玻璃的热膨胀系数α20/300为4.3×10-6/K～4.95×10-6/K，转变温度Tg高于700℃。
10.权利要求9的应用，其中所述的灯泡是卤素灯泡。
11.由权利要求1-8中的任意一项所述的玻璃制备的灯泡。
12.具有由权利要求1-6中的任意一项所述的玻璃制备的灯泡的卤素灯，其色温度≥3400K。
13.权利要求12的卤素灯，其色温度≥3600K。
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