CN1224584C - 可用于灯泡的耐高热铝碱土金属硅酸盐玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铝碱土金属硅酸盐玻璃钼玻璃，它熔融成形后可以用来制造灯泡和灯具外罩，特别适用于再生卤素循环灯，这种灯的灯泡温度将达到550℃至700℃。在本发明中，出乎意料的发现，铝碱土金属硅酸盐玻璃的含水量可为0.025至0.042%重量百分比，这一水含量可以满足再生卤素循环灯的工作要求，能够避免在灯泡温度为550℃至700℃时，玻璃中的不纯杂质对卤素再生过程的影响。当玻璃中的含水量为0.025至0.042重量百分比时，水的存在将不会起到不纯杂质的作用，从而不影响卤化钨分解与再生的平衡过程。由该种玻璃制造的灯泡内壁不会出现发黑现象，或比水含量明显偏低的玻璃制成的灯泡的发黑程度小。

Description

可用于灯泡的耐高热铝碱土金属硅酸盐玻璃
技术领域
本发明涉及铝碱土金属硅酸盐玻璃钼玻璃，它熔融成形后可以用来制造灯泡和灯具外罩，特别适用于再生卤素循环灯，这种灯的灯泡温度将达到550℃至700℃。
背景技术
卤素灯中再生卤素循环的稳定性是卤素灯能够达到预期使用寿命的前提条件。卤化钨的分解与形成的平衡是至关重要的。灯的玻璃、灯丝以及导线中的微量不纯杂质等都可能干扰卤素循环过程。由于灯工作中产生的高温和钨丝强烈的辐射，这些微量杂质将削弱卤素循环过程，导致金属钨在灯泡内壁聚积使灯泡发黑。这使得灯的功率下降并减弱灯泡的透光性。特别是碱性离子对卤素循环的影响更严重。因此，实践中生产技术先进的卤素灯用玻璃都要求不含碱性物质。目前一般要求碱性氧化物(R2O)的含量小于0.03％的重量百分比。在此范围内不会有稳定性成分的作用被抵消。除上述的碱性离子外，H2，OH-，CO，和CO2等物质也具有破坏卤素循环的稳定性的侵蚀作用。
为避免灯泡发黑，在EP 0 193 365和DE 197 47 354给出了水含量的范围要求，即：＜0.02％重量百分比。
在EP 0 913 366和DE 197 58 481中给出的水含量的范围要求为＜0.02％重量百分比，因为水和氢将破坏卤素循环过程。
WO 99/14794给出的水含量的范围要求为＜0.02％重量百分比。
US4,163,171中给出了非典型的用于卤素灯的玻璃组成成分(SiO2含量50％，P2O5含量4.8％，Al2O3含量19.2％，以上为重量百分比)，成分中CO和碱性物质含量实际上为0，水含量小于0.03％重量百分比。实际上还没有使用这种成分的玻璃做卤素灯玻璃。
在卤素灯生产的历史和目前实际中大量使用耐热玻璃，例如GE的180玻璃，Corning的1720、1724和1725玻璃，以及Schott的8252和8253玻璃等，它们的水含量为：小于0.025％重量百分比，部分类型小于0.02％重量百分比。表1中给出了玻璃的成分情况。
              表1
    氧化物     重量百分比含量％
    SiO2     56.4-63.4
    Al2O3     14.6-16.7
    B2O3     0-5.0
    BaO     7.5-17.0
    CaO     6.7-12.7
    MgO     0-8.2
    SrO     0-0.3
    ZrO2     0-1.1
    TiO2     0-0.2
    Na2O     0.02-0.05
    K2O     0.01-0.02
    Fe2O3     0.03-0.05
专利中典型卤素灯用玻璃的成分见表2。
              表2
    氧化物     重量百分比含量％
    SiO2     52-71
    Al2O3     13-25
    B2O3     0-6.5
    BaO     0-17
    CaO     3.5-21
    MgO     0-8.3
    SrO     0-10
    ZrO     0-5.5
    R2O     0-0.08(1.2)
    TiO2     0-1
    水     ＜0.025
玻璃中上述各成分的极限值，特别是低含水量的值，对使用的原料以及玻璃的熔融过程提出了严格的要求。例如：
-使用干燥的原料和粒料，
-使用不含水的原材料
-在较低的欲使水蒸气的分压下使玻璃的熔融温度达到1600℃，对熔融设备技术要求高。因此用于技术和设备的投资高。
目前和将来都存在大量对卤素灯用玻璃的需求。
发明内容
本项发明的任务是发明一种生产上经济，又能满足灯具特别是卤素灯使用要求的玻璃。
本发明中一项出人意料的发现是，与现在所了解的情况不同，当铝碱土金属硅酸盐玻璃中水的含量为0.025-0.042％重量百分比含量时，亦可满足卤素灯对所需玻璃的要求，并且当灯泡温度为550℃至700℃时，不纯杂质对卤素循环过程不会产生影响。当玻璃中的含水量为0.025至0.042％重量百分比时，水的存在将不会起到不纯杂质的作用，从而不影响卤化钨分解与再生的平衡过程。由该种玻璃制造的灯泡内壁不会出现发黑现象，或比水含量明显偏低的玻璃制成的灯泡的发黑程度小。
本发明包括所有能够满足钨-卤素灯对灯泡玻璃特性的要求的碱土金属硅酸盐玻璃。这些特性包括：
-使用钼作导线材料，通过热膨胀系数在玻璃内达到的压应力，
-玻璃的高温软化情况，它决定了灯温度的上限：
α20-400℃      4.4-4.8*10-6K-1
Tstr            665-730℃
Tsoft           925-1020℃
本发明中优选实施形式中，所述碱土金属硅酸盐玻璃的成分见下：(重量百分比％)
氧化物             重量百分比含量％
SiO2                   55.0-62.5
Al2O3                14.5-18.5
B2O3                 0-4.0
BaO                     7.5-17.0
CaO                     6.5-13.5
MgO                     0-5.5
SrO                     0-2.0
ZrO2                   0-1.5
TiO2                   0-1.0
ZnO                     0-0.5
CeO2                   0-0.3
R2O                    ＜0.03
H2O                    0.025-0.042
发明中介绍的玻璃可以使用在灯泡温度范围为550℃-700℃的卤素灯中，与含水量更低的玻璃相比，不存在水等不纯杂质对卤素循环过程的不利影响。同市场上常见的其他类型的玻璃相比，具有生产经济的优点。
对碱金属硅酸盐玻璃中含水量影响的研究得出了出人意料的结果：
-与灯管的加工温度相比，液相温度平均下降10至15K。
-在保持加工范围粘性温度下，在1013.0至1014.5的粘性范围内，粘性温度平均下降6至14K。
-在熔融和封接过程中，改善玻璃在火焰中的封接特性。
研究结果中还含有卤素灯盐玻璃大规模生产中的其他明显经济性优点，它们是：
-在碱金属硅酸盐玻璃的熔融过程中，使用了能源利用率高的熔融工艺，例如“氧-燃料-熔炉”工艺，这可以在生产中达到明显的节能效果。
-生产中玻璃的熔融温度降低，同时玻璃熔融设备中耐火材料损耗减小，因此同样可以达到节能的效果。
-在玻璃管制造过程中，由于液相温度降低后低于加工温度，可以避免玻璃管成形过程中玻璃的结晶现象，从而使生产者受益。
-使用含水的玻璃生产原材料。
-由于玻璃的“温度-粘性曲线”较陡，可以提高灯具的生产加工速度。
具体实施方式
以下列示例具体说明本发明：
为保证直接使用，将例子中的玻璃3.5吨放入玻璃熔融槽中熔融后拉制成玻璃管。
玻璃熔融槽安装有煤气-氧气和煤气-空气加热组合装置。因此在加热中可以使用煤气-氧气、煤气-空气加热方式或使用组合加热方式。这样可以通过熔炉气体中的分压调节改变和调节玻璃中的水含量。
可以使用石英粉、氧化铝、脱氢铝土、硼酸、碳酸钙、碳酸钡、碳酸锶、氧化镁、硅酸锆、氧化钛、氧化锌、氧化铈等作为原料。原料是缺碱的并是工业纯度的。添氢氧化铝等含水原料，以控制玻璃中的水含量。原料和粒料在使用前应进行干燥处理。
玻璃熔融槽装有附加的辅助装置，以将水蒸气直接导入到熔融玻璃中，这是另外一种调节玻璃中含水量的方法。
以此可以在本发明任务范围内可以调节改变：
-玻璃的组成成分
-含水量
-熔融条件，例如熔融温度、熔融时间
在1600℃-1660℃温度下将玻璃熔融，提纯并均一化。生产出来的管无玻璃缺陷，符合灯具生产的尺寸要求。以这些玻璃管生产卤素灯，进行点亮耐久性试验。对电极材料进行完全的退火，以消除对卤素循环的影响。
对熔融状态的本发明中的示例玻璃(A)和已知的另一含水量更低的玻璃(V)的成分和重要特性进行了比较，比较结果见表3。
表3：示例玻璃(A)和现有技术的无水玻璃(V)的成分和重要玻璃特性比较
  氧化物   重量百分比％     A1   V1   A2   V2   A3   V3   A4   V4   A5   V5
  SiO2     59.4   59.4   55.5   55.5   60.8   60.8   60.4   60.4   61.9   61.9
  Al2O3     16.0   16.0   17.6   17.6   16.2   16.2   16.4   16.4   14.2   14.2
  B2O3     1.7   1.7   4.0   4.0   0.5   0.5   1.9   1.9
  BaO     11.1   11.1   8.7   8.7   8.2   8.2   6.9   6.9   16.6   16.6
  CaO     9.5   9.5   7.8   7.8   12.5   12.5   11.3   11.3   6.7   6.7
  MgO     1.0   1.0   5.5   5.5   1.0   1.0
  SrO   0.3   0.3   1.2   1.2   0.2   0.2
  ZrO2     1.0   1.0   0.2   0.2   1.5   1.5   0.2   0.2
  TiO2     0.2   0.2   0.1   0.1   0.3   0.3   0.2   0.2
  ZnO   0.2   0.2   0.3   0.3
  CeO2   0.2   0.2   0.1   0.1
  R2O     0.026   0.026   0.028   0.028   0.028   0.028   0.026   0.026   0.029   0.029
  水     0.039   0.021   0.041   0.021   0.040   0.020   0.033   0.018   0.039   0.019
 α20-400   10-6K-1     4.50   4.51   4.44   4.45   4.55   4.55   4.43   4.45   4.61   4.60
  Tstr   ℃     700   710   675   683   715   725   707   712   723   735
  Tanu   ℃     760   770   723   730   766   780   759   765   775   786
  Tsoft   ℃     987   990   929   930   996   998   982   984   1017   1018
  Twork   ℃     1294   1295   1198   1197   1309   1310   1291   1290   1366   1367
  Tliqu.   ℃     1181   1195   1138   1150   1225   1240   1215   1230   1190   1200
  KWGmax   微米/分     8   12   18   25   14   16   12   13   5   8
从表3中可以看出，不同成分的玻璃的高温软化特性不同，因此灯泡的最大允许温度不同。热负荷高的灯具应使用软化温度高的玻璃制造而热负荷低的灯具可以使用一般玻璃制造。在点亮耐久性试验中，试验结果来自对卤素灯发黑情况(灯泡内壁黑色斑点的形成)和光通量损失的判断。点亮耐久性的试验时间根据灯具类型的不同在135至720小时之间。结果在表4中给出。
表4：卤素灯点亮耐久性试验结果光通量下降情况/20只灯的平均值，以百分比给出
  A1   V1   A2   V2   A3   V3   A4   V4   A5   V5
  2.4   1.9   4.7   4.5   2.0   2.1   3.7   4.1   6.4   5.9
                                            变黑/每20只灯中的数量
有发黑     0     0   3轻微   2轻微     0     0    1轻微    2轻微   3中等2轻微   3知道2轻微
无发黑     20     20   17   18     20     20    19    18   15   16
为保证卤素灯试验结果的可靠行，进行了如下试验：
-在900-1600℃进行了高真空抽气试验，以确定灯具玻璃的成分
-在真空低卸载温度Tstr下测定玻璃中水的释放量并与玻璃的总含水量进行对比(测试中使用红外频谱仪)。
试验结果见表5。
表5
                                           高温高真空情况下玻璃的气体释放量900-1600℃/10-4PaV1-玻璃＝1与A1进行对比
  A1   V1   A2   V2   A3   V3   A4   V4   A5   V5
  总气体释放量％   0.969   1   1.043   1   1.007   1   0.932   1   0.992   1
                                                    在各个Tstr温度下玻璃水的释放量(120小时，1，10-1mbar)
  A1   V1   A2   V2   A3   V3   A4   V4   A5   V5
  总含量ppm   392   211   410   208   401   203   332   180   394   193
  释放ppm   3   3   5   4   7   5   3   4   7   5
  ％   0.9   1.4   1.3   1.9   1.9   2.5   1.0   2.2   1.8   2.6
结果说明，含水量高的玻璃和含水量低的玻璃在高真空条件下的气体释放量和Tstr温度下的水释放量无明显差异。本结果所确定的趋势与发亮耐久性试验结果的趋势相一致。含水量高的玻璃(0.025-0.042％重量百分比)的水释放量并不比含水量更低的玻璃高。气体释放量的情况也得到相同结论。卤素灯发亮耐久性试验结果显示，使用含水量高的玻璃制造的灯具与使用含水量低的玻璃制造的灯具在使用寿命方面(故障、光通量下降、发黑)无明显差异。含水量高的玻璃用于制造卤素灯具是合格的，这种玻璃经济性好的优点可以在玻璃生产、灯管生产和灯具生产过程中被成分利用。可使用的玻璃的成分范围因此扩大了。

Claims (3)

1.用于制造钨—卤素灯具的灯泡且含水量为0.025-0.042％重量百分比的铝碱土金属硅酸盐玻璃。
2.权利要求1的铝碱土金属硅酸盐玻璃，其特征在于，如下的玻璃成分含量，重量百分比％：
SiO2         55.0-62.5
Al2O3       14.5-18.5
B2O3        0-4.0
BaO           7.5-17.0
CaO           6.5-13.5
MgO           0-5.5
SrO           0-2.0
ZrO2          0-1.5
TiO2          0-1.0
ZnO           0-0.5
CeO2          0-0.3
R2O          ＜0.03
H2O          0.025-0.042。
3.权利要求1至2之一所述的玻璃在制造温度为550℃-700℃的钨—卤素灯具的灯泡中的应用。
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