CN1307673C - 具有玻璃元件的电灯 - Google Patents

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Abstract

此电灯有玻璃元件，按本发明其组成基本上无PbO，并且具有下列的成分：55—70重量%SiO2、＜0.1重量%Al2O3、0.5—4重量%Li2O、0.5—3重量%Na2O、10—15重量%K2O、0—3重量%MgO、0—4重量%CaO、0.5—5重量%SrO、7—10重量%BaO。最好该玻璃的组成包括：6—70重量%SiO2、1.4—2.2重量%Li2O、1.5—2.5重量%Na2O、11—12.3重量%K2O、1.8—2.6重量%MgO、2.5—5重量%CaO、2—3.5重量%SrO、8—9.5重量%BaO。该玻璃优选地用作CFL-外壳玻璃或用作灯头玻璃。由本发明玻璃制成的电灯有可取的熔化和加工特性，尤其液态温度Tliq≤800℃。

Description

具有玻璃元件的电灯
本发明涉及包括有一种组成之玻璃元件的电灯。
本发明也涉及有一玻璃部分之电灯的灯头，该玻璃部分由具有这样一种组成的玻璃制成。
本发明还涉及由具有这样一种组成之玻璃制成的灯外壳。
此外，本发明涉及包括灯外壳的汞蒸气放电灯，该灯外壳以不透气方式密封充有汞和稀有气体的放电空间，该灯外壳包括维持在该放电空间放电的放电器具。
在汞蒸气放电灯中，汞构成(有效)产生紫外(UV)光的主要成分。于灯外壳也称为放电容器的内壁上可存在包括发光材料(如荧光粉)的发光层，以转换UV至其它光的波长，例如至鞣革用途的UV-B和UV-A(大阳板灯)或至一般照明用途的可见光辐射。这样的放电灯因此也称作荧光灯。另一方面，可将此产生的紫外光用于制作杀菌灯(UV-C)。低压汞蒸气放电灯的灯外壳通常是管状的，而截面则是圆形的，并包括细长和小型的实施方案。一般，所谓小型荧光灯的管状灯外壳包括一批比较地具有小直径之相对短的直线部件，借助桥形部件或弧形部件把此等直线部件连接到一起。小型荧光灯通常配备有(集成)灯头。
汞蒸气放电灯如荧光灯的灯外壳一般由便宜的所谓碱石灰型玻璃制成。小型荧光灯通常由无铅富Ba-Sr玻璃制成。除了直线或弯曲部件，该灯外壳还可包括在那里将该灯外壳不透气地加以密封的(两个)所谓的玻璃灯头或端部，此端部能使供电导线通过。
在美国专利说明书US 5,925,582中描述了一种供用于荧光灯的低钠含量玻璃。此已知玻璃含有按重量不到0.1％的Na2O。但是，其液态温度(Tliq)仍然比较高，这就使具有由此种已知玻璃制成之灯外壳的电灯加工相对地变得困难。
完全或部分地消除以上缺点是本发明的目的。在现有炉子中溶化此玻璃将会是可能的，此玻璃应可容易地加工而形成尤其玻璃管以及接着形成灯外壳。此玻璃还应无PbO和其它挥发有毒或腐蚀性成分，诸如Sb2O3、As2O3和F。像已知玻璃，此本发明玻璃最好无B2O3和ZrO2。B2O3是不利的，因为它昂贵且对玻璃炉耐火材料有侵蚀性。ZrO2则对此玻璃的熔化过程产生有害影响。本发明的另一目的是提供较便宜的玻璃。
本发明还旨在提供有灯外壳的汞蒸气放电灯，尤其灯头或管状灯外壳，它由这样一种玻璃制成，该灯具有可取的加工特性。其它的物理特性应与常用含钠玻璃的相似。
按照本发明，此包括玻璃元件的电灯，其中该玻璃元件的组成基本上无PbO并包括下列的成分，以重量百分率(以重量％或重量％表示)表示为：
55-70重量％SiO2，
＜0.1重量％Al2O3，
0.5-4重量％Li2O，
0.5-3重量％Na2O，
10-15重量％K2O，
0-3重量％MgO，
0-4重量％CaO，
0.5-5重量％SrO，
7-10重量％BaO.
此玻璃的液态温度(Tliq)比已知玻璃低至少100℃。这样一种玻璃有可取的熔化和加工特性。此玻璃组成非常适合于拉制玻璃管以及用作荧光灯的灯外壳，尤其小型荧光灯(CFL)的管状灯外壳，其中由于此灯外壳直径较小其壁载前比之“TL”灯(正规直线管状荧光灯)要高。此玻璃也可适合用来制荧光灯的泡型外壳，诸如所谓的无电极或“QL”汞蒸气放电灯。此玻璃还可适合用来制造其它的灯外壳部件，例如灯头。
这种玻璃组成不包括上面提到的有害成分PbO、F、As2O3以及Sb2O3。
此本发明玻璃的SiO2含量被限制在55-70重量％。同其它的成分配合，该SiO2含量产生可易于熔化的玻璃。正如本领域中所知的，SiO2起网络框架的作用。如果SiO2的含量低于55重量％，那么玻璃的内聚力和化学抗耐性便下降。SiO2含量高于70重量％则阻碍玻璃化过程，使粘度变得太高，并增加表面结晶的风险。
基本上不存在Al2O3有下列的优点。由于良好的结晶特性而使得液态温度(Tliq)下降至少100℃。同已知玻璃组成比较，本发明玻璃组成中无Al2O3对该玻璃的化学抗耐性和大气侵蚀抗耐性均未有不利的影响。另外，此本发明玻璃呈现低的晶化倾向以及使得能对该玻璃进行适当加工的粘度和软化温度(Tsoft)。
使用碱金属氧化物Li2O、Na2O和K2O来作为熔化剂会导致此玻璃瓦管粘度的下降。如果上述组成中使用两种碱金属氧化物，那么所谓的混合碱效应将使电阻上升和Tliq下降。此外，碱金属氧化物多数情况下决定玻璃的膨胀系数α。这是重要的，因为必须能够以玻璃无应力这样一种方式将此玻璃与灯头玻璃及/或供电导线例如镀铜铁/镍线密封。若碱金属氧化物含量低于所指示的范围，则该玻璃将有太低的α值(线膨胀系数)，则Tsoft(软化点)将会太高。高于所指示的范围时其α值将会太高。较之K2O，Li2O引起Tsoft更大的下降，这对于获得宽的所谓“加工区间”(Twork-Tsoft)是理想的。Li2O含量太高引致Tliq的过分上升。又，Li2O为昂贵成分，因此，从经济观点也要对Li2O含量加以限制。
BaO有良好的特性，它使得玻璃的电阻上升和Tsoft下降。低于7重量％，熔化温度(Tmclt、Tsoft以及加工温度(Twork)便上升太多。高于10重量％，液态温度(Tliq)以及因此晶化倾向便提高太多。
碱土金属氧化物SrO、MgO和CaO有良好的特性，它们导致Tmelt的下降。
最好，该玻璃的组成包括：65-70重量％SiO2、1.4-2.2重量％Li2O、1.5-2.5重量％Na2O、11-12.3重量％K2O、1.8-2.6重量％MgO、2.5-5重量％CaO、2-35重量％SrO、8-9.5重量％BaO。此本发明玻璃具有合适的Tliq≤800℃，并因此在玻璃制造过程中以及在由该玻璃拉制玻璃管的过程中几乎不倾向于晶化。通过保持浓度在优选的范围并由于至少310℃的宽的加工区间以及低的Tsoft(700℃)，借助例如本领域中所知的Danner或Vello法可使该玻璃成形为管子而无任何问题。另外，可将降低此优选玻璃组成的成本价。
该玻璃具有合适的熔化和加工特性。可调节其线性膨胀系数以使该玻璃与其它玻璃匹配。又，可选择其别的物理参数以大致等于已知玻璃的那些参数(也参见下面的表2)。此本发明优选实施方案的玻璃组成非常适合拉制玻璃管，并适合用作荧光灯的灯外壳或灯头。
Li2O、Na2O与K2O的浓度之和最好在14-16重量％的范围。SrO与BaO的浓度之和最好在10-12.5重量％的范围。通过保持浓度在优选的范围内，优选玻璃组成的线膨胀系数便有合适的特性。
该玻璃元件的组成另外包括：0.01-0.2重量％Fe2O3或0.01-0.2重量％CeO2；以及该玻璃元件的组成另外包括：0.01-0.2重量％SO3。
本发明玻璃组成可借助Na2SO4来加以精炼，因此该玻璃可含有高达0.2重量％的SO3。该玻璃可另外含有约0.5重量％Fe2O3杂质，优选地为小于0.2重量％Fe2O3，这源自所用的原料。如果需要，可将高达0.5重量％CeO2，优选地为小于0.2重量％CeO2，加入该玻璃，以吸收不希望有的UV辐射。
为了达到灯的令人满意的亮度保持并使得汞的消耗低，已知在本领域中提供灯外壳的内表面以例如Y2O3保护覆盖层。这样的保护覆盖层的缺点如透光损失现在便可免除。在本发明玻璃组成的情况下，这样一种覆盖层以及因此另一加工步骤是不再需要的，导致灯制造成本的下降。
本发明的这些和其它方面从此后所述的实施方案是显而易见的并将参照这些实施方案加以描述。
在附图中：
图1为具有由本发明组成玻璃制得之灯外壳的低压汞蒸气放电灯的截面图；
图2为具有由本发明组成玻璃制得之灯外壳的小型荧光灯的侧视图；
图3为由本发明组成玻璃制成之电灯灯头的透视图，以及
图4与已知玻璃制成之灯外壳相对比，作为具有由本发明组成玻璃制成之灯外壳的低压汞蒸气放电灯荧光粉重量函数的亮度保持性能。
这些图纯为示意性的，并非按比例绘制。特别是，为清晰起见某些尺寸以高度夸大的形式显示。图中相同的部件尽可能用相同的标记数字表示。
图1非常示意地绘出具有管状灯外壳10之低压汞蒸气放电灯的截面图，灯外壳10的截面为圆形并由本发明组成玻璃制成。装配与电极13连接的供电导线12以便通过灯外壳10的壳壁。图1中每一电极13包括敷涂有电子发射材料的钨绕组，这里为氧化钡、氧化钙和氧化锶的混合物。在灯外壳10的内表面上提供一层荧光材料(磷光体)14。金属汞15，它在灯点燃后蒸发，存在于灯外壳10内部。在把这样一种灯加以密封之前，使它充以压力约为700Pa的氩气。在此低压汞蒸气放电灯的另一实施方案中，该灯外壳装备有汞齐。
此灯的光输出(以流明为单位)在工作4000个小时后，相对于运行开始(参照点为100个小时)的光输出仅下降2％。此灯的亮度保持类似于由已知组成玻璃制得、装配有内保护Y2O3涂层之灯的亮度保持。
图2是小型荧光灯的示意侧视图。该灯由四个薄平行灯外壳1(图中仅显示其两个)构成，它们用本发明组成玻璃制得。该灯外壳借助桥形部件4来相互连接。该灯还包括供容纳电子线路的灯座2以及装在光源内并通过它提供电源电压的有引线灯支撑用具3。由于其相当大的壁载荷，使用本发明玻璃是特别有利的。
按照尤其适合实施方案之组成制备一种玻璃，包括68重量％SiO2、1.6重量％Li2O、1.9重量％Na2O、11重量％K2O、2.4重量％MgO、4.5重量％CaO、2.1重量％SrO、8.3重量％BaO(见表I)。此玻璃组成还包括约0.05重量％Fe2O3、约0.06重量％SO3和约0.05重量％CeO2。在这一玻璃组成实施方案中Li2O、Na2O同K2O的浓度之和约为14.5重量％，而SrO同BaO的浓度之和约为10.4重量％，使该玻璃具有相对地低的成本价。使熔化操作于燃气炉内在1450℃于铂坩埚中进行。作为起始材料使用石英砂、白云石(CaCO3 MgCO3)以及Li、Na、K、Sr和Ba的碳酸盐。所用的精炼剂是Na2SO4。在熔化和进一步加工过程中无特殊的问题发生。为比较，表I给出美国专利说明书US 4,925,582之低钠含量玻璃的实例。
表I：本发明尤其适合实施方案之玻璃组成
成分 wt.％组成
本发明玻璃   US 4,925,582玻璃
 SiO2Al2O3Li2ONa2OK2OMgOCaOSrOBaOSO3Fe2O3CeO2  68＜0.11.61.9112.44.52.18.30.060.050.05   62.84.02.80.0512.71.42.05.09.00.150.030.1
表II：给出同已知玻璃组成比较的本发明玻璃组成的物理特性。
特性 组成(wt.％)
本发明玻璃    US 5,925,582的玻璃
α25-300Tstrain(℃)Tann(℃)Tsoft(℃)Twork(℃)Tmelt(℃)Tk100(℃)Trho(℃)log(rho)250log(rho)350Tliq(℃)s.m.(kg/dm3)W.R.(℃)  9.24805157001015144537548010.68.47752.62315  9.24875186921008144636847110.48.39202.62316
表II中的符号具有下列的意义：
α25-300(10-6/℃)：在25℃与300℃之间的平均线膨胀系数。
Tstrain(℃)：η(粘度)＝1014.5dPa时的温度，称应变点。
Tann(℃)：η＝1013.0dPa时的温度，称退火点。
Tsoft(℃)：η＝107.6dPa时的温度，称软化点。
Twork(℃)：η＝104.0dPa时的温度，称工作温度。
Tmelt(℃)：η＝102.0dPa时的温度，称熔化点。
rho(ohm.cm)：比电阻。
Tk100(℃)：rho＝108ohm.cm时的温度。
Trho(℃)：rho＝106.52ohm.cm的温度。
log(rho)250：在250℃ rho以10为底的对数。
Log(rho)350：在350℃ rho以10为底的对数。
Tliq(℃)：玻璃不再结晶的温度。
S.M.(Kg/dm3)：比质量。
W.R.(℃)：加工区间＝Twork-Tsoft。
表II中玻璃组成之比较的惊人结果是，除了液态温度比已知玻璃组成的约低140℃外，所有的物理特性对于本发明玻璃组成和对于已知玻璃组成是大致相同的。此低的Tliq使得能将该玻璃拉制成为无结晶的管。而宽的加工区间以及低的Tsoft则对其成形加工有有利的影响，例如Danner或Vello加工。
意料不到地，由本发明组成玻璃制成之汞蒸气放电灯的汞消耗与由已知玻璃制成之汞蒸气放电灯的近于相同。使用此本发明玻璃导致灯中可比的汞消耗。采用本发明玻璃使得例如Y2O3的内保护涂层成为多余。此玻璃另外的优点是，它有相对宽的加工区间、相对低的Tsoft以及合适的Tliq，这样便可把此玻璃拉制成玻璃管而无任何问题。
图3为由本发明组成玻璃制得之电灯灯头的示意透视图。该灯头包括曳光管23、包铜线供电导线22、排气管27以及电极23、曳光管23和排气管27由本发明组成玻璃构成。当配备灯外壳时(图3中未显示)，把灯外壳的边或缝隙和曳光管23的边密封到一起。经由排气管27对该灯外壳抽真空并接着将惰气引入该灯外壳。在标记数字28的位置加热排气管并使之封死，从而形成真空收缩密封。
图4给出与由已知玻璃制成之灯外壳(图4中的三角形)比较作为具有由本发明组成玻璃制得灯外壳(图4中的方形)之低压汞蒸气放电灯荧光粉重量wfp(放电容器内壁上单位表面积的荧光粉量)的函数的亮度保持M(按％)。此低压汞蒸气放电灯(两种均为PL-C灯)在本领域内知道的所谓165/15循环中已一直工作了大约3000个小时。考虑到大致3％的误差容限，本发明玻璃组成的保持结果稍好于已知玻璃的保持结果。
显然，本领域中的技术人员在本发明范围内可以想到许多变动。
本发明的范围不限于实施方案。本发明存在于每一新的固有特点以及每一新颖固有特点的结合。任何标记符号都不限制权利要求的范围。“包括”一字不排除权利要求中所列的以外之其它成分或步骤的存在。成分前使用的字“a”或“an”不排除多种这样成分的存在。

Claims (11)

1.一种包括玻璃元件的电灯，该玻璃元件的组成基本上无PbO并且包括下列的成分，以百分率表示为：
55-70重量％SiO2，
＜0.1重量％Al2O3，
0.5-4重量％Li2O，
0.5-3重量％Na2O，
10-15重量％K2O，
0-3重量％MgO，
0-4重量％CaO，
0.5-5重量SrO，
7-10重量％BaO。
2.权利要求1的电灯，其特征在于该玻璃元件的组成包括：
65-70重量％SiO2，
1.4-2.2重量％Li2O，
1.5-2.5重量％Na2O，
11-12.3重量％K2O，
1.8-2.6重量％MgO，
2.5-5重量％CaO，
2-3.5重量％SrO，
8-9.5重量％BaO。
3.权利要求1或2的电灯，其特征在于该玻璃元件的组成另外包括：0.01-0.2重量％Fe2O3或0.01-0.2重量％CeO2。
4.权利要求1或2的电灯，其特征在于该玻璃元件的组成另外包括：0.01-0.2重量％SO3。
5.权利要求1或2的电灯，其特征在于Li2O、Na2O及K2O之浓度的和在14至16重量％的范围。
6.权利要求1或2的电灯，其特征在于SrO及BaO之浓度的和在10至12.5重量％的范围。
7.具有玻璃部分之电灯灯头，该玻璃部分具有如同权利要求1或2的组成。
8.一种由具有如同权利要求1或2之组成的玻璃所制造的灯外壳。
9.权利要求8的灯外壳其特征在于该灯外壳是管状的。
10.一种具有灯外壳的汞蒸气放电灯，该灯外壳以不透气方式封闭充有汞及稀有气体的放电空间，该灯外壳包括供维持在该放电空间放电的放电器具，其特征在于该灯外壳由有如同权利要求1或2之组成的玻璃制成。
11.一种供用于电灯玻璃元件的玻璃，该玻璃具有如同权利要求1或2的组成。
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