CZ122294A3

CZ122294A3 - Uv-radiation absorbing glass for jackets of lamps

Info

Publication number: CZ122294A3
Application number: CZ941222A
Authority: CZ
Inventors: Gerald L Ing Bucher; Christopher Hugh Welker; Edward Augene Ing Hammer; Curtis Edward Scott; Thomas Frederick Soules
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1993-05-25
Filing date: 1994-05-18
Publication date: 1995-08-16
Also published as: RU2126369C1; BR9402059A; JPH06345479A; CN1098704A; DE69405162D1; US5350972A; KR100205834B1; CA2122388A1; HU9400848D0; TW279199B; CN1038579C; HUT67977A; EP0629591A1; ES2105519T3; EP0629591B1; DE69405162T2

Description

Sklo pro pláště lamp, absorbující UV úwv

Oblast techniky

Tento vynález se týká skla absorbujícího UV záření použitelného pro pláště lamp. Přesněji řečeno, tento vynález se vztahuje na sodnovápenaté sklo, které absorbuje UV záření o vlnových délkách pod 320 nm a které obsahuje ve sklovině jak oxid železitý tak i oxid ceričitý jako látky absorbující UV záření.

Dosavadní stav techniky výbojky patří výbojky. U

Výbojky s elektrickým obloukem, které obsahují rtuť v oblouku výboje vyzařuji ultrafialové ( dále “UV ) záření, které je při vlnových délkách pod 320 nm škodlivé pro lidské oko, tkaniny, plastické hmoty a jiné materiály. Mezi tyto zářivky, rtuťové výbojky a halogenové vysokonapěťových výbojek jako jsou rtuťové výbojky a halogenové výbojky může být UV záření podsta.tně sníženo nebo vyloučeno použitím těchto lamp ve svítidlech, která mají čočky absorbující UV záření a také užitím vnějších skleněných obalů obklopujících lampu, přičemž tento obal obsahuje látky pohlcující UV záření. U zářivek může být kombinace jedné nebo více vrstev luminoíoru přiléhajících na vnitřní stěnu pláště lampy spolu s pláštěm lampy obsahujícím poměrně velké množství oxidu železítého ve sklovině dostatečná ke snížení UV záření vyzařovaného těmito lampami na uspokojivou úroveň, která není škodlivá pro prostředí nebo pro člověka. Oxid železitý absorbuje UV včetně škodlivého UVB záření mezi 280-320 nm. Avšak užiti významného množství železa ve sklech lamp mé tendenci sklo mírně zabarvovat, čímž je oslabeno viditelné záření vyzařované lampou okolní záření a je ovlivněna barva světla.

Skla absorbující UV záření pro různá užiti jako jsou čočky, izolátory' a skleněné pláště lamp jsou známá a mají přimíšena různá množství látek absorbujících UV záření jako jsou oxidy titanu, ceru, železa, vanadu, manganu a podobně. Mnohé z těchto materiálů způsobuji hnědé nebo zelené zabarvení skla, jak je zveřejněno v U.S. 2,582,453. Kombinace oxidu ceričitého s oxidem vanadičným a oxidem titaničitým je rovněž zveřejněna v U.S. 2, 862,131 a 3,148,300 jako použitelná pro sodnovápenatá skla absorbující UV záření užitá pro pláště zářivek. Avšak, užití vanadu jako složky uvedeného skla je problematické, protože oxid vanadičný vytváří skla se žlutozelenou nebo jantarovou barvou, která jsou doporučována pro zabarvená brýlová skla (2,562,453). Vanad je také známý jako těkavý. Tím kontaminuje okolní atmosféru během procesu výroby skla. Reaguje také s povrchem žáruvzdorných cihel za vzniku nízkotavitelné strusky, čímž rozrušuje žáruvzdorné cihly a snižuje životnost pece. Ačkoli cer absorbuje UV záření, je to poměrně drahý materiál a jeho užiti může významně zvýšit cenu lampy, zejména když je užit v množstvích uvedených v dřívějších technikách. Tudíž je zde stále potřeba dalších zlepšení sodnovápenatých skel absorbujících UV záření použitelných pro pláště lamp, které budou propouštět viditelné světlo vyzařované světelným zdrojem ( oblast viditelného záření elektromagnetického spektra je asi 400-720 nm ) a současně bude eliminovat nebo podstatně snižovat UVB záření vyzařované obloukovým výbojem, které má vlnovou délku mezi 280-320 nm. To by bylo zejména výhodné, pokud by užití takové sklovinné směsi významně nezvýšilo náklady na výrobu 1ampy.

Podstata vynálezu

Nyní bylo zjištěno, že inkluze určitého množství oxidu železitého a oxidu ceričitého v sodnovápenatém skle umožňují snížení množství užitého oxidu ceričitého, zatímco stále významně snižují UVE záření vyzařované světelným zdrojem, aniž by zabarvovaly sklo a tím měnily barvu světla vyzařovaného lampou. Tento vynález se tudíž vztahuje na sodnovápenaté sklo obsahující jak oxid ceričitý tak i oxid železitý, přičemž se celkové množství těchto oxidů pohybuje mezi 0,07-0,13 hmotnostních S, a zejména mezi 0,08-0,12 hmotnostních Sá (vztaženo na hmotnost skloviny) a na užití takového skla pro pláště lamp. Množství oxidu ceričitého se může pohybovat mezi 0,02-0,1 hmotnostních & a zejména 0,02-0,07 hmotnostních & (vztaženo na hmotnost skloviny). Množství oxidu železitého se může pohybovat mezi 0,02-0,06 hmotnostních % (vztaženo na hmotnost skloviny).

UV absorbující skla podle tohoto vynálezu byla shledána jako vhodná zejména pro pláště zářivek. Vynález se tudíž v jiných variantách vztahuje na zářivky skládající se ze skleněného pláště uzavírajícího uvnitř zdroj světla založený na obloukovém výboji a nejméně jednu vrstvu luminoforu přiloženého na vnitřní povrch tohoto pláště, přičemž tento plášť zahrnuje sodnovápenaté sklo obsahující jak oxid ceričitý tak i oxid železitý, přičemž každý z těchto oxidů je přítomen v tomto skle v množstvích uvedených výše.

fyýítí/sf chn-i-i-kiS tt<2 Wjlcvcect,

Obrázek 1 schematicky zachycuje zářivku, která má skleněný plášť ze sodnovápenatého skla obsahujícího oxid ceričitý a oxid železitý podle vynálezu.

Obrázky 2a) až 2 d) graficky zachycují procentuální přenos funkce vlnové délky pro sodnovápenaté sklo obsahující stálé množství oxidu železitého a různá množství oxidu ceričitého.

S odvoláním na obr. 1, zářivka 1 βθ skládá z protáhlého hermeticky utěsněného skleněného pláště 2 vyrobeného ze sodnovápenatého skla podle tohoto vynálezu. Zářivka i. má elektrody i hermeticky utěsněné uvnitř skleněného pláště 2.. Plášť 2 obsahuje náplň Hg udržující výboj spolu s inertním ionizovatelným plynem (není zakreslen). Elektrody 3 jsou spojeny s přívodními dráty 4 a Q, které pronikají skrze skleněný izolátor 6 v opěrném držáku 7 do elektrických kontaktů na základnách 8. upevněných na obou koncích utěsněného skleněného pláště a obsahujících elektrické kontaktní kolíčky 13 a 14, které jsou elektricky spojené s přívody 4a 5. Netečným plynem je vzácný plyn a může to obecně být argon nebo směs argonu a kryptonu za nízkého tlaku kolem 1-4 torr. Netečný plyn slouží jako stabilizátor nebo prostředek k omezení proudu oblouku. Na vnitřní stěně 9 pláště 2 je rozprostřena pro světlo prostupná vodivá vrstva IQ. obvykle tvořená oxidem cínatým dopovaným malým množstvím antimonu nebo fluoru, aby byla elektricky vodivá, protože oxid cínatý je sám o sobě polovodič. Užití elektricky vodivé vrstvičky oxidu cínatého a metody její aplikace jsou odborníkům známé. Přestože v mnoha zářivkách není vrstva oxidu cínatého přítomna, vztahuje se vynález i na takové zářivky. Konečně je na vrstvě oxidu cínatého 10 umístěna vrstva luminoíoru 11. Může být užita buď jedna vrstva luminoforu,jako je luminofor na bázi kalcium haloíosfátu, nebo vícenásobná vrstva různých luminoforů a směsi různých luminoforů jak je známo odborníkům v oboru. Během činnosti proběhne elektrický obloukový výboj mezi elektrodami 3 a ionizuje rtuť a způsobí, že vydává UV záření. ÚV záření vyzařované obloukovým výbojem je převedeno vrstvou luminoíoru 11 na viditelné světelné záření, které pak prochází ven skrze skleněný plášť 9. Užití UV absorbujícího skla podle tohoto vynálezu pro skleněný plášť 2 absorbuje v podstatě veškeré UVB záření vyzařované obloukovým výbojem, které může proniknout skrze vrstvu luminoíoru 11 a ven skrze skleněný plášť 2V dalším provedení může být sklo absorbující UV podle vynálezu použito jako vnější plášť pro jiné zdroje světla, které vyzařuji UV záření, jako je rtuťová výbojka nebo halog-enová výbojka, aby bylo absorbováno UV záření vyzařované těmito světelnými zdroji. Užití skleněných vnějších plášťů pro takové lampy je dobře známo odborníkům v oboru.

Tito odborníci vědí, že sodnovápenaté sklo může mít obecně relativně široký rozsah směsí se kterými je možno vynález realizovat.

Typická směs užívaná při výrobě většiny plášťů zářivek může mít následující složení ve hmotnostních % vypočítaných ze vsázky.

Slbžžka-:_Eracsnis

Si02	65 - 75
NaaO	12 - 20
CaO	4 - 6
MgO	3-4
AI2O3	0,3 -2
KzO	0,3 -2
Fe2 O3	0,02 -

Mohou být přítomna malá množství zušlechťujících činidel, jako je oxid antimonitý a/nebo oxid sírový, stejně jako malá množství jiných látek, jako oxid titaničitý, které jsou vneseny do vsázky se surovými materiály jako neodstranítelné” nečistoty. Obvykle má takové sodnovápenaté sklo ostrou UV absorpční hranu začínající u 360 nm, která se projevuje 5 % absorpcí záření při průchodu skleněnou deskou o síle 0,762 mm při vlnové délce 340 nm; 50 % při 307 nm a >95 % při vlnových délkách menších než

287 nm. Proto některé, ale ne všechno, UVB zářeni od 280 nm do *

320 nm proniká skrze toto sklo. Obsah oxidu železa v tomto případě oxidu železitého (FezOa) ve skle je obecně určen množstvím železa ve složkách užitých k vytvoření vsázky skloviny.

Vhodné složení vsázky, odpovídající směsi oxidů uvedených výše, je následující (v hmotnostních 35) :

Písek 1900 Uhličitan sodný 750 Dolomit 420 Neíelinický syenit 170 Dusičnan sodný 22 Síran sodný 14 Oxid antimonitý 7

Vsázka je tavena při teplotě obvykle se pohybující mezi 1350-1450 ®C, ačkoli mohou být užity vyšší i nižší teploty, jak se známo odborníkům v oboru. Dále platí, že sázka je tavena v oxidačním prostředí (např. vzduch). Sodnovápenaté sklo, vytvořené-· z výše uvedené vsázky má následující analyzované složení (v hmotnostních :

Složka ._Procenta

SiOz	72,5
Na₂0	17,1
CaO	4,9
MgO	3,2
AI2 O3	1,6
K₂0	0,3
SO3	0,2
Sb2 O3	0,034
TiOz	0,026

Oxid sírový a oxid antimonitý jsou zušlechťující činidla a oxid titaničitý byl přítomen jako nečistota v jedné ze složek vsázky. V© ski© podl© vynálezu neovlivňuj© přítomnost nebo chybění oxidu titaničitého absorpční vlastnosti skla pro UV záření.

Byly připraveny čtyři různé vsázky sodnovápenatého skla, které obsahovaly složky uvedené výše, přičemž obsahovaly 0,034% Fe2O3. První vsázka neobsahovala Ce02. Druhá, třeti a čtvrtá vsázka obsahovaly Ce02 v množství 0,05 ; 0,10 a 0,20 hmotnostních %. Ačkoli je cer přítomen podle složení vsázky ve formě Ce02, může být mocenství ceru ve skle blíže 3+ než 4+. Obrázky 2(a) až 2(d) ilustrují procento propustnosti jako funkci vlnové délky u každé z téchto čtyř vsázek skla za užití destičky o tloušťce 0,762 mm. Je patrné, že při obsahu oxidu železitého 0,034% ale bez příměsi CeOz proniká významné množství UVB záření o vlnové délce mezi 280 nm — 320 nm skrze sklo. Oproti tomu 0,05 hm. % Ce02 ve skle spolu s 0,034 hm. % oxidu železitého absorbuje podstatné množství (např. 75 %) UVB záření. Zvýšení množství CeOa nad 0,10 % má za následek absorbci v podstatě veškerého UVB záření o vlnové délce 280-320 nm sklem. Další zvýšení obsahu oxidu ceričitého na 0,20 % nevyvolá další významné zvýšení absorpce UVB záření. Je třeba si všimnout,, že oxid železitý a oxid ceričitý se navzájem doplňují v absorbci UVB zářeni. Množství CeOz přidané do vsázky bude proto závislé na analýze množství oxidu železitého nebo jeho prekursorĎ v počáteční vsázce, y důsledku toho bude větší množství oxidu železitého vyžadovat menší množství oxidu ceričitého a přesto bude dosaženo stejně účinné úrovně absorpce UVB záření. Celkové souhrnné množství CeOz a FezC>3 nebude tudíž obvykle větší než 0,12 % a většinou ani větší než 0,1 %. Například jako ilustrační, ale neomezující příklad, výše uvedené směsi skloviny mají oxid železitý přítomen v množství 0,034 hm. % a bylo ukázáno, že 0,05 hm. % oxidu ceričitého je dostatečné k dosažení uspokojivé úrovně absorpce UVB záření s uvedeným množstvím oxidu železitého. Pokud má vsázka skloviny množství oxidu železitého 0,06 hm. %, pak je doporučováno podstatně méně oxidu ceričitého (např. 0,03 hm. . Čistý CeO2 v současnosti stojí asi 4,00 $ za libru, takže vsázka je asi stokrát dražěí ve srovnání se vsázkou bez Ce02. Můžeme tudíž snadno zhodnotit význam vynálezu ve snížení množství oxidu ceričitého potřebného pro absorpci UV záření.

Je pochopitelné, Že odborníky v oboru mohou být připraveny různé jiné modifikace , aniž by se rozcházely s pohledem a duchem tohoto vynálezu. 2de připojené nároky se taktéž neomezují pouze na výěe uvedený popis, ale jsou sestaveny tak, že zahrnují věechny rysy možných inovací, které spočívají v tomto vynálezu. 2ahrnují také věechny vlastnosti, které by odborníci mohli považovat za ekvivalenty toho, čeho se vynález týká.

Průmyslová využitelnost

Sklo připravené podle tohoto vynálezu je vhodné pro pláětě lamp, u kterých výrazně snižuje vyzařování UV záření při současném snížení spotřeby oxidu ceričitého jako UV záření pohlcující složky skioviny. V důsledku toho se výrazně snižuje cena skla pro výrobu výěé uvedených pláěťů lamp.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Sodnovápenaté sklo průsvitné pro viditelné světelné záření a vykazující prostupnost pro UV záření o vlnové délce 280-320 nm ne vyšší než 25 % př^i tloušťce 0,762 mm, vyznačující se tím, še uvedené sklo obsahuje sodnovápenaté sklo obsahující oxid ceričitý v množství od 0,02-0,1 hm. % a oxid Železitý v množství od 0.02-0,06 hm. SS z celkového množství skloviny.
2.

Sklo podle nároku 1, vyznačuj ící že množství uvedeného oxidu ceričitého 0,2-0,07 hm. *.

se tím, je v rozmezí
3. Sklo podle nároku 1,vyznačující se tím, že souhrnné množství uvedeného oxidu ceričitého a oxidu železitého se pohybuje v rozmezí 0,07 až 0,13 hm. % z celkového množství skloviny.
4. Sklo podle nároku 2, vyznačující se tím, že množství uvedeného oxidu ceričitého se pohybuje v rozmezí 0,02-0,07 hm. % z uvedené skloviny.

Sklo podle nároku 4, vyznačující se souhrnné množství uvedeného oxidu ceričitého železitého se pohybuje v rozmezí 0,08-0,12 hm. ' skloviny.

t í m, že a oxidu z uvedené
5.
6. Sodnovápenaté sklo absorbující UV záření o vlnové délce 280-320 nm, vyznačující se tím, že uvedené sklo obsahuje následující smés oxidů ve hmotnostních % :

SiOs 65-75 « NazO 12-20 % CaO 4- 6 % MgrO 3- 4 * Alz Oa 0,3-2,0 % Kz 0 0,3-2.0 % Cez Os 0,02-0,1 X Fez O3 0,02-0,06 %
7. Sklo podle nároku 6, v yznačující se tím. Se uvedený oxid ceričitý je přítomen v mnoSstvi 0,02-0,07 hm. % skla.

Sklo podle nároku 7, vyznačující se souhrnné mnoSstvi uvedeného oxidu ceričitého železitého v uvedeném skle je 0,07-0,13 hm. X.

tím, Se a oxidu
9. Sklo podle nároku 8, vyznačující se tím, Se uvedené souhrnné množství uvedeného'oxidu ceričitého a oxidu železitého přítomných v uvedeném skle je 0,08-0,12 hm. 9».
10. Elektrická výbojka, která má obloukový výboj jako zdroj svétla, který vyzařuje jak viditelné světelné záření tak i UV záření, vyznačující se tím, Se je uzavřena v plášti ze sodnovápenatého skla podle nároků 1 nebo 5.
11. Zářivka, která má jako zdroj světla výboj ve rtuťových párách, který vyzařuje UV zářeni o vlnové délce 280-320 nm, vyznačující se tím, Se je uzavřena v plášti ze sodnovápenatého skla podle některého z nároků 6 až 9.