DE1011073B - Electron-emitting coating for electrodes of electrical gas discharge vessels - Google Patents

Electron-emitting coating for electrodes of electrical gas discharge vessels

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DE1011073B
DE1011073B DEW12443A DEW0012443A DE1011073B DE 1011073 B DE1011073 B DE 1011073B DE W12443 A DEW12443 A DE W12443A DE W0012443 A DEW0012443 A DE W0012443A DE 1011073 B DE1011073 B DE 1011073B
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zirconium dioxide
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Albert William Wainio
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CBS Corp
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Westinghouse Electric Corp
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    • H01J61/04—Electrodes; Screens; Shields
    • H01J61/06—Main electrodes
    • H01J61/067—Main electrodes for low-pressure discharge lamps
    • H01J61/0675—Main electrodes for low-pressure discharge lamps characterised by the material of the electrode
    • H01J61/0677—Main electrodes for low-pressure discharge lamps characterised by the material of the electrode characterised by the electron emissive material

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  • Discharge Lamp (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Gasentladungsgefäß, insbesondere Leuchtstofflampe, dessen Elektroden mit einem mindestens ein Oxyd eines Erdalkalimetalls und einen Anteil Zirkoniumdioxyd enthaltenden Überzug versehen sind. Bei der Herstellung elektronenemittierender Substanzen zum Überziehen der Elektroden von Leuchtstofflampen ist es bekannt, handelsübliches Zirkoniumdioxyd in Mengen zwischen 1 und 10% einer Tricarbonatemissionsmischung beizufügen, die Verzögerung des Schwarzwerdens und Verlängerung der Lebensdauer der Lampe bewirkt. 5°/0 Zirkoniumdioxyd, berechnet auf die Gesamtmenge, d. h. einschließlich der Zirkoniumdioxydbeimischung, ergaben das Optimum.The invention relates to an electric gas discharge vessel, in particular a fluorescent lamp, the electrodes of which are provided with a coating containing at least one oxide of an alkaline earth metal and a proportion of zirconium dioxide. In the production of electron-emitting substances for coating the electrodes of fluorescent lamps, it is known to add commercially available zirconium dioxide in amounts between 1 and 10% to a tricarbonate emission mixture, which delays the blackening and extends the life of the lamp. 5 ° / 0 zirconium dioxide calculated on the total amount, ie including the Zirkoniumdioxydbeimischung, the optimum resulted.

Erfindungsgemäß liegt die in dem Überzug enthaltene Menge Zirkoniumdioxyd zwischen etwa 0,6 °/0 und weniger als 1 % des Gesamtgewichtes aller Oxyde, mit der Maßgabe, daß das Zirkoniumdioxyd Hafniumdioxyd im Verhältnis von etwa 1 bis weniger als 10 Gewichtsprozent, besonders 1,0 bis 5 Gewichtsprozent, enthält.According to the invention contained in the coating amount of zirconium dioxide between about 0.6 ° / 0 and less than 1% of the total weight of all oxides, with the proviso that the zirconium dioxide hafnium dioxide in the ratio of about 1 to less than 10 percent by weight, especially 1.0 up to 5 percent by weight.

Es hat sich nämlich herausgestellt, daß Hafniumdioxyd, das als Verunreinigung in Mengen von z. B. zwischen 1,5 und 2% in dem handelsüblichen Zirkoniumdioxyd enthalten ist, wesentlich zur Verzögerung des Schwarzwerdens und zur Verlängerung der Lebensdauer beiträgt, und daß ein geringerer Zusatz von zwischen etwa 0,6% und weniger als 1 % an handelsüblichem Zirkoniumdioxyd bessere Resultate zeitigt, als die bisher üblichen Prozentanteile von handelsüblichem Zirkoniumdioxyd und auch als die von Verunreinigungen freie reine Substanz. Es ist sehr schwierig und teuer, Hafniumdioxyd aus handelsüblichem Zirkoniumdioxyd zu entfernen.It has been found that hafnium dioxide, which is used as an impurity in amounts of z. B. between 1.5 and 2% in the commercially available zirconium dioxide is included, contributes significantly to the delay of blackening and to the extension of the service life, and that a lesser addition of between about 0.6% and less than 1% of commercially available zirconia produces better results than the previously common percentages of commercially available zirconium dioxide and also as the pure substance free from impurities. It is very difficult and expensive to use hafnium dioxide to remove from commercially available zirconium dioxide.

Hervorragende Ergebnisse werden durch Verwendung von Carbonatmischungen mit handelsüblichemZirkoniumdioxyd von weniger als 1 %, vom Gesamtgewicht aller festen Bestandteile gerechnet, erzielt. Durch Prüfung von gereinigtem Zirkoniumdioxyd oder solchem, aus dem Hafniumdioxyd und Eisen entfernt worden waren, wurde gefunden, daß reines Zirkoniumdioxyd an sich das Schwarzwerden nicht verzögert, denn es trat hierbei eine stärkere Schwärzung ein als bei der Verwendung ungereinigten oder handelsüblichen Zirkoniumdioxyds.Excellent results are obtained by using carbonate blends with commercially available zirconia of less than 1%, calculated from the total weight of all solid components. By checking purified zirconia or one from which hafnium dioxide and iron have been removed found that pure zirconium dioxide per se does not delay blackening, because it did so a stronger blackening than when using uncleaned or commercially available zirconium dioxide.

Hafnium tritt häufig zusammen mit Zirkonium auf. Handelsübliches Zirkoniumdioxyd enthält etwa 1 bis 10, vorzugsweise 1 bis 5 Gewichtsprozent Hafniumdioxyd, ί Diese prozentuale Beimischung an Hafniumdioxyd hat sich bei dem Entladungsgefäß nach der Erfindung unter Verwendung eines Überzugsmaterials, das handelsübliches Zirkoniumdioxyd in Mengen zwischen 0,6 und weniger als 1 % des Gesamtgewichtes aller Oxyde enthält, als vorteilhaft erwiesen.Hafnium often occurs together with zirconium. Commercially available zirconium dioxide contains about 1 to 10, preferably 1 to 5 percent by weight of hafnium dioxide, ί This percentage admixture of hafnium dioxide has been reduced in the case of the discharge vessel according to the invention Use of a coating material, the commercially available zirconium dioxide in amounts between 0.6 and less contains more than 1% of the total weight of all oxides, has been shown to be advantageous.

Bei der Herstellung elektrischer Gasentladungsgefäße, insbesondere bei der Herstellung von Leuchtstofflampen des Glühkathodentyps, zum Beispiel jener, bei denen die Elektronenemittierender überzugIn the manufacture of electrical gas discharge vessels, in particular in the manufacture of fluorescent lamps of the hot cathode type, for example those in which the electron-emitting coating

für Elektroden von elektrischenfor electrodes of electrical

GasentladungsgefäßenGas discharge vessels

Anmelder:Applicant:

Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. F. WeickmannRepresentative: Dipl.-Ing. F. Weickmann

und Dr.-Ing. A. Weickmann, Patentanwälte,and Dr.-Ing. A. Weickmann, patent attorneys,

München 2, Brunnstr. 8/9Munich 2, Brunnstr. 8/9

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 22. November 1952Claimed priority:
V. St. v. America November 22, 1952

Albert William Wainio, Pompton Plains, N. J.Albert William Wainio, Pompton Plains, N. J.

(V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden(V. St. Α.),
has been named as the inventor

Elektroden aus Wolframwendeldraht bestehen, werden die Elektroden gewöhnlich mit einem Überzug aus elektrodenemittierender Substanz versehen. Es ist bekannt, den Elektrodendraht zu einer dünnen Wendel zu wickeln, die dann selbst wiederum zu einer stärkeren Wendel gewunden wird, so daß eine Doppelwendel entsteht; der elektronenemittierende Überzug füllt nur den Raum innerhalb der kleineren Wendel. Bei Leuchtstofflampen enthält die Elektronenemissionssubstanz gewöhnlich ein Oxyd eines oder mehrerer Erdalkalimetalle. Zweckmäßig werden die Erdalkalimetalle in Form von Carbonaten verwendet, die zu Oxyden zerfallen, wenn die Lampe in Betrieb ist.Electrodes are made of tungsten filament wire, the electrodes are usually made with a coating electrode-emitting substance provided. It is known to turn the electrode wire into a thin coil winding, which is then in turn wound into a stronger helix, so that a double helix is created; the electron-emitting coating only fills the space inside the smaller coil. With fluorescent lamps the electron emission substance usually contains an oxide of one or more alkaline earth metals. The alkaline earth metals are expediently used in the form of carbonates, which disintegrate into oxides when the Lamp is in operation.

Bei Leuchtstofflampen treten häufig Verfärbungen an dem nahe den Elektroden liegenden Kolbenende auf. Es hat sich herausgestellt, daß durch die Beimengung kleiner Mengen von handelsüblichem Zirkoniumdioxyd (weniger als 1 %) zu der basischen Elektronenemissionssubstanz nicht nur die Häufigkeit und Intensität der With fluorescent lamps, discoloration often occurs at the bulb end near the electrodes. It has been found that by adding small amounts of commercially available zirconium dioxide (less than 1%) to the basic electron emission substance not only the frequency and intensity of

709 550/336709 550/336

1 Oil1 Oil

Verfärbungen verringert, sondern auch die Lebensdauer der Lampe erhöht und die Lemehtstärke während der Lebensdauer langer erhalten werden.Decreases discoloration, but also increases lamp life and improves learning during the period Lifespan can be obtained longer.

Bei der Herstellung der basischen Elektronenemissionssubstanz wird vorzugsweise ein Tricarbonat der Erdalkali- metalle Strontium, Barium und Calcium verwendet, jedoch kann auch ein Bi- oder Monocarbonat verwendet werden. Die Carbonate können in verschiedenen Zusammensetzungen Anwendung finden; besonders bewährt hat sich eine Zusammensetzung aus etwa 31 Gewichtsprozent Strontiumcarbonat, etwa 56 Gewichtsprozent Bariumcarbonat und etwa 13 Gewichtsprozent Calciumcarbonat. Die Prozentsätze können variieren und es können Bi- oder Monocarbonat verwendet werden, ohne daß der Erfindungsgedanke verändert wird.In the production of the basic electron emission substance, a tricarbonate of the alkaline earth is preferably metals strontium, barium and calcium are used, but a bi- or monocarbonate can also be used will. The carbonates can be used in various compositions; particularly proven has a composition of about 31 weight percent strontium carbonate, about 56 weight percent Barium carbonate and about 13 weight percent calcium carbonate. The percentages can vary and it Bi- or monocarbonate can be used without changing the concept of the invention.

Wenn das Überzugsmaterial zur Überführung des Erdalkalicarbonats oder der Carbonate in das entsprechende Oxyd oder die entsprechenden Oxyde erhitzt wird, nimmt der Anteil des Zirkoniumdioxyds leicht zu. Die Formel zur Errechnung dieser Zunahme bei Verwendung einer Tricarbonatmischung ist:If the coating material to convert the alkaline earth carbonate or carbonates into the corresponding Oxide or the corresponding oxides is heated, the proportion of zirconium dioxide increases slightly. The formula for calculating this increase when using a tricarbonate mixture is:

χ ζχ ζ

0,726 + 0,274 —
ζ 0.726 + 0.274 -
ζ

wobei— und — die Gewichtsverhältnisse des Zusatzes zu y ζ where - and - the weight ratios of the additive to y ζ

dem totalen Gewicht aller Oxyde nach der Zersetzung (y) bzw. zu dem totalen Gewicht aller Stoffe vor der Zersetzung (z) sind.the total weight of all oxides after decomposition (y) and the total weight of all substances before decomposition (z).

Fig. 1 und 2 sowie die nachstehende Tabelle zeigen in vergleichender Gegenüberstellung die technische Überlegenheit der erfindungsgemäß ausgeführten Leuchtstofflampen. Figs. 1 and 2 and the table below show in comparative comparison the technical superiority of the fluorescent lamps designed according to the invention.

TabeUeTabeUe

Gewichtsprozent des Zusatzes
der Gesamtaktivierungsmasse
vor dem ZerfallWeight percent of the additive
the total activation mass
before decay Z. g. L.Z. g. L. ü. L. P. W.
bei 1750
und
3000 Std.ü. LPW
at 1750
and
3000 hours 51,851.8 Verfärbung
nach 1901 StundenDiscoloration
after 1901 hours Ausfall nach StundenFailure after hours keine Zusätze no additives 44th 52,452.4 2 in Ordn.2 okay 2256, 30652256, 3065 52,952.9 1 gefleckt
1 gestreift1 spotted
1 striped 3742, 42803742, 4280 0,67% ZrO2, handelsüblich ...0.67% ZrO 2 , commercially available ... 44th 53,853.8 51,151.1 alle in Ordn.all ok alle in Ordn. nach 5800all in order after 5800 0,65 % ZrO2 und 0,073 % HfO2 0.65% ZrO 2 and 0.073% HfO 2 44th 52,452.4 50,950.9 alle in Ordn.all ok alle in Ordn. nach 5800all in order after 5800 5 °/0 ZrO2, handelsüblich
»Kontrolle«5 ° / 0 ZrO 2 , commercially available
"Control" 44th 52,852.8 51,351.3 2 in Ordn.
2 gestreift2 okay
2 striped 4221, 51754221, 5175 9,4% ZrO2, handelsüblich 9.4% ZrO 2 , commercially available 44th 53,253.2 49,449.4 1 in Ordn.
2 gefleckt
1 gestreift1 okay
2 spotted
1 striped 4198, 5180
54764198, 5180
5476 5 % ZrO2, äußerst rein 5% ZrO 2 , extremely pure 44th 50,850.8 2 gefleckt
2 gestreift2 spotted
2 striped 2822,3451
3659, 38792822.3451
3659, 3879

Erklärung der Abkürzungen in der Tabelle: Z. g. L. = Zahl der geprüften LampenExplanation of the abbreviations in the table: Z. g. L. = number of lamps tested

D. L. P. W. bei 1750 und. 3000 Stunden = Durchschnittsleistung der Lichterzeugung in Lumen pro Watt am Ende einer Brennperiode von 1750 bzw. 3 000 Stunden.D. L. P. W. at 1750 and. 3000 hours = average power of light generation in lumens per watt at the end of a burning period of 1750 or 3,000 hours.

in Ordn. = keine Verfärbung, kein Ausfall.OK = no discoloration, no failure.

Aus der Tabelle ergeben sich für Lampen mit unterschiedlichen elektronenemittierenden Substanzen als Elektrodenüberzug die nach 1750 und 3000 Brennstunden festgestellten Leistungen, ferner die Verfärbungen nach 1901 Brennstunden. Man ersieht daraus, daß die Lampen, deren Elektroden allein mit Erdalkalicarbonatmischungen überzogen waren, und zwar die Elektrode an dem mit dem Evakuierungsröhrchen versehenen Ende der Lampe mit 4,4 mg der Mischung, die andere mit 4,7 mg der Mischung, eine Durchschnittsleistung von 50,8 Lumen pro Watt bei 3000 Stunden ergaben und AusfaE der Lampen schon nach 2256, 3065, 3742 und 4280 Brennstunden eintrat.The table shows for lamps with different electron-emitting substances as Electrode coating, the performance determined after 1750 and 3000 burning hours, furthermore the discoloration after 1901 burning hours. It can be seen from this that the lamps, their electrodes only with alkaline earth carbonate mixtures were coated, namely the electrode at the end of the lamp provided with the evacuation tube 4.4 mg of the mixture, the other with 4.7 mg of the mixture, an average output of 50.8 lumens per watt at 3000 hours resulted and the lamps failed after 2256, 3065, 3742 and 4280 burning hours.

Bei einer Beimischung von 0,67% handelsüblichem Zirkoniumdioxyd in dem Elektrodenüberzug nahm nicht nur die Leistung der Lampe zu, sondern es brannte während der Dauer von 5800 Stunden auch keine der Lampen aus. Ähnlich ist das Resultat bei Verwendung eines Elektrodenüberzuges unter Beifügung einer Mischung von 0,65 %ZirkoniumdioxydundO,073 %Hafniumdioxyd.With an admixture of 0.67% commercial zirconium dioxide in the electrode coating, it did not take off only the power of the lamp increased, but none of them burned for the duration of 5800 hours Lamps off. The result is similar when using an electrode coating with the addition of a mixture of 0.65% zirconia and 0.073% hafnium dioxide.

Ein Vergleich dieser Ergebnisse mit dem Verhalten von Lampen, deren Elektrodenüberzug einen Zusatz von 5% handelsüblichem Zirkoniumdioxyd enthält, zeigt, daß nicht nur die Leistung der Lampe etwas abnimmt, sondern daß auch zwei Lampen bereits nach 4221 bzw. 5275 Stunden ausbrannten. Ähnliches gilt für die Lampen mit einem Elektrodenüberzug, der einen Zusatz von 9,4% handelsüblichem Zirkoniumdioxyd enthält, nur brannten hier sogar drei Lampen während der Prüfdauer aus.A comparison of these results with the behavior of lamps whose electrode coating has an addition of Contains 5% commercial zirconium dioxide, shows that not only the output of the lamp decreases somewhat, but that two lamps burned out after 4221 and 5275 hours, respectively. The same applies to the lamps only burned with an electrode coating containing 9.4% commercial zirconium dioxide here even three lamps are switched off during the test period.

Durch Vergleich der letzten Zeile der Tabelle, betreffend eine Prüfung von Lampen mit einem Elektrodenüberzug unter Verwendung eines hafniumdioxydfreien Zirkoniunidioxyds, genannt »äußerst rein«, mit der Zeile »Kontrolle« läßt erkennen, daß es tatsächlich die Hafniumdioxydverunreinigung ist, die das gewünschte Resultat bewirkt. Wird diese Verunreinigung beseitigt, so fällt nicht nur die Leistung der Lampen ab, sondern auch die Lebensdauer der Lampen geht wesentlich zurück und alle vier Lampen brannten bereits in weniger als 4000 Stunden aus. Das Resultat der Tabelle hinsichtlich der Lebensdauer der Lampe ist in Fig. 1 graphisch dargestellt.By comparing the last line of the table, relating to a test of lamps with an electrode coating using a hafnium dioxide-free zirconium dioxide, called "extremely pure", with the line "control" indicates that it is actually the hafnium dioxide contamination that causes the desired result. If this contamination is removed, not only does the performance of the lamps decrease, but also the service life the lights go down significantly and all four lights burned out in less than 4000 hours. That The result of the table with regard to the service life of the lamp is shown graphically in FIG.

Fig. 2 ist eine Fig. 1 ähnliche Darstellung; sie zeigt die Wirkung bei Verwendung verschieden hoher Prozentualanteile von handelsüblichem Zirkoniumdioxyd im Elektrodenüberzug bei laboriumsmäßig evakuierten 40-Watt-Leuchtstofflampen, die nach einem Vorerhitzungsschema zyklisch 3 Stunden ein- und 20 Minuten ausgeschaltet werden. Man ersieht daraus, daß mit Zirkoniumdioxydanteilen bis zu 1 % und weniger der gesamten Aktivierungsmasse vor dem Zerfall nahezu ebenso gute,; Leistungen erzielt wurden als mit höheren Anteilen. MiijiFig. 2 is a view similar to Fig. 1; it shows the effect when using different percentages of commercially available zirconium dioxide in the electrode coating for 40 watt fluorescent lamps that have been evacuated in the laboratory, which are switched on cyclically for 3 hours and switched off for 20 minutes according to a preheating scheme will. It can be seen from this that with zirconium dioxide proportions up to 1% and less of the total activation mass nearly as good before decay; Achievements were achieved than with higher proportions. Miiji

1 Oil1 Oil

anderen Worten, die Ergebnisse, die bei Verwendung von wesentlich weniger als 1 % Zirkoniumdioxyd in dem Gemisch (Prozente von der ganzen Oxydmenge gerechnet) erhalten wurden, waren besser als bei Verwendung von 1 oder mehr % eines solchen Zusatzmittels. Wie gezeigt, blieben die Resultate beinahe bis zu 1 % sehr gut, dann nahm die Wirkung des Zusatzmittels rapide ab. Dies bestätigt die obige Feststellung, daß niedrige Prozentualanteile von Zirkoniumdioxyd des ungereinigten oder handelsübliches Hafniumdioxyd enthaltenden Typs besser sind als die bisher verwendeten höheren Anteile.In other words, the results obtained using significantly less than 1% zirconia in the Mixture (percentages calculated from the total amount of oxide) obtained were better than when using 1% or more of such an additive. As shown, the results stayed very good almost up to 1%, then the effect of the additive decreased rapidly. This confirms the above finding that low percentages from zirconia of the unpurified or commercial hafnia-containing type better than the previously used higher proportions.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:PATENT CLAIMS: 1. Elektrisches Gasentladungsgefäß, insbesondere Leuchtstofflampe, dessen Elektroden mit einem mindestens ein Oxyd eines Erdalkalimetalls und einen Anteil Zirkoniumdioxyd enthaltenden Überzug versehen1. Electrical gas discharge vessel, in particular fluorescent lamp, the electrodes of which have at least one provided a coating containing an oxide of an alkaline earth metal and a proportion of zirconium dioxide sind, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Überzug enthaltene Menge Zirkoniumdioxyd zwischen etwa 0,6 % und weniger als 1 % des Gesamtgewichtes aller Oxyde liegt, mit der Maßgabe, daß das Zirkoniumdioxyd Hafniumdioxyd im Verhältnis von etwa 1 bis weniger als 10 Gewichtsprozent, besonders 1,0 bis 5 Gewichtsprozent, enthält.are, characterized in that the amount of zirconium dioxide contained in the coating is between about 0.6% and less than 1% of the total weight of all Oxyde is, with the proviso that the zirconium dioxide hafnium dioxide in the ratio of about 1 to contains less than 10 percent by weight, especially 1.0 to 5 percent by weight. 2. Entladungsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das handelsübliche Zirkoniumdioxyd etwa 0,925 % des Gesamtgewichtes aller Oxyde ausmacht.2. Discharge vessel according to claim 1, characterized in that the commercially available zirconium dioxide makes up about 0.925% of the total weight of all oxides. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 455 364;
USA.-Patentschrift Nr. 2 530 394;
Zeitschrift »Illuminating Engineering«·, Juni
S. 288 bis 294.Considered publications:
German Patent No. 455 364;
U.S. Patent No. 2,530,394;
“Illuminating Engineering” magazine, June
Pp. 288 to 294. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © 709 5SV336 6.57© 709 5SV336 6.57
DEW12443A 1952-11-22 1953-10-28 Electron-emitting coating for electrodes of electrical gas discharge vessels Pending DE1011073B (en)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE455364C (en) * 1923-05-18 1928-01-30 Siemens & Halske Akt Ges Glow cathode tubes
US2530394A (en) * 1947-06-05 1950-11-21 Sylvania Electric Prod Electrode coating for discharge devices

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