DE2149033A1

DE2149033A1 - Zinnchlorid-Molekular-Strahlungslampe

Info

Publication number: DE2149033A1
Application number: DE19712149033
Authority: DE
Inventors: Springer Robert Harold; Caldwell Robert Mac Gr Heights; Speros Dimitrios Mandamadiotis; Taylor Robert Paul
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1970-10-06
Filing date: 1971-10-01
Publication date: 1972-04-13
Also published as: BE773499A; DE2149033B2; US3882343A; FR2111056A5; GB1360677A; IT938945B; JPS5219034B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Bogenentladungslampe mit hoher Intensität vom Molekular-Strahlungstyp, welche eine Füllung von Zinn-II-Chlorid SnCl₂, einen Überschuß von Zinn und Zinn-II-Jodid Snip neben Quecksilber als Puffergas und einem Inertgas als Zündhilfe, beispielsweise Argon, enthält.

Bei einer Entladung in Zinn-II-Chlorid erhält man eine Farbwiedergabe, die mindestens gleich gut ist wie die Farbwiedergabe bei einer Entladung in Zinn-II-Bromid. Der Wirkungsgrad

2098 16/0924

2U9033

ist dabei um 25 % höher. Bei der Verwendung eines Metallchlorids in einer Bogenentladung ergibt sich jedoch das Problem eines starken Angriffs durch das- Chlor auf die Wolframelektrode. Dieser Angriff erfolgte allgemein entgegengesetzt dem Verlauf des Temperaturgradienten (upgradient). Dabei wurde Wolfram von den kühleren Bereichen der Elektrode abgeführt und an den heißeren Enden niedergeschlagen. Dies bewirkt eine schnelle Verringerung des Querschnitts der Elektrode und führt schließlich zu ihrer Zerstörung. Der Angriff auf die Elektroden durch Chlor in einer Entladung in Zinn-II-Chlorid kann um einen starken Paktor verringert werden, wenn die Gesamtmenge des in der Lampe vorhandenen Zinns größer ist als die Menge, die erforderlich ist, um für jeweils zwei Halogenatome ein Zinnatom zur Verfügung zu stellen. Diese Bedingung wird dadurch verwirklicht, daß ein Überschuß an elementarem Zinn in die Lampenhülle eingebracht wird.

Es wurde außerdem herausgefunden, daß es überraschenderweise vorteilhaft ist, wenn in der Füllung neben dem Zinn-II-Chlorid SnCIp noch eine gewisse Menge Zinn-II-Jodid Snip vorhanden ist. Die Anwesenheit des Jodids vermindert den Angriff auf die Elektroden noch mehr und scheint die regenerativen Transportzyklen zu fördern, welche die Wände der Lampenhülle frei von Wolframablagerungen halten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Zinnchloridlampe weiterhin bedeutend zu verbessern vom Standpunkt der besseren Beibehaltung der Lichtleistung (Wartung) und der längeren Lebensdauer.

Erfindungsgemäß wurde in einer Zinnchioridlampe gefunden, daß trotz der Getterung von Säuerstoffspuren durch einen ZinnÜberschuß in der Lampe thermodynamisch Reaktionen möglich sind, die zur Bildung von Wolframoxiden führen. Bei Anwesenheit von Spurenmengen von Chlor wird dann die Ausbildung verdampfbarer Oxychloride thermodynamisch begünstigt und führt zu gewissen Transρortvorgängen.

2 0 9 8 1 6 / 0 9 2 U

Bei einer Lampe mit vertikaler Betriebslage ergibt sich eine Konvektionsströmung nach oben im mittleren Bereich und nach unten an den Wänden. Das Wolframdioxychlorid WO„Clp verdampft von der unteren Elektrode, wird durch Konvektion nach oben in die Bogenentladung gezogen und zersetzt sich in dem Bogen in Wolfram, Sauerstoff, Chlor und möglicherweise andere Elemente oder Verbindungen. Gleichzeitig mit der Aufwärtsbewegung infolge der Konvektion erleiden alle diese Bestandteile eine Diffusion in radialer Pachtung auf die Wand hin. Die leichteren Atome erreichen dabei eine größere raäiala Verschiebung, und im Endergebnis diffundiert daher mehr- Sauerstoff und Chlor als Wolfram auf die Wände zu. Sauerstoff und Chlor in der Nähe der Wand werden durch die Konvektionsströmung nach unten gezogen und greifen erneut die untere Elektrode an. Andererseits erhält das Wolfram in dem Bogen eine geringere radiale Verschiebung und neigt daher dazu, sich an der oberen Elektrode abzuscheiden. Dies ist ein Mechanismus des ersten Oxyhalogenzyklus, welcher Wolfram von der unteren zur oberen Elektrode transportiert.

Die Schwärzung der Wand findet in der üblichen Weise durch Verdampfung und kathodische Zerstäubung (sputtering) der mit Thoriumoxid versehenen Wolframelektrode statt. Zusätzlich dazu kann ein Transportzyklus Wolfram an den Wänden abscheiden und eine ernsthafte Schwärzung bewirken, welcher eine Disproportionierung von WolframdiChlorid in Wolframtetrachlorid und Wolfram beinhaltet. Bei Anwesenheit von Spuren von Sauerstoff zusammen mit Spuren von Halogen, welche immer vorhanden sind entweder aus der Dissoziation von Zinn-II-Chlorid oder Zinn-II-Jodid, tritt eine Bildung von Oxyhalogeniden mit zuvor auf den Wänden abgeschiedenem Wolfram auf. Diese Reaktion bildet einen zweiten Oxyhalogenidzyklus, der Wolfram von den Wänden entfernt und es zur oberen Elektrode zurückführt.

Erfindunfsgemäß wurde gefunden, dai?. es für ein günstiges Arbeiten dieser Oxynalogenzyklen erforderlich ist, daß in der Lampe r.enüf-end Sauerstoff zum Ablauf des zweiten Oxyhalogenidzyklus

7 Π 9 8 1 fi / 0 9 2 L

-limit dem Ergebnis einer Reinigung- der Wand zur Verfügung steht, aber nicht genug Sauerstoff für einen übermäßigen Angriff auf die Elektrode durch den Vorgang des ersten Oxyhalogenidzyklus vorhanden ist. Grundsätzlich beinhaltet dies, daß die Bildungsgeschwindigkeit für Oxyhalogenid an den Wänden aufgewogen werden sollte durch die Geschwindigkeit, mit der Wolfram durch die Prozesse ankommt, die zu einer Wandschwärzung führen. Die in einer bestimmten Lampe erwünschte Restsauerstoffmenge ist abhängig von dem Verhältnis Chlor : Jod und von der Gesamtmenge des Zinns in der Lampe, d.h. davon, ob ein großer oder kleiner Überschuß vorhanden ist. Für praktische Ausführungs formen von Lampen, bei denen das Atomverhältnis von Chlor : Jod kleiner ist als zwei, ist der maximal zulässige Sauerstoffgehalt etwa

—7 3

2 χ 10 ' Grammatome pro cm . Ein bevorzugter maximaler Sauer-

— 8 stoffgehalt für eine Lampe mit guter Lebensdauer ist 2 χ 10 Grammatome pro cm . In der Praxis wurde gefunden, daß es erwünscht ist, den Sauerstoffgehalt so gering wie nur erreichbar zu machen, Dabei werden die nachstehenden Vorkehrungen getroffen und dieser Zielwert liegt bei oder unterhalb etwa 6 χ 10 Grammatome Restsauerstoff pro cm des LampenVolumens.

Weitere Aufgaben, Vorteile und Gesichtspunkte der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung beispielhafter Aus füh rungs forme η im Zusammenhang mit den Abbildungen.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Hochleistungslampe mit einem äußeren Kolben.

Fig. 2 zeigt die Kurven freier Energie für WC1_? und

n.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der Konvektion und gibt ein vereinfachtes Bild der Bewegung der verschiedenen Atome und Moleküle in der Lampe.

Fig. 4 zeigt vergrößerte Darstellungen der Lampenelektrode mit verschieden stark fortgeschrittenem Angriff auf die Elektroden.

209816/0924

Pig. 1 zeigt den Aufbau einer Zinnchloridgasentladungslampe 1 gemäß der Erfindung. Sie kann einen äußeren glasartigen Kolben mit ellipsenähnlicher Form und einem Halsteil 3 umfassen. Der Hals 3 ist durch einen eingestülpten Fuß 4 verschlossen, durch den steife Zuleitungsdrähte 5, 6 führen, die an ihren äußeren Enden mit den Kontakten eines Schraubsockels 8 und an den inneren Enden mit dem inneren Entladungsrohr 9 verbunden sind.

Das innere Entladungsrohr 9 ist aus einem quarzähnlichen Glas oder aus Kunstquarz hergestellt und an gegenüberliegenden Enden sind die Hauptbogenelektroden 11, 12 und eine Hilfszündelektrode 13 eingeführt. Die Elektroden werden auf Zuleitungen gehalten, welche zwischengefügte Abschnitte aus dünner Molybdänfolie 14 enthalten, die hermetisch abgedichtet durch die abgeplatteten oder Quetschverschlußenden des Bogenentladungsrohrs 9 eingeführt sind. Die Hauptelektroden 11, 12 umfassen jeweils eine Doppelschichtwendel von Wolframdraht, die um einen mit Thoriumoxid versehenen Wolframkern gewickelt sind.

Die Bogenentladungsröhre ist im Innern des äußeren Kolbens 2 durch eine unterteilte Halterung 15 und 16 am Basisende und am Kuppelende gehalten. Jeder dieser Teile umfaßt ein Paar in Längsrichtung verlaufender Haltestäbe, die durch Metallbügel 17 überbrückt und mit den Quetschdichtungs enden des Entladungsrohrs 9 verklammert sind. Der Halterungsteil am Fußende ist mit der Zuleitung 6 verschweißt und dient als Zuleitung zur Hauptelektrode 11. An dem Halterungsteil für das Kuppelende ist ein Federring befestigt, welcher im Eingriff steht mit der Einstülpung 19. am Kuppelende des Kolbens 2. Die Hauptelektrode 12 ist durch einen gekrümmten Draht 21 mit der Zuleitung verbunden. Die Zündelektrode 13 ist mit der Zuleitung 5 über einen Strombegrenzungswiderstand 22 verbunden. Ein Thermoschalter 23 besteht aus Bimetall und ist so angeordnet, daß er nach dem Anheizen der Lampe die Hilfselektrode 13 zur Hauptelektrode 11 kurzschließt.

209816/0924 ORIGINAL INSPECTED

Das Bogenentladungsrohr 9 enthält Argon mit einem geringen Druck, eine im wesentlichen während des Betriebs der Lampe verdampfte Füllung von Quecksilber, die dann einen Partialdruck von 1 bis 15 Atmosphären besitzt, Zinn-II-Chlorid, Zinn-II-Jodid und Zinn. Es kann einfacher sein, die Füllung als Zinn, Quecksilberchlorid und Quecksilberjodid einzubringen. Beispielsweise bestand bei einer Lampe mit einer Nennleistung von MOO Watt und einer Gesamtlänge des Bogenentladungsrohrs von 8 cm und einem Volumen von etwa 15 cnr die Füllung aus 31 mg Hg, 6,15 mg HgCIp, 10,2 mg ^ HgI₂, 15 mg Sn und Ar bei einem Druck von 25 Torr,

Eine Erklärung des Betriebs einer erfindungsgemäßen Lampe ist möglich durch thermodynamische Analyse der Wirkungen von Metalloxiden und insbesondere von Zinnoxid SnO, das sich bei Vorhandensein von sauerstoffhaltigen Verunreinigungen bildet. Die Quellen für Sauerstoff in einer Lampe sind Oxidverunreinigungen in den in die Lampe eingeführten Halogeniden, Sauerstoff und Wasserdampf infolge schlechter Evakuierung der Lampe oder Austreten aus der Oberfläche des Quarzes bei unzureichend entgasten Entladungsrohren. Eine Hauptquelle für SnO ist außerdem der Oxidfilm, der sich in der Luft auf dem in die Lampe eingebrachten Zinnpulver bildet und der als eine Schicht auf einem ψ Flüssigkeitsspiegel oder auf Tropfen erhitzten Zinns beobachtet werden kann.

Bei Anwesenheit von Zinn-II-Oxid wird die Bildung von Wolframoxiden entweder durch Prozesse fest-fest oder fest-gasförmig thermodynamisch begünstigt.

Ein Beispiel eines Prozesses fest-fest ist die Reaktion von SnO in Kontakt mit W zur Bildung von Wolframdioxid WO₂ nach · folgender Beziehung:

(In den Reaktionsgleichungen sind die Aggregatszustände fest bzw. gasförmig bzw. flüssig mit s bzw. g bzw. 1 bezeichnet).'

2 SnO(s) + W(s) * WO₂(S, g) + 2Sn(I) (1)

209816/09 24

Ein Beispiel eines Prozesses fest-gasförmig ist der folgende: Sogar bei Anwesenheit von Zinn und unter Bedingungen eines lokalen thermodynamischen Gleichgewichtes bestehen in der Lampe geringe Menge freien Cl₂ und Cl. Bei Anwesenheit von SnO werden sich durch die folgenden Reaktionen kleine Mengen Sauerstoff bilden:

2Cl₂(g) (2)

2 SnO(s) + > 2 SnCl_D(g) + 0 (g)

^K ^{d ά} (3)

Der gebildete Sauerstoff kann mit der Wolframelektrode reagieren und nach folgender Beziehung Wolframdioxid erzeugen:

W(s) + 0₂(g) » WO₂(S, g) (4)

In diesem Falle verschiebt sich das Gleichgewicht der Reaktionen (2) und (3) nach rechts zur Erzeugung von mehr Sauerstoff.

Ein weiterer Prozeß ist zurückzuführen auf die Verdampfung von SnO:

SnO(S ) < ^ SnO(g) (5)

mit anschließfider Wechselwirkung:

2SnO(g) + W(s) > W0₂(s, g) + 2Sn(I) (IA)

Ein weiterer Prozeß ist zurückzuführen auf die Dissoziation von SnO:

2SnO(s, g) > 2Sn(I) + 0₂(g) (6)

Obwohl der Gleichgewichtsdruck von O₂ aus der Reaktion (6) nur bei etwa 5¹IO °C (1000 °K) in der Größenordnung von 10 atm liegt,könnte die Reaktion mit W gemäß (4) das Gleichgewicht nach rechts verschieben.

Wie ersichtlich, sind wegen einer Kreislaufwirkung nur geringe Menge WO₂ notwendig, um einen Angriff auf die Elektrode zu bewirken, und daher kann keiner dieser Prozesse vernachlässigt

■209810/092*

2H9033

werden.

Wenn einmal Wolframoxid W 0 gebildet ist, besteht eine große

x y

thermodynamische und kinetische Tendenz zur Bildung von Wolframdioxidchlorid WO₂Cl₂ wegen der Existenz geringer Mengen von Cl₂ und Cl in der Lampe nach folgender Beziehung:

CIp ' (7)

WO₀ + * » WO₀Cl₀

^d 2Cl * ^d (8)

Die oben aufgeführten Reaktionen, welche in den Reaktionen (7) und (8) enden, führen zur "Erosion" der Elektrode. Die Erosion geschieht an der unteren Elektrode 11 einer vertikal betriebenen Lampe. Die Elektrode nimmt dabei ein Aussehen an, wie es bei lib in Pig. 4 gezeigt ist. Das normale Aussehen der Elektrode ist bei 11a gezeigt. Der Angriff auf die Elektrode erfolgt allgemein und weder heißere noch kältere Elektrodenbereiche werden begünstigt.

Die Kon vektnons ströme in der Lampe bewirken, daß die Dämpfe in dem heißen Bereich längs der Achse zwischen den Elektroden 11 und 12 nach oben strömen und nach unten längs der kälteren Wände, In Fig. 3 ist die Aufwärtsströmung an der Achse schematisch durch Pfeile 31 dargestellt und die Abwärts strömung an den Wänden durch die Pfeile 32. Ein Teil des WO₀Cl wird in den heißen axialen Bereich des Bogens hineingezogen. Dort zersetzt sich das Oxyhalogenid teilweise oder vollständig. Dies könnte auch durch spektroskopische Feststellung von atomarem Wolfram in dem Bogen bestätigt werden. Das Wolfram gelangt schließlich in die Umgebung der oberen Elektrode 12. Unter der Annahme, daß das Wolfram der oberen Elektrode sich im örtlichen thermodynamischen Gleichgewicht mit seinem eigenen Dampf befindet, führt das Hinzukommen von Wolfram aus dem Oxyhalogenid zur Übersättigung und Kondensation. Dies wird beobachtet als Wachsen von dendritischen Wolframkristallen 33 auf der oberen Elektrode 12, die während der Abtragung der unteren Elektrode 11 weiter wachsen.

2098 1 G/0924

Der Rückführungsteil des Zyklus wirft folgende Frage auf: Warum wird die Reaktion nicht umgekehrt mit einer Erosion der oberen Elektrode und einer Neubildung von WO-Cl , da sich doch in dem Bogen neben dem Wolfram noch Sauerstoff und Chlor enthaltende Dissoziationsprodukte bilden müssen und ebenfalls an der oberen Elektrode ankommen? Die Erklärung beruht auf dem Effekt der seitlichen oder radialen Diffusion der Dissoziationsprodukte durch den Bogenbereich hindurch auf die Wände zu, welche ihrer Aufwartsb^fegung durch Konvektion überlagert ist. Die Atomgewichte und Atomradien von Wolfram, Chlor und Sauerstoff unterscheiden sich beträchtlich und besitzen einen Wert 184, 35 und 16. Daher unterscheiden sich ihre radialen Diffusionsgeschwindigkeiten (die Diffusion erfolgt primär durch Quecksilberdampf hindurch) beträchtlich und sind am größten für Sauerstoff und am kleinsten für Wolfram. Die gestrichelten Kurven 34, 35 und 36 in Fig. 3 geben eine schematische Darstellung der zusammengesetzten Bewegung jeder dieser Atomarten infolge der Kombination von Konvektion und Diffusion von einem vorgegebenen Punkt längs des Bogens aus. Das Ergebnis ist, daß weniger Sauerstoff und Chlor an der oberen Elektrode ankommt als an der unteren. Daher erfolgt die Erosion an der unteren Elektrode und die Wolframabscheidung an der oberen Elektrode. Das Gesamtergebnis ist ein Zyklus, der allmählich Wolfram von der unteren zur oberen Elektrode transportiert.

In jeder Gasentladungslampe erfolgte eine gewisse Wandschwärzung durch kathodische Zerstäubung der Elektroden beim Zünden und normale Verdampfung während des Betriebes. Dies kann besonders erwartet werden, wenn die Elektroden keine Elektronen abgebenden Pulver enthalten und aus mit Thoriumoxid versetztem Wolfram bestehen.

Thermodynamische Überlegungen und experimentelle Beobachtungen deuten darauf hin, daß neben den normalen Ursachen in einer Lampe ein Transportzyklus ablaufen kann, der eine starke Schwärzung bewirkt. In Fig. 2 zeigen die beiden Kurven die vorhandenen

209816/0924

thermodynamischen Daten für die Bildung von WC1„ und WCl₁. (JANAF Tabellen). Eine stärker negative freie Bildungsenergie deutet auf eine größere Stabilität hin. Daher zeigen die Daten, daß bei höheren Temperaturen das Dichlorid WCIp die stabile Verbindung ist und bei niedrigeren Temperaturen das Tetrachlorid WCl₁J stabiler ist. Daher kann aus thermodynamischen Gründen erwartet werden, daß bei niedrigeren Temperaturen Dichlorid in Tetrachlorid und Wolfram nach folgender Beziehung disproportioniert:

T niedrig

T hoch

2WCl₂ ^ ^> W + WCl₁₊ (9)

Es ist auch ersichtlich, daß der unmittelbare Angriff von Chlor auf Wolfram zur Bildung von WCl₂ bei höheren Temperaturen thermodynamisch stärker begünstigt ist. Dies wird durch experimentelle Beobachtungen gestützt: In Lampen, in denen der Sauerstoffgehalt gering gehalten wurde, erfolgt der Angriff auf die Elektrode langsam an der heißesten Stelle, d.h. an der Spitze, an der beispielsweise in der Elektrode bei lic der Fig. 4 der Bogen anhaftet. Es ist daher möglich, daß bei erhöhten Temperaturen die Reaktion:

W + 2Cl » WCl₂ (10)

ψ eintritt. Sie ist nur begrenzt durch das Massenwirkungsgesetz (Partialdruck von Cl) und die kinetische Reaktionsgeschwindigkeit. Es ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, daß die Reaktion (10) die Ursache oder die einzige Ursache der Bildung von

die WCIp ist. Es wird auch erzeugt durch/thermische Zersetzung von WOpCl₂, welche während des ersten Oxyhalogenidzyklus auftritt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist WCl₂ sogar bei Bogentemperaturen von etwa 2200 bis 3300 ⁰C (4000 bis 6000 °K) sehr stabil. Nach der Diffusion an die Wände jedoch, an denen die Temperatur unterhalb etwa 870 ⁰C (1600 ⁰K) liegt, ist das WCl₂ nicht mehr stabil und disproportioniert zu WCl₁, mit Abscheidung von W und bewirkt eine Wandschwärzung (die Reaktion (9) verläuft von links

209816/0924

nach rechts). Durch Konvektion wird das gebildete WCl^ erneut im Kreislauf geführt und beim Auftreffen auf die Elektroden wird es Wolfram abziehen zur Neubildung von WCl₂ (Reaktion (9) verläuft jetzt von rechts nach links).

Die Geschwindigkeit der Bildung und Abdampfung von WO₂Cl₂ bei den Temperaturen der Wand ist gering. Sie besitzt jedoch einen endlichen Wert, und dies ist ebenfalls der Fall für die Bildung und Abdampfung von WO I .

Daher kann bei Anwesenheit von Sauerstoff - Spuren von Halogen sind stets vorhanden aus der Dissoziation von Halogenid - die Bildung der Oxyhalogenide mit Wolfram an den Wänden und ihre anschließende Verdampfung nach folgenden Reaktionen erwartet werden:

W (an der Wand) + 20 + 2Cl >WO₂Cl (11)

W (an der Wand) + 20 + 21 » WO I (12)

Diese Oxyhalogenide werden durch Konvektion nach unten gezogen und kommen schließlich in Kontakt mit der unteren Elektrode. Es erfolgt keine Reaktion mit der Wolframelektrode, und diese Verbindungen führen als solche nicht zu einem Angriff auf die Elektrode. Sie werden jedoch anschließend durch den Bogen nach oben geführt, und dabei geschieht, wie in dem ersten Oxyhalogenidzyklus, eine gewisse Zersetzung in Wolfram, Chlor und Sauerstoff. Etwas Wolfram wird auf der oberen Elektrode abgeschieden, und der Sauerstoff diffundiert zur Wand zu einer Wiederholung des Säuberungsprozesses. Eine gewisse Zersetzung von Oxyhalogenid, insbesondere WOpI an der unteren Elektrode ist wahrscneinlich und stellt einen restorativen Prozeß dar.

Die vorstehenden Betrachtungen fünren zu der wichtigen Schlußfolrorunc, daß für ein pünstipjes Arbeiten der Oxyhalogenidzyklen in der Lampe genügend Sauerstoff zum Ablauf des zweiten "Jy.vhaloferiüzyklus vorhanden sein muß, welcher zu einem Säubern

20981 G/0924

BAD ORIGINAL

2K9033

der Wand führt, aber nicht genug Sauerstoff vorhanden sein darf, um einen übermäßigen Angriff auf die Elektrode durch den Vorgang des ersten Oxyhalogenidzyklus zu bewirken. Unter idealen Bedingungen sollte die Ankunftsgeschwindigkeit von Wolfram durch die oben im Zusammenhang mit der Wandschwärzung beschriebenen Prozesse exakt ausgeglichen werden durch die Geschwindigkeit der Oxyhalogenidbildung an der Wand.

Die theoretische Berechnung der optimalen Sauerstoffmenge, die zur Erreichung dieser Bedingung vorhanden sein muß, ist sehr schwierig. Die Auswirkung der verschiedenen Mengen von Restsauerstoff wurde experimentell ermittelt. Der Sauerstoffgehalt wurde unter die üblicherweise bei der Lampenherstellung zugelassenen Werte dadurch vermindert, daß besondere Sorgfalt während der Verarbeitung der Lampe angewendet wurde und die folgenden praktischen Maßnahmen ergriffen wurden. Das Zinnpulver wurde zum Schmelzpunkt in trockenem Stickstoff erhitzt und der auf der Plüssigkeötsoberfläche schwimmende Oxidfilm wurde dekantiert. Nur das durch eine glänzende Oberfläche gekennzeichnete reine Metall wurde für die Lampenherstellung verwendet. QuecksiIberchloride und Jodide wurden vakuumdestilliert und nur das Destillat für die Lampenherstellung verwendet. Weiterhin wurden die Lampen unter Verwendung von Entladungsröhren aus Quarz hergestellt, welche im Vakuum ausgeheizt waren.

Die Tabelle I faßt die Ergebnisse der Versuche an einer großen Zahl (mehr als 60) von Lampen zusammen, bei denen Bogenentladungsrohre von einem Volumen von etwa 15 cm entsprechend der Abbildung nach Fig. 1 verwendet wurden. Es wurden vier Lampenserien hergestellt, bei denen von einer Serie zur anderen jeweils der Restsauerstoffgehalt um den Paktor von etwa 3,8 vermindert wurde. Innerhalb jeder Serie wurde das Atomverhältnis von Chlor zu Jod in den Grenzen von 0,5 bis oberhalb 3 variiert. Nicht alle Lampen besaßen die in den einzelnen Spalten angegebenen Werte, und einige der Ergebnisse wurden durch Interpolation oder Projektion ermittelt. Die Lebensdauer der Lampe ist im wesentlichen bestimmt durch die Lebensdauer der Elektroden und ist in

209816/092 U

2H9033

Stunden unter dieser Überschrift aufgeführt. Das Symbol "G" zeigt an, daß der Elektrodenangriff allgemein über dem ganzen Oberflächenbereich erfolgt. Das Symbol ¹¹H" zeigt an, daß der Angriff nur an der heißesten Stelle der Elektrode erfolgt. Das Symbol "S" zeigt an, daß nur ein geringfügiger Angriff stattfindet.

Tabelle I

Rest sauer stoff	1,66 χ 10	— ■7 Grammatome/c	_m3	4,16 χ	— 8 ' ~i* 10 Grammatome/cm	Art des An griffs auf dae Elektrode
Verhält nis Cl/I	Wand	lebens dauer (Std.)	Art des An griffs auf die Elektrode	Wand	Lebens dauer (Std.)	G
0,5	s aub er	70	G	sauber	600	G
1	sauber	10	G	sauber	300	G
2	s aub er	VJI	G	sauber	100	G
3 oder höher	ge schwärzt	1	G	ge schwärzt	10

Rest sauer stoff	1,25 x 10	—8 ~>* Grammat ome/cm	Art des An griffs auf die Elektrode	3,12 χ	_Q I. 10 Grammatome/cnr	Art des An griffs auf die EMctrode
Verhält nis Cl/I	Wand	Lebens dauer (Std.)	G	Wand	Lebens dauer (Std.)	S
0,5	sauber	3000	G	s aub er	5000	S
1	sauber	1500	G-H	sauber	2000	H
2	sauber	1000	G-H	s aub er	1000	H
3 oder höher	ge schwärzt	75	ge schwärzt	100

Es wurde gefunden, daß die Durchbruchsspannung (breakdown voltage) von allen Lampen mit einem Atomverhältnis Chlor-Jod von etwa 2 oder darunter 300 V oder weniger betrug. Dies stellt eine beträchtliche Verringerung gegenüber vorbekannten nicht verbesserten Zinnhalogenidlampen dar und gestattet die Verwendung von Standardbauteilen als Ballast, wie sie in kommerziell hergestell-

209816/0924

2ΊΑ9033

ten Quecksilberdampf- oder Metallhalogeniddampflampen verwendet werden.

Die wichtigsten aus der obigen Tabelle erhaltenen Größen sind die obere Grenze für den Sauerstoff^gehalt, nämlich 1,66 χ 10 ' Grammatome/cm , abgerundet 2 χ 10 Grammatome/cirr und ein oberes Cl/I-Atomverhältnis von etwa 2. Es ist ersichtlich, daß bei diesem Gehalt an Restsauerstoff die Wände durch den Vorgang des zweiten Oxyhalogenidzyklus sauber gehalten werden. Der Elektrodenangriff infolge des Vorgangs des ersten Oxyhalogenidzyklus " ist jedoch allgemein über die ganze Fläche wirksam und ist

sehr stark und führt zu kurzen Lebensdauern der Lampe von 5, und 70 Stunden für Atomverhältnisse Cl/I von 2, lund 0,5·

Mit der Verringerung des Säuerst of fgehaltes bleiben die Wände sauber durch den Vorgang des zweiten Oxyhalogenidzyklus, und die Stärke des Elektrodenangriffs infolge des Vorgangs des ersten Oxyhalogenidzyklus verringert sich. Bei einem Restsauerstoffgehalt von 3»12 χ 10 ^y Grammatome/cm erhält man bei den Atomverhältnissen für Cl/I von 2, 1 und 0,5 Lebensdauern der Lampen von mehr als 1000 Stunden, 2000 Stunden und 5000 Stunden. Der Angriff auf die Elektroden ist geringfügig oder auf den heiße- | sten Teil beschränkt. Daher weist die Tabelle darauf hin, daß

es bei einer praktischen Lampe erwünscht ist, den Sauerstoffgehalt auf einen solchen Wert abzusenken, bei dem der Angriff auf die Elektroden eine Lebensdauer der Lampe in kommerziell annehmbaren Grenzen gestattet.

Aus der Tabelle ist leicht ersichtlich, daß man bei einem noch geringeren Atomverhältnis für Cl/I eine längere Lebensdauer erhält. Dieser Vorteil bringt jedoch gleichzeitig einen Nachteil durch niedrigeren Wirkungsgrad und führt mit sich eine niedrigere Parbtemperatur. Durch Änderung des Atomverhältnisses Cl/I, des Quecksilberdruckes und des Gesamthalogeniddruckes können Farbtemperaturen von etwa 2200 bis 3300 °C (4000 °K bis 6000 °K) . erzielt werden. Ein Beispiel hierzu ist ein Atomverhältnis für

20981 S/0924

2U9033

Cl/I von 1,0, bei dem eine Färbtemperatur von etwa 3040 C (5500 K) mit einem Wirkungsgrad von 65 Lumen/Watt erzielt werden kann.

Die Lebensdauer, welche für eine kommerziell akzeptierbare Lampe gefordert ist, variiert stark mit dem beabsichtigten Verwendungszweck der Lampe. Für fotografische Anwendungs zwecke können wenige Stunden genügen und für allgemeine BeIeuchtungszwecke sind mehrere 1000 Stunden erforderlich. Es wurde gefunden, daß praktisch brauchbare Lampen einen Restsauerstoffgehalt unter-

—7 3

halb 2 χ 10 Grammatome/cm und ein Atomverhältnis für Cl/I unterhalb etwa 2 erfordern.

Bei Lampen mit einer Lebensdauer von mindestens 1000 Stunden für verschiedene allgemeine Beleuchtungszwecke liegt ein bevorzugter Restsauerstoffgehalt unter etwa 2 χ 10 Grammatome/cm Für einen relativ hohen Wirkungsgrad und eine gute Farbwiedergabe liegt das bevorzugte Atomverhältnis für Chlor/Jod zwischen 2 und 0,5.

Eine bevorzugte Ausfuhrungsform einer Lampe mit einer Lebensdauer von mehreren 1000 Stunden besitzt ein Atomverhältnis Chlor/Jod zwischen 0,5 und 1 und einen Restsauerstoffgehalt unter 6 χ 10 Grammatome/ citr des Lamp en volume ns . Dieser Wert des Restsauerstoffgehaltes ist ein praktischer Wert, der bei der Lampenherstellung durch die Techniken und Vorsichtsmaßnahmen, wie sie vorstehend beschrieben sind, erreicht werden kann.

209816/092/.

Claims

2H9033

- 16 Ansprüche

{l.yfeogenentladungslampe hoher Intensität mit einem lichtdurchlässigen Kolben aus einem Material, das bei erhöhter Temperatur mit Zinn-II-Chlorid nicht reagiert, mit in den Enden dieses Entladungsrohres abgedichtet eingeführten Elektroden und einer Lampenfüllung, dadurch gekennzeichnet , daß in der Lampe Zinn-II-Chlorid, Zinn-II-Jodid und Zinn und eine während des Betriebes im wesentlichen vollständig verdampfte Quecksilbermenge und ein Inertgas als Zündhilfe vorhanden sind, wobei das Atomverhältnis von Chlor zu Jod in dem Entladungsrohr nicht über etwa 2
liegt und der maximale Restsauerstoffgehalt niedrig genug
ist, um übermäßigen Elektrodenangriff durch einen Oxyhalogenidtransportzyklus zu verhindern und gleichzeitig die Wandsäuberung durch einen anderen Oxyhalogenidtransportzyklus
zu gestatten.
2. Bogenentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet , daß der maximale Restsauerstoff gehalt 2 χ Κ
nicht übersteigt.

— 7 3

stoffgehalt 2 χ 10 Grammatome/cm des Lampenvolumens
3. Bogenentladungslampe nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet , daß der maximale Restsauerstoffgehalt 2 χ 10 Grammatome/cm des Lampeηvolumens
nicht übersteigt.
4. Bogenentladungslampe nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet , daß das Atomverhältnis für Chlor zu Jod zwischen 2 und 0,5 liegt und der maximale Rest-

-8 3

sauerstoffgehalt 2 χ 10 Grammatome/cm des Lampenvolumens nicht überschreitet.

20981S/092A
5. Bogenentladungslampe nach' Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Atomverhältnis Chlor zu Jod zwischen 1 und O₁5 liegt und der maximale Restsauerstoffgehalt 6 χ 10 Grammatome/cm des Lampenvolumens nicht übersteigt.

209816/0924