DE3125270A1

DE3125270A1 - High-pressure gas discharge lamp with an incandescent cathode containing an active material

Info

Publication number: DE3125270A1
Application number: DE19813125270
Authority: DE
Inventors: András Czeller; Istvánné Farkas; Tamás Grósz; Ferenc Nagel; László Budapest Simonfalvi
Original assignee: Egyesuelt Izzolampa es Villamossagi Rt
Current assignee: Egyesuelt Izzolampa es Villamossagi Rt
Priority date: 1981-06-24
Filing date: 1981-06-24
Publication date: 1983-01-13
Also published as: DE3125270C2

Abstract

The invention relates to a high-pressure gas discharge lamp with an incandescent cathode containing an active material. Cathodes of this type are usually formed from a metal having a high melting point, usually from tungsten retaining elements and a layer applied thereto, which emits electrons. The invention relates, in particular, to an incandescent cathode which during operation is heated by the gas discharge, i.e. whose heating does not require a separate power source. The essence of the invention is an active gas discharge lamp whose cathode contains as the electron-emitting active material a compound of BaO-SrO-WO3 which significantly increases the service life of the lamps.

Description

HOCHDRUCK-GASENTLADUNGSLAMPE MIT EINER EIN AKTIVESHIGH PRESSURE GAS DISCHARGE LAMP WITH ONE ONE ACTIVE

MATERIAL BEINHALTENDEN GLOHKATODE Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Gasentladungslampe mit einer ein aktives Material beinhaltenden Glühkatode.Eine derartteKatode bestehen im allgemeinen aus feuereinem aus festem Metall, zumeist aus/Wolfram hergestelltem Halteelement und aus einer auf dieses Halteelement aufgebrachten elektronemittierenden Schicht. Die Erfindung bezweckt besonders die Vervollständigung von Glühkatoden, die im Betrieb wegen der Gasentladung aufglühen, wobei dieses Aufglühen nicht durch eine äussere Stromquelle vollzogen wird.GLASS CATODE CONTAINING MATERIALS The invention relates to a high-pressure gas discharge lamp with a hot cathode containing an active material. Such a cathode exist generally made of fire-resistant metal, mostly made of tungsten Holding element and an electron-emitting one applied to this holding element Layer. The invention aims in particular to complete glow cathodes that are in operation glow because of the gas discharge, this glow not being caused by an external Power source is completed.

Typisches aktivierendes Material der Katode für Hochdruckgasentladungsröhren sind Erdalkali-Thorat, Bariumthorat1 die entweder unmittelbar aufgetragen werden, oder in situ zustandekbmmen. Ein bedeutender Anteil der Hochdruck Hg-Lampen und Hochdruc-Na-Lampen werden mit solchen Katoden ausgerüstet. Im Jahre 1970 hat General Electric Co auf die Anwendung von Ba2CaWO6 als aktivierendes Material ein Patent angemeldet (US 3,708,710) Dieses Material wurde in den sogenannten Lucalox-Lampen erfolgreich Anwendung gefunden. Bei dieser Methode liegt das Wesen in der chemischen Stabilität. Das Material darf im Fusspunkt des Bogens, sogar in Vorhandensein des metallischen Na nicht schnell reduziert werden. Diese chemische Stabilität hängt mit es dentlCrystaligitter dichte Struktur zusammen,/besitzt eine Perofskitt-Struktur und das Röntgendifraktionsbild zeigt die möglichst maximale Symmetrie - unter den basischen " d.h. den gut emittierenden Wolframaten. Typical activating material of the cathode for high pressure gas discharge tubes are alkaline earth thorate, barium thorate1 which are either applied directly, or create them in situ. A significant proportion of high pressure mercury lamps and High-pressure Na lamps are equipped with such cathodes. In 1970 General Electric Co registered a patent for the use of Ba2CaWO6 as an activating material registered (US 3,708,710) This material was used in the so-called Lucalox lamps Successful application found. In this method, the essence lies in the chemical Stability. The material may be in the base of the arch, even in the presence of the metallic Na cannot be reduced quickly. This chemical stability depends It has a dense structure together with the dentlCrystaligitter, / has a Perofskitt structure and the X-ray diffraction image shows the maximum possible symmetry - among the basic "i.e. the well-emitting tungstates.

Watamabe und seine Mitarbeiter haben die maximale Stabilität ausserhalb derjenigen Grenze gesucht, die in der oben erwähnten Patentschrift beschrieben wurde (a. Licht and Vis. Env. Vol. 1. No. 1. 1977) und haben das Bal 8SrO 2CaW06 als ähnliches Material gefunden und haben die Anwendung dieses empfohlen. Watamabe and his staff have the maximum stability outside that limit is sought which was described in the above-mentioned patent specification (a. Licht and Vis. Env. Vol. 1. No. 1. 1977) and have the Bal 8SrO 2CaW06 as a similar one Found material and recommended the use of it.

Dieses Material besitzt in der Praxis den Nachteil, dass in den Hochdruckbogenlampen, die für lange Lebensdauer bemessen sind, zumeist ein eingebettetes Katodenmaterial verwendet wird, dass der Erdalkaliverbindung-Vorrat im Inneren der Katode, an einer Stelle, die durch die Ausladung nicht berührt ist, liegt, und dass das aktive Material auf die wirkende Oberfläche die Oberflächendiffusion aufträgt. Das mit der Formel Bal gSr CaWO beschriebenes Material ist nur nach sehr vielen Atomen periodisch (tatsächlich BagSrCa5/W06/5) und es könnte die günstigsten Eigenschaften nur im Form eines Dichtschicht bieten, wobei aber die Dichtschicht an der Oberfläche der Katode - wie bekannt - eine grössere Schwärzung hervorruft. Deshalb kann dieses Material verhältnismässig begrenzt, bei derjenigen Typen verwendet werden, bei welchen eine höhere Stabilität nicht beansprucht ist. In practice, this material has the disadvantage that in high pressure arc lamps, which are designed for a long service life, mostly an embedded cathode material is used that the alkaline earth compound supply inside the cathode, at a Place that is not touched by the projection, and that the active material the surface diffusion applies to the acting surface. That with the formula The material described by Bal gSr CaWO is only periodic after a very large number of atoms (actually BagSrCa5 / W06 / 5) and it could have the most favorable properties only in the form of a sealing layer offer, but the sealing layer on the surface of the cathode - as known - causes greater blackening. Therefore this material can be proportionate limited, in which types are used in which a higher stability is not claimed.

Die Zielsetzung der Erfindung ist ein Katodenmaterial zu entwickelnVessen Stabilität im Vergleich mit den erwähnten Materialien höher ist, das eine längere Lebensdauer ermöglicht und eine bessere Emissionsfähigkeit aufweist. Die günstigen Eigenschaften der Verbindung Ba2CaWO6 sind in Zusammenhang mit der hohen Symmetrie der l<rystallstruktur, d.h. mit der dichten Anpassung der Atomen Die maximale dichte Anpassung besteht aber bei diesem Material nur bei niedriger Temperatur.Bei hoher Temperatur, d.h. bei der Betriebstemperatur der Katode sinkt die Dichte der Struktur in kleinem Maße. The aim of the invention is to develop a cathode material Vessen Stability in comparison with the mentioned materials is higher, the longer one Lifetime enables and has better emissivity. The cheap ones Properties of the compound Ba2CaWO6 are related to the high symmetry the crystal structure, i.e. with the close adaptation of the atoms The maximum This material only fits tightly at low temperatures high temperature, i.e. at the operating temperature of the cathode sinks the density of the structure to a small extent.

Durch Versuche wurde ermittelt dass das Ba2SrW06, das in Raumtemperatur eine wenig dichte Struktur hat, beider effektiven Betriebstemperatur der Katode Strukturen von maximaler Symmetrie und höchster Dichte besitzt, Demzufolge zeigt die Katode unter Betriebsverhältnisseneine höhere Stabilität auf. Es wurde gefunden, dass den oben erwähnten Bedingungen eine Zusammensetzung von Ba2.75SrO.25wo6 auch entspricht.Experiments have shown that the Ba2SrW06, which is in room temperature has a less dense structure at the effective operating temperature of the cathode Possesses structures of maximum symmetry and highest density, accordingly shows the cathode has a higher stability under operating conditions. It was found, that the above conditions a composition of Ba2.75SrO.25wo6 too is equivalent to.

Die Erfindung nutzt dies aus.The invention takes advantage of this.

Die Erfindung betrifft also eine Hochdruckgasentladungslampe mit einer aktives Material beinhaltenden Glühkatode, deren eine Elektronen emittierender Stoff/BaOASrO-O,-Verbindung enthält. The invention thus also relates to a high-pressure gas discharge lamp an active material containing hot cathode, one of which emits electrons Contains substance / BaOASrO-O, compound.

Die Alterung und das Verbrauchen der Katode, die die Lebensdauer der Hochdruckentladungslampen bedeutend beeinflüssen, sind Folge verschiedener Verlaufe. Die relative Geschwindigkeiten dieser Verlaufe in den verschiedenen Gasentladungslampen z. B. in Na-Dampf oder Hg-Dampflampen sind abweichen. Ein charakteristischer Degradationsvorgang ist die teilweise Siebung der alkalischen Erden, wodurch MeWO4 zurückbleibt (wo Me in diesem Falle Ca, Ba oder Sr gleicherweise sein können), und die ausgesiedete metallische Erde kann das Material der Entladungsröhre, so z. B. The aging and consumption of the cathode, which affects the service life which significantly influence high-pressure discharge lamps are the result of different courses. The relative speeds of these curves in the various gas discharge lamps z. B. in sodium vapor or mercury vapor lamps are different. A characteristic degradation process is the partial sieving of the alkaline earth, whereby MeWO4 remains (where Me in this case can be Ca, Ba or Sr alike), and the excreted metallic earth can be the material of the discharge tube, e.g. B.

Quarz oder Aluminiumoxyd angreifen; die erwähnte Siedung erhöht die ungünstige Lichtabsorption des Kolbens, und verändert die Betriebs temperatur der Lampe durch Anderung der Temperaturverhältnisse der Lampe 2n Umgebung der Katode. Der andere, zumeist in Alkalimetalldampflampen auftretender Vorgang ist die Reduktion des gesamten Materials der Katode und die aus dieser stammenden sekundären Vorgänge.Attack quartz or aluminum oxide; the mentioned Settlement increases the unfavorable light absorption of the bulb and changes the operating temperature the lamp by changing the temperature conditions of the lamp 2n around the cathode. The other process that mostly occurs in alkali metal vapor lamps is reduction of the entire material of the cathode and the secondary processes arising from it.

Durch die Anwendung der Materialien, die bei der Beschreibung der Zielsetzung erwähnt wurden, werden konnte erreicht / dass die oben erwähnten Alterungsvorgänge bedeutend langsamer werden. By applying the materials used in the description of the Objectives were mentioned, could be achieved / that the above-mentioned aging processes become significantly slower.

Da die Qualität des Katodenmaterials durch die Krystallatruktur sehr stark beeinflusst ist, werden die basichen Wolframate zweckmässig aus Alkalierdkarbonaten und aus WO3 hergestellt, undzwar derart , dass die Materialien im nassen Zustand gemahlen auf eine Temperatur von 1400 0C in eine Tiegel erhitzt, wieder gemahlen und erhitzt werden und die Krystallstrulcauf tur des/diese Weise erhaltenen Materials durch Röntgendiffraktion kontrolliert wird. Das wiederholte Mahlen die Erhitzung und ist deshalb notwendig, weil Reaktionen von auf fester Phasen/diese Weise vervollständigt sein können. auf Das/diese Weise hergestellte emittierende Material wird in der Katode der Gasentladungslampe, die aus einem Material von hohem Schmelzpunkt, zweckmässig aus wolfram hergestellt ist, derart angeordnet, dass das emittierende Material im Innerender Katode angeordnet und das auf die metallische Oberfläche der Katode das die Emission erleichternde Material nur durch Diffusion hochkommen kann. Falls an der äusseren Oberfläche der Katode das emittierende Material in Form einer dicken Schicht vorhanden ist, wird dies durch die Entladung abgestaubt und löst - unabhängig von der Zusammensetzung - die bei der Degradation beschriebenen nachteiligen Wirkungen aus. Es gibt solche Gasentladungslampen, bei denen die stationare Wirkungsweise und das Optimum des Zündens mit einem einzigen Stoff nicht gesichert sein kann. In solchem Falle werden die hier ' beschriebenen Alkalierdwolframate mit anderen, an sich bekannten emittierenden Stoffen oder deren Wirkung modifizierenden anderen Oxyden vermischt. As the quality of the cathode material is very high due to the crystal structure is strongly influenced, the basic tungstates are expediently made from alkaline earth carbonates and made from WO3 in such a way that the materials are wet ground heated to a temperature of 1400 0C in a crucible, ground again and heated and the crystal structure of the material obtained in this way is controlled by X-ray diffraction. The repeated grinding the heating and is necessary because reactions from solid phases / completes this way could be. The emissive material produced in this way is used in the Cathode of the gas discharge lamp, which is made of a material with a high melting point, is expedient is made of tungsten, arranged such that the emitting material in the Arranged inside the cathode and that on the metallic surface of the cathode the emission material that makes it easier to come up only through diffusion can. If on the outer surface of the cathode the emitting material is in the form a thick layer is present, this is dusted off by the discharge and solves - regardless of the composition - those described in the degradation adverse effects. There are such gas discharge lamps in which the stationary Mode of action and optimum ignition with a single substance not assured can be. In such a case the alkaline tungstates described herein are used with other emitting substances known per se or modifying their effect mixed with other oxides.

Solche Stoffe sind z. S. Thoriumoxyd, Yttriumoxyd (Y2U3) die Oxyde von seltenen Erdmetallen usw.Such substances are z. S. Thorium Oxide, Yttrium Oxide (Y2U3) the oxides of rare earth metals, etc.

Die emittierenden Stoffe gemäss der Erfindung können gleicherweise zu Katoden mit Spitzen, Lochkatoden und gepressten Katoden verwendet werden. The emitting substances according to the invention can do the same to cathodes with tips, perforated cathodes and pressed cathodes.

Die Erfindung wird durch Zeichnung und Beispiele näher erläutert. Die Zeichnung zeigt die Skizze der Katode der Hochdruckentladungslampe mit dem Wolframicatodstab 1, dew abgerundeten emittierenden Ende des Katodstabes 2, der zweischichtigen und innen lockeren Wolframwendel 3 und dem emittierenden Material 4 zwischen den lockeren Windungen. The invention is explained in more detail by means of the drawing and examples. The drawing shows the sketch of the cathode of the high-pressure discharge lamp with the Wolframicatodstab 1, the rounded emitting end of the cathode rod 2, the two-layer and inside loose tungsten filament 3 and the emitting material 4 between the loose Turns.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1 Zu einer 400 Watt Hochdruck Na-Dampflampe wird die Katode im Sinne der Erfindung folgenderweise hergestellt: 509,83 g BaC03 190,69 g SrC03 299,48 g WO3 Die Mischung wird in 500 ml Alkohol vermischt und 12 Stunden lang in einer Kugenmühle gemahlt, wodurch das Material homogenisiert wird. Danach wird es getrocknet und auf eine Temperatur von 1400 °C crhitzt. Das zusammengeschrumpfte Material entfernt sich von der Wandung des Tiegels. Das an der Wand des Tiegels anhaftende Material wird in dem Tiegel gelassen, weil dieses schon mit der Wandung des Tiegels in Reaktion -getreten war. Das Material wird zusammengebrochen und mit 500 ml Alkohol vermischt, wonach der beschriebene Arbeitsvorgang wiederholt wird. Schliesslich wird die Krystallstruletur des Materials durch Röntgendiffraktion kontrolliert. EXEMPLARY EMBODIMENTS Example 1 For a 400 watt high pressure sodium vapor lamp For the purposes of the invention, the cathode is produced as follows: 509.83 g BaC03 190.69 g SrC03 299.48 g WO3 The mixture is mixed in 500 ml alcohol and 12 Milled in a ball mill for hours, which homogenizes the material. It is then dried and heated to a temperature of 1400 ° C. The shrunk Material moves away from the wall of the crucible. That on the wall of the crucible Adhering material is left in the crucible because this is already with the wall of the crucible had entered into reaction. The material is collapsed and with 500 ml of alcohol mixed, after which the procedure described is repeated. Finally, the crystal structure of the material is checked by X-ray diffraction.

Aus dem kontrollierten Material von der Zusammensetzung Ba2SrWO6 wird 100 g mit 50 ml Buthilazetat und 0,2 g Bedakril in einer Planetenmühle (Fritsch-Type) eine Stunde lang gemahlen, wodurch eine Masse zustandekommt. Die Katoarmaturen werden in diesem Masse eingetaucht und die Schlitze der inneren Windungen der Katode werden durch wiederholte Anwendung vom Vakuum und atmosphärischen Druck durch die Masse aufgeladen. Von der Oberfläche der Katode wird durch Spülung mit Lösungsmittel die überflüssige Masse entfernt, wonach die Katode getrocknet wird. Die Katode wrd in trockenem Zustand mit Wolframgranulat von 2 - 5 mm Breite vermischt, in eine kugellose Mühle gelegt und eine halbe Stunde lang gedreht, wodurch die restlichen Teile der Masse aus der Oberfläche der Kaz tode entfernt werden. Die Katode wc1rd von dem Wolframgranulat durch Schütterung gesondert. Der zurückgebliebene Staub wird abgebürstet, wonach die Katode einer Temperatur von 1400 °C im Vakuum erhitzt und danach in einer Hochdruck-Na-Dampflampe von 400 Watt eingebaut wird. - bie Lichtverminderung dieser Lampen ist im Vergleich mit den herkömmlichen Lampen, die mit Ba2CaWO6 hergestellt sind, bedeutend geringer, Die Anfangsdegradationsgeschwindigkeit der Katode, die durch Röntgendifraktion gemesst ist, ist cca. 0,7; die Degradationsgeschwindigkeit des Ba2CaWO6 als 1 genommen. Zwecks Beschleunigung der Untersuchung der Versuchslampen ist ein Versuchzyklus mit 30 Minuten Brennen und 20 Minuten Ausschaltung vorgenommen worden. From the controlled material with the composition Ba2SrWO6 100 g with 50 ml buthile acetate and 0.2 g Bedakril in a planetary mill (Fritsch type) Milled for an hour, creating a mass. The Kato fittings are immersed in this mass and the slots of the inner turns of the cathode become by repeated application of vacuum and atmospheric pressure through the mass charged. from the surface of the cathode is rinsed with Solvent removes the excess mass, after which the cathode is dried. When dry, the cathode is mixed with tungsten granules 2 - 5 mm wide, placed in a ballless grinder and rotated for half an hour, eliminating the remaining Parts of the mass are removed from the surface of the Kaz death. The cathode wc1rd separated from the tungsten granulate by shaking. The remaining dust is brushed off, after which the cathode is heated to a temperature of 1400 ° C in a vacuum and then installed in a high-pressure sodium vapor lamp of 400 watts. - for light reduction this lamp is compared with the conventional lamps made with Ba2CaWO6 are, significantly lower, The initial rate of degradation of the cathode that is measured by X-ray diffraction is cca. 0.7; the rate of degradation of Ba2CaWO6 taken as 1. In order to speed up the investigation of the test lamps a test cycle with 30 minutes of burning and 20 minutes of switching off is carried out been.

Beispiel 2 Herstellung der Katode von 175 W HG-Dampflampe: Eine Mischung von 668,80 g BaC03 45,48 g SrC03 285172 g WO3 wird in Beispiel 1 beschriebener Weise ganz bis zu der Kontrolle mit Röntgendiffraktion behandelt. 70 g untersuchtes Material (Zusammensetzung: Ba2,75Sr0,2506) wird mit 30 g ThO2, mit 50 ml Bhutilazetat und mit 0,2 9 Bedakril in einer Fritsch-Mühle - wie im Beispiel 1 beschrieben - zu einer Katodmasse gemahlen, die zur Oberschichtung fähig ist, wonach die Katodenmit dieser Masse - wie im Beispiel 1 beschrieben ~ überzogen werden. Example 2 Manufacture of the cathode of 175 W HG vapor lamp: A mixture from 668.80 g of BaC03 45.48 g of SrC03 285172 g of WO3 is described in Example 1 treated with X-ray diffraction all the way up to the control. 70 g examined material (Composition: Ba2.75Sr0.2506) is mixed with 30 g ThO2, with 50 ml Bhutilacetat and with 0.2 9 Bedakril in a Fritsch mill - as described in Example 1 - to one Ground cathode mass, which is capable of top layering, after which the cathodes with this Mass - as described in Example 1 - be coated.

Vergleichend diejenigen Lampen, die mit der obenbeschriebenen Katodenmasse überzogen sind, mit denjenigen Lampen, deren Katode herkömmlicher Weise hergestellt sind, wird gefunden, dass - die Lampen aus- und eingschaltet (nach Beispiel 1) - die~Lichtabnahme nach der ersten 100 Stunden angenommen die herkömmlichen als 1, nicht mehr als 0,9 ist. Bei der weiteren Brennung ist der Unterschied sehr auffallend. Nach dem weiteren Brennen von 2000 Stunden war die Lichtabnahme 017 - 0,8 - angenommen, dass in gleicher Zeit die Lichtabnahme der herkömmlichen Lampen 1 war und die Degradation in der Katode, die durch Röntgendifraktion gemessen war, Siknifikant kleiner ist. Comparing those lamps with the cathode mass described above are coated with those lamps whose cathode is made in a conventional manner it is found that - switches the lamps off and on (according to example 1) - the ~ light decrease after the first 100 hours assumed the conventional as 1, is not more than 0.9. The difference is very noticeable in the further firing. After further burning for 2000 hours, the decrease in light was assumed to be 017 - 0.8 - that at the same time the decrease in light of the conventional lamps was 1 and the degradation in the cathode, which was measured by X-ray diffraction, is significantly smaller.

Die Lampen haben wir in diesem Falle deswegen im Ein- und Ausschaltungsbetrieb untersucht, weil diese Betriebsart die Katode zumeist in Anspruch nimmt. So war es möglich nach 2000 Stunden eine auswertbare Information zu erhalten, wogegen mit einer Untersuchung, die auf realen Verhältnissx basiert - > die Untersuchung Jahre lang dauern könnte.In this case, we have the lamps in on and off mode investigated because this mode of operation mostly uses the cathode. So was it is possible to receive evaluable information after 2000 hours, whereas with an investigation based on real relationshipsx -> the investigation Could last for years.

Claims

PATENTANSPRO CHE 1. High pressure discharge lamp with an active material Including hot cathode, which is made of a light-permeable discharge tube of high Melting point, from electrically conductive electrodes soldered into the ends of the discharge tube, one to maintain the discharge ionizable gas filling, one in the Discharge tube extending refractory metal cathode structure, one in the Cathode is made of the electron emission promoting material, thereby g e k e n n z e i c h -n e t a that the material promoting the electrical emission is a BaO-SrO-W03 compound contains.

2. High pressure discharge lamp according to claim 1, thereby g e k Note that there is a compound in the electron-emissive material of Ba2SrWû6 is present0

3. High pressure discharge lamp according to claim 1, characterized Notices that the composition of the electron-emitting Material corresponds to the formula Ba2.75Sr0.25WO6.