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Verfahren zum Aufbringen lichtstreuender Schichten auf Glasoberflächen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbringen lichtstreuender Schichten
auf eine Glasoberfläche, z. B. auf die Innenwand des Kolbens einer elektrischen
Glühlampe, um das hinderliche Hindurchscheinen des Glühkörpers zu verringern.
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Zu diesem Zweck wurden früher öfters Kolben aus Opalglas verwendet,
dessen Preis jedoch zum Erzielen eines billigen Massenproduktes bedenklich ist.
Es wurden auch Glasoberflächen durch Ätzen lichtstreuend gemacht, ohne merkliche
Zunahme der Lichtabsorption. Ein Nachteil geätzter Kolben ist jedoch der, daß das
Hindurchscheinen des Glühkörpers nicht vollkommen verhütet wird. Gemäß einem anderen,
älteren Vorschlag ergab sich die gewünschte Lichtstreuung dadurch, daß ein Metall,
dessen Oxyd außer einer großen Lichtstreuungswirkung eine noch nicht zu große Lichtabsorption
aufweist, z. B. Magnesium, Aluminium und Silicium, im Innern des Kolbens verbrannt
und der entstandene Rauch auf der Kolbenwand niedergeschlagen wird. Die Haftung
dieser aufgedampften Oxydschichten an der Glasoberfläche erwies sich jedoch für
praktische Zwecke als ungenügend. Gemäß einem heutzutage häufig durchgeführten Verfahren
werden zweckdienliche Schichten aus Siliciumoxyd dadurch erzielt, daß anstatt des
Siliciums eine organische Siliciumver-
Bindung im Innern des Kolbens
verbrannt wird. Diese Schichten, -die gut an der Kolbenwand haften, sind im Vergleich
zu den durch Verbrennung von Metallen erhaltenen Schichten in Luft weniger gut haftbar,
so daß es erforderlich ist, mit solchen Schichten versehene Kolben bald zu Glühlampen
zu verarbeiten.
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Es wurde weiter bereits vorgeschlagen, die.Haftung der durch Verbrennung
von Magnesium erhaltenen, lichtstreuenden Schichten dadurch zu verbessern, daß vor,
während oder nach der Verbrennung eine Behandlung mit gasförmiger Salz-. säure durchgeführt
wird. Dieses Verfahren ist weniger zu bevorzugen in Bezug auf die schwierige Hantierbarkeit
der gasförmigen Salzsäure und die starke ätzende Wirkung dieses Gases.
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Die Erfindung bezweckt, .die Haftung der durch Verbrennung von Metall
erhaltenen Magnesiumoxydschichten, die wegen ihrer vorzüglichen Lichtstreuung für
die Herstellung von Glühlampen besonders gut geeignet sind, auf weniger bedenkliche
Weise zu verbessern.
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Gemäß der Erfindung wird eine gut haftende, lichtstreuende Magnesiumoxydschicht
dadurch .erhalten, daß die Glasoberfläche während oder vor der Ablagerung des Magnesiumoxyds
der Einw irkung von Oxydationsprodukten von gasförmigem Schwefel ausgesetzt wird.
Vorzugsweise wird die Behandlung mit den gasförmigen Oxydationsprodukten gleichzeitig
mit dem Aufdampfen des Magnes-iumoxyds durchgeführt, da die dabei auftretenden Temperaturen
ausreichen, urn die gewünschte Reaktion der Oxydationsprodukte mit der Glasoberfläche
zu gewährleisten.
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Es kann die Behandlung der Glasoberfläche mit den Oxydationsprodukten,
z. B. durch Verbrennung von Schwefel in einem Kolben, auch vorher durchgeführt werden.
Es ist dabei jedoch manchmal erforderlich, das Glas während dieser Behandlung oder
während gewisser Zeit nach dieser Behandlung auf eine Temperatur von mehr als i5o°
zu erwärmen, damit die gewünschte Einwirkung auf die Glasoberfläche stattfinden
kann.
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Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung werden Magnesium
und Stoffe, die bei Verbrennung Oxydationsprodukte von Schwefel liefern, gemeinsam
verbrannt und mit der Glasoberfläche in Berührung gebracht.
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Außer einer Behandlung mit gas- oder dampfförmigen Oxyden von Schwefel
ist auch eine Verbrennung von Schwefel oder Verbindungen desselben, z. B. Schwefelwasserstoff,
Schwefelkohlenstoff und Merkaptanen"durchführbar.
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Die Verbrennung von Schwefelselbst hat noch den besonderen Vorteil,
daß er sich als fester Stoff leicht dosieren läßt.
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Die Menge der Schwefeloxyd:ationsprodukte unterliegt keiner Maximalgrenze.
Geringe Mengen genügen schon, um die gewünschte Haftung zu erhalten. Bei einem Glühlampenkolben
mit einem Durchmesser von 6o mm und einer Oberfläche von etwa ioo cm2 z. B. genügt
die Verbrennung von io mg Schwefel. Falls Schwefelverbindungen verwendet werden,
muß wenigstens eine Menge gewählt werden, die eine entsprechende Menge an Oxydationsprodukten
liefert.
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Die Verbrennung von Magnesiumsulfid zur gleichzeitigen Durchführung
der Behandlung der Glasoberfläche mit Schwefeloxydationsprodukten und des Awfdampfens
von Magnesiumoxyd führt nicht das gewünschte Ergebnis. herbei.
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Bei der Herstellung von Glühlampen ist es manchmal erwünscht, nach
der Behandlung gemäß der Erfindung noch während gewisser Zeit zu erwärmen, z. B.
auf 300°, um zurückgebliebenen Schwefel und flüchtige Reaktionsprodukte desselben
weitgehend zu entfernen und somit Korrosion des Glühkörpers zu verhüten.
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Das Magnesiumoxyd kann nicht nur durch Verbrennung des Magnesiums
sondern auch durch Verbrennung von Legierungen des Magnesiums mit anderen Metallen,
z. B. Lithium, Aluminium, .Silicium, Kupfer, Zink, Zinn, Cobalt, Nickel oder Antimon,
auf das Glas aufgedampft werden. Eine genügende Brennbarkeit erfordert jedoch im
allgemeinen, daß die Legierung außer dem Magnesium nicht mehr als etwa io Gewichtsprozent
anderer Legierungsbestandteile enthält. Folgende Legierungen sind z. B. verwendbar:
9o Mg + io Al, 95 Mg + 5 Si, 95 Mg + 5 Zn, 90 Mg + 5 Al + 5 Si, 95 Mg +5
Ca, 8o Mg + ioAl+ ioCu.
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Die Menge von Mg, die zum Erzielen der maximalen Lichtstreuung bei
minimaler Lichtabsorption erdomderlich ist, ist gewissermaßen von dem Abstand der
zu überziehenden Oberfläche beim Verbrennen des Magnesiums abhängig. Erfolgt die
Verbrennung in einem Glaskolben mit einem Durchmesser von 6o mm; sö ist etwa 300
mg Magnesium erforderlich, um eine Schicht zu erzielen, durch die der Glühkörper
der Glülampe nicht hindurchschimmert. - Die Lichtäb,sorption beträgt in diesem Fall
etwa 2o %.
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Vorzugsweise werden gemäß der Erfindung vorher durch Ätzen lichtstreuend
gemachte Glasoberflächen verwendet. Auf diese Weise wird die Tatsache, daß durch
das Ätzen praktisch ohne Zunahme der Lichtabsorption bereits eine wesentliche Lichtstreuung
herbeigeführt wird, zweckdienlich ausgenutzt. Durch die Kombination mit einer verhältnisimäßi.g
dünnen, also wenig Licht absorbierenden Magnesiumoxydschirht nach der Erfindung
wird dann bei sehr geringer Lichtabsorption eine Lichtstreuung erzielt, bei welcher
der Glühkörper einer Glühlampe nicht mehr hindurchschimmert. Auf diese Weise hat
es sich sogar als möglich erwiesen, bei Verbrennung von i5o mg Magnesium in einem.
Kolben mit einem Durchmesser von 6o mm die Gesamtlichtabsorption auf 6 bis 7 0/
o zu beschränken.
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Die Verbrennung des Magnesiums oder der Magnesiumlegierung und gegebenenfalls
der bei Verbrennung Oxydationsprodukte von Schwefel bildenden Stoffe kann in einem
Behälter aus Quarz, Wolfram, Tantäl, Chromeisen oder ähnlichen hitzebeständigen
Materialien durchgeführt werden. Bei der Durchführung des Verfahrens wird der B@-hülter
in
den Glühlampenkol.ben hineingeführt, und die Verbrennung kann durch Erwärmung, vorzugsweise
durch elektrische Zündung z. B. eines Glühfadens, eines Kohlebogens, durch Hochfrequenzerhitzung
oder, falls ein Metallbehälter verwendet wird, durch Stromdurchführung eingeleitet
werden.
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Hinsichtlich der Haftung und der Lichtstreuung kann das beschriebene
Verfahren Schichten ergeben, die wenigstens äquivalent mit Schichten sind, die durch
Verbrennung organischer Siliciumverbindungen erhalten sind oder sogar eine noch
etwas geringere Lichtabsorption als diese aufweisen. Außerdem sind die Schichten
nach der Erfindung in Luft besser haltbar.
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Die durch das Verfahren nach der Erfindung erzielte verbesserte Haftung
der Schicht hängt anscheinend zusammen mit der Bildung von Sulfiten und/oder Sulfaten
von Alkali und Erdalkalimetallen, die einen Bestandteil des Glases bilden. Es ergibt
sich z. B., daß beim Verfahren nach der Erfindung eine Quarzoberfläche, die also
keine alkalischen Bestandteile enthält und die auf die beschriebene Weise mit einer
MgO-Schicht versehen wird, keine Verbesaerung der Haftung herbeigeführt. Ein weiterer
Hinweis auf den mutmaßlichen Zusammenhang zwischen der Haftung und dem Vorhandensein
der vorerwähnten Salze ist der, daß Glasgegenstände, die auf bekannte Weise zur
Verbesserung der chemischen Widerstandsfähigkeit der Oberfläche der Wirkung von
Verbrennungsprodukten von Schwefel oder Schwefelverbindungen ausgesetzt und darauf
wie üblich gewaschen sind und die somit eine von diesen Salzen freie Oberfläche
haben, auch keine verbesserte Haftung aufweisen.
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Die Zeichnung zeigt im Schnitt zwei Ausführungsformen, die beispielsweise
bei der Durchführung der Erfindung verwendbar sind.
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In Fig. i bezeichnet i eine Stativplatte mit einer vorstehenden Fassung
2, auf die ein Glüh.lampenkolben 3 paßt. Durch eine Öffnung in der Fassung 2 ist
ein Rohr 4 für die Zufuhr von Sauerstoff und/oder Luft zur Verbrennung von Magnesium
und Schwefel hindurchgeführt. Dieses Rohr kann auch für die Zufuhr von Schwefeldioxyd
oder anderen Gasen verwendet werden, die Oxydationsprodukte von Schwefel liefern
können. Bezugsziffern 5 und 6 bezeichnen zwei isolierte Stromzuführungen, auf denen
ein Behälter aus Wolfram 7 angebracht ist. In :diesem Behälter, der durch Stromdurchführung
erhitzt werden kann, kann das Magnesium und gegebenenfalls :der Schwefel gezündet
werden. . Fi:g. 2 zeigt eine Abart der Einrichtung; Bezugsziffer i bezeichnet wieder
die Stativplatte, 2 die Kolbenfassung, 3 den Kolben und 4 das Zuführungsrohr für
:die erforderlichen Gase. Durch die Öffnung der Stativplatte ist in .diesem Falle
eine Fassung 8 hindurchgeführt, auf der der in diesem Falle aus Quarz bestehende
Behälter g angebracht ist. In diesem Behälter befindet sich eine Chromeisenplatte
io. Schließlich bezeichnet ii eine Spule zum Zünden von Magnesium und Schwefel im
Behälter g durch Hochfrequenzerhitzung.