NL8000298A

NL8000298A - Lamp voorzien van een lampvat uit kwartsglas, kwartsglas en werkwijze voor het bereiden van kwartsglas.

Info

Publication number: NL8000298A
Application number: NL8000298A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1980-01-17
Filing date: 1980-01-17
Publication date: 1981-08-17
Also published as: EP0032763B1; JPS5946899B2; CA1143384A; EP0032763A3; EP0032763A2; BR8100199A; US4361779A; DE3160229D1; JPS56104745A

Description

* 9 ^ \ * * PHN 9663 1 N.V. Philips* Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

"Lamp voorzien van een lampvat uit kwartsglas, kwartsglas en werkwijze voor het bereiden van kwartsglas.”

De uitvinding heeft betrekking op een lamp voorzien van een lampvat uit kwartsglas, op kwartsglas en op een werkwijze voor het bereiden van kwartsglas.

Verschillende typen lampen zijn voorzien van een 5 lampvat uit kwartsglas. Dergelijke lampvaten worden over • het algemeen toegepast wanneer bij gebruik van de lamp het lampvat aan hoge temperaturen (bijvoorbeeld boven 400°C) wordt bloot gesteld. Voorbeelden van dergelijke lampen zijn kwikdampontladingslampen, halogeengloeilampen en dergelijke.

10 Lampen zenden bij gebruik elektromagnetische straling uit. In praktijk is het vaak gewenst een gedeelte van deze straling tegen te houden. Dit kan gewenst zijn omdat het emissiespectrum van de lamp gevaarlijke straling omvat zoals Ultraviolette (UV) straling met korte golflengten of omdat 15 de lamp een bepaalde kleur licht moet uitstralen. Om een gedeelte van de straling tegen te houden kan men een selectief werkend filter toepassen.

Een eenvoudiger oplossing zou daarin bestaan dat men het lampvat uit een kwartsglas vervaardigt dat selectief 20 een gedeelte van het emissiespectrum van de lamp tegenhoudt (absorbeert).

Uit E.V. Klimashina et al, "Effect of small additions of some elements on the spectral properties of vitreous silica", Sovj. J. Glass Physics & Chem., 1975» 1(2), 25 biz. 144-148, is het bekend dat het toevoegen van 0-0,2$ ΟβΟ^ aan kwarts het kwarts UV absorberend maakt en het toevoegen van 0-0,2$ Eu^O^ het glas geel maakt. Verder is aangegeven, dat toevoegen van meer dan 0,2$ Ce02 of van meer dan 0,2$ Eu^O^ het glas"macrononuniform"maakt. Voor 30 vele toepassingen verkrijgt men door toevoegen van 0,2$

CeOg, of Eu^O^ een onvoldoende absorptie.

De uitvinding voorziet in een lamp met een lampvat, dat vervaardigd is uit een kwartsglas dat de gewenste mate 80 0 0 2 98.............."............

> 5\ » PHN 9663 2 van absorptie vertoont.

De lamp volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat het kwarts-glas waaruit het lampvat is vervaardigd 0,1 tot 3,0 gew.% alkali-oxyde, 0,2 tot 5,0 gew.% zeldzame aardoxyde en 0 tot 0,5 gew.% aardalkalioxyde 5 bevat.

Het kwartsglas volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat het 0,1 tot 3,0 gew.% alkali-oxyde, 0,2 tot 5,0 gew.% zeldzame aardoxyde en 0 tot 0,5 gew.% aardalkalioxyden bevat.

De uitvinding berust op het verrassende inzicht dat de oplosbaar-10 heid van de zeldzame aardoxyde in kwartsglas door toevoeging van een geringe hoeveelheid alkali-oxyde kan worden verhoogd. Door het gelijktijdig toevoegen van een zeldzame aardoxyde en een alkali-oxyde verkrijgt men ook bij concentraties zeldzame aardoxyde van meer dan 0,2 gew.% heldere glazen. Verder is gebleken dat de absorptie-eigenschappen van het 15 kwartsglas mede bepaald worden door de toegevoegde hoeveelheid alkali-oxyde. Toevoegen van aardalkali-oxyden verbetert de eigenschappen van het glas (verhogen van de stabilitiet) en de smelteigenschappen (minder bellen). De absorptie-eigenschappen worden eveneens door het toegevoegde aardalkali-oxyde beïnvloed.

20 Halogeengloeilampen voor auto’s die aan de in Frankrijk geldende eisen moeten voldoen (geel licht) zijn volgens de uitvinding bij voorkeur voorzien van een lampvat dat is vervaardigd uit een kwartsglas dat 1 tot 3,0 gew.% alkali-oxyde, 1 tot 3,5 gew.% europiumoxyde en 0 tot 0,5 gew.% aardalkali-oxyde bevat.

25 Kwikdampontladingslampen, die men wel om gezondheidsredenen of vanwege hun kosmetische werking (bruin worden van de hiud) gebruikt zijn bij voorkeur voorzien van een lampvat, dat uit een kwartsglas is vervaardigd dat 0,2 tot 1,0 gew.% praseodymiumoxyde en 0 tot 0,5 gew.% aardalkali-oxyde bevat. Een dergelijk kwartsglas absorbeert de voor de 30 mens schadelijke UV straling met een golflengte van 253 nm en korter (bij de van belang zijnde temperatuur van ongeveer 400-600°C) volledig.

Met kwartsglas wordt in deze beschrijving in de voorbeelden en in de conclusies steeds een glas bedoelt dat meer dan 90 gew.% 5102 bevat. Alle percentages zijn steeds berekend op grond van de toegepaste hoe-35 veelheid grondstoffen.

De uitvinding heeft betrekking op lampvaten uit kwartsglas en op kwartsglas dat 0,1 tot 3,0 gew.% alkali-oxyde, 0,2 tot 5,0 gew.% zeldzame aardoxyde en 0 tot0,5 gew.% aardalkali-oxyde bevat. Als 8000298 PHN 9663 3 . . \ zeldzame aardoxyden komen de oxyden van alle zeldzame aarden in aanmerking; in het bijzonder echter de oxyden van cerium (Ce), europium (Eu), gadolinium (Gd), praseodymium (Pr) en terbium (Tb).

Het kwartsglas volgens de uitvinding kan men volgens iedere ge-5 schikte werkwijze bereiden. Bijzonder goed voldoet de werkwijze volgens het Amerikaans octrooischrift 3764286. Volgens deze werkwijze worden de grondstoffen onder een atmosfeer van waterstofgas gesmolten. Door deze verwijzing wordt deze literatuurplaats geacht hierin te zijn opgenomen.

10 De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van een figuur: fig. 1 geeft de absorptiekrommen bij 20°C weer van verschillende glazen volgens de uitvinding (nrs. 1,2 en 3) en van vergelijkbare glazen.

(nrs I t/m VII); fig. 2 geeft bij verschillende temperaturen de absorptie krommen weer 15 van de glazen VII, 1, 2 en 3 uit fig. 1; fig. 3 geeft de absorptiekrommen bij 20°C weer van de glazen VIII t/m XII, van de glazen 4 en 5 volgens de uitvinding en van kwartsglas (Q); fig. 4 geeft bij verschillende temperaturen de absorptiekrommen weer van de glazen 4 en 5; 20 fig.5 geeft een geschikte lamp volgens de uitvinding weer (een duplo halogeengloeilamp voor auto’s) en fig. 6 geeft een geschikte kwikdampontladingslamp volgens de uitvinding weer.

In de figuren 1 t/m 4 zijn steeds langs de horizontale as de 25 golflengte in nm en langs de vertikale as de procentuele transmissie (SST) aangegeven van monsters met een dikte van 1,5 mm. De transmissie is gecorrigeerd voor reflecties. De nummers zoals aangegeven in de figuren 1 t/m 4 hebben betrekking op de glazen zoals aangegeven in de hieronder volgende tabellen A en B.

30 In fig. 5 is een halogeen duplo gloeilamp voor automobielen weergegeven. De lamp is voorzien van een lampvat uit kwartsglas volgens conclusie 2. Deze lamp is geschikt voor de franse markt. Met 2 zijn de beide gloeispiralen aangegeven, die onafhankelijk van elkaar kunnen gloeien. Verder is de lamp voorzien van een drager 3, metaalbandjes 4 35 voor de stroomdoorvoer, een kneepafdichting 5, stroomtoevoerpennen 6 en een reflectiescherm 7.

In fig. 6 is een kwikdampontladingslamp weergegeven met een lampvat 21 uit kwartsglas volgens conclusie 3 . De lamp is verder voor- 6000298 ·* Λ ΡΗΝ 9663 4 zien van (spiraal) elektroden 22, een hulpelektrode 23, metaalbandjes 24 voor de stroomdooevoer, een kneepafdichting 25 en stroomtoevoerpennen 26.

Uiteraard is de uitvinding niet beperkt tot de in de fig. 4 en 5 weergegeven uitvoeringsvormen van halogeengloeilampen en kwikdampont-5 ladingslampen. Bovendien is de uitvinding ook gericht op andere soorten lampen, voor zover zij zijn voorzien van een lampvat uit kwartsglas volgens de uitvinding.

Het kwartsglas volgens de uitvinding kan worden toegepast voor het vervaardigen van lampvaten, filters e.d.

10 De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van enkele voorbeelden.

Voorbeeld I heeft betrekking op kwartsglazen die bevatten, voor beeld II op kwartsglazen die P^Oj bevatten.

Voorbeeld Is

In een hoogfrequentie oven werd fijn gemalen, gezuiverd berg-15 kristal (SiC^) in een molybdeen kroes onder een waterstofgasatmosfeer samengesmolten met de vereiste hoeveelheid alkali-oxyde, zeldzame aard-oxyde en eventueel aardalkali-oxyde. Het alkali-oxyde en aardalkali-oxyde werden toegevoegd in de vorm van een reeds te voren bereid glaspoeder uit alkali-oxyde, siliciumoxyde en aardalkali-oxyde. Er werden 20 propjes samengesmolten met een diameter van ongeveer 20 mm en een dikte van ongeveer 1,5 mm.

De transmissieeigenschappen van de propjes werd met een specto- fotometer bepaald, gecorrigeerd voor reflecties en omgerekend naar 1,5 mm.

De verzadigingsgraad en de dominante golflengte werd uit de gecorrigeerde 25 spectra berekend. De verzadigingsgraad en de dominante golflengte zijn uit de optika bekende begrippen (verwezen kan worden naar: C.R. Bamford,

Colour generation and control in glass, Elsevier, 1977, biz. 22 en 23).

Glas voor franse autolampen moet een dominante golflengte tussen o o 5750A en 5850A, een doorlating (transmissie) van meer dan 84,8¾ en een 30 verzadigingsgraad van 0,85 tot 0,98 bezitten. De verzadigingsgraad hangt af van de dikte van het glas. Om praktische redenen past men bij het vervaardigen van halogeengloeilampen voor auto's bij voorkeur diktes van maximaal 1,8 mm toe.

Bij gebruik bedraagt de temperatuur van het lampvat van derge-35 lijke halogeengloeilampen ongeveer 400-600°C. Zoals men uit de figuren en uit de hieronder volgende tabel 2 kan zien wordt de transmissie door de temperatuur beïnvloed. Bij de beoordeling van de verschillende glazen ... moet men dus de absorptie waarden bij hoge temperaturen betrekken.

8000290 -3 ' - ' 4 * PHN 9663 5

In de hieronder volgende tabel A is de samenstelling van de glazen I t/m VII (ter vergelijking) en van de glazen 1 t/m 3 (volgens de uitvinding) aangegeven. In fig. 1 vindt men de absorptiekrommen (bij 20°C) van deze glazen. Glas III met 2,85 gew.% Eu^ was troebel. In δ fig. 2 is de absorptiekromme van de glazen VII, 1, 2 en 3 bij verschillende temperatuur aangegeven. Alle glazen (d.w.z. I t/m VII en 1 t/m 3) bezaten een dominante golflengte die bij alle gemeten temperaturen binnen het hierboven aangegeven gebied van 5750% tot 5850A lagen.

In de hieronder volgende tabel B zijn de maximale dikte d (in mm) 10 voor het bereiken van een transmissie (D) van meer dan 84,8% en de minimale dikte d (in mm) voor het berieken van verzadigingsgraad (P) van meer dan 0,85 aangegeven.

Wanneer men als eis stelt dat de wanddikte niet meer dan 1,8 mm mag bedragen voldoen slechts de glazen 1, 2 en 3 volgens de uitvinding 15 aan de gestelde eisen.

Tabel A

20 ___________

Glas No. Eu20-j f^O MgO Si02

Gew. % Gew. % Gew. % Gew. % I 0,58 - - 99,42 II 1,44 — - 98,56 III 2,85 - - 97,15 IV 0,57 0,73 - 98,70 V 1,41 0,73 - 97,86 VI 2,78 0,73 - 96,49 9fl VII 0,55 1,50 - 97,95 1 1,37 1,50 - 97,13 2 2,70 1,50 - 95,80 3 2,90 1,40 0,29 95,41 1 8000298 ' ” - 1 PHN 9663 6 ♦' *

Tabel B

5 --——-—.......— —-----

Glas No. Temp. transm. Maximale Minimale meting (°C) dikte d (mm) dikte d (mm)

voor D voor P

>84,8¾ >0,85 10 I 20 - 5,3 II 20 3,6 2,35 III 20 troebel preparaat; Eu-0, niet op- gelost IV 20 14,96 8,96 15 V 20 11,60 2,70 VI 20 2,32 1,0 VII 20 5,3 2,75 200 4,55 2,45 400 3,20 2,1 20 600 2,75 1,85 1 20 3,3 1,85 200 2,56 1,6 400 1,92 1,4 600 1,56 1,25 25 2 20 3,5 0,72 200 2,6 0,57 400 1,25 0,47 600 0,90 0,45 3 20 4,70 0,95 30 200 2,70 0,77 400 1.85 0,68 600 1,30 0,62

Voorbeeld II: 35 Op dezelfde wijze als aangegeven bij voorbeeld I werden glazen samengesmolten met een samenstelling zoals aangegeven in tabel C.

8000298 . -PHN 9663 7

Tabel C

5 Glas No. PrCL K?0 BaO A1?0, SiO_

Gew.% Gew.S Gew.55 Gew.5 Gew.% VIII 0,11 - - - 99,89 IX 0,27 - - - 99,73 10 X 0,11 0,145 0,04 0,015 99,69 XI 0,27 0,145 0,04 0,015 99,53 4 0,54 0,145 0,04 0,015 99,26 5 0,54 0,29 0,08 0,03 99,06 XII 1,08 0,58 0,16 0,06 98,12 15 _;____________

De absorptiekrommen van de glazen volgens tabel C vindt men. in fig. 3 (bij 20°C) en in fig. 4 (bij verschillende temperaturen).Voor kudkdampontladingslampen stelt men wel als eis, dat deze bij de toege-20 paste bedrijfs-temperatuur van het glas (400-600°C) geen UV licht met een golflengte van 253 nm of korter mogen afgeven. De glazen 4 en 5 volgens de uitvinding voldoen aan deze eis; de glazen VIII, X en XI voldoen niet aan deze eis of laten lieht met langere golflengtes onvoldoende door (glazen IX en XII).

25 30 1 8000298

Claims

1. Lamp voorzien van een lampvat uit kwartsglas, met het kenmerk, dat het kwartsglas 0,1 tot 3,0 gew.?ó alkalioxyde, 0,2 tot 3,0 geu/.% zeldzame aardoxyde en 0 tot 0,3 gew.% aardalkali-oxyde bevat.

2. Lamp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het ku/artsglas 5. tot 3,0 gew.?ó alkalioxyde, 1 tot 3,5 geu/.% europiumoxyde en 0 tot 0,5 gew.% aardalkalioxyde bevat.

3. Lamp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het ku/artsglas 0,2 tot 1,0 gew.% alkali-oxyde, 0,2 tot 0,4 gew.% praseodymiumoxyde en 0 tot 0,5 gew.% aardalkalioxyde bevat.

3 i ς. V PHN 9663 8

4. Ku/artsglas, met het kenmerk, dat het 0,1 tot 3,0 geu/.% alkalioxyde, 0,2 tot 5,0 gew.% van zeldzame aardoxyde en 0 tot 0,5 geu/.% aardalkalioxyde bevat.

5. Ku/artsglas volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het 1 tot 3.0 gew.% alkalioxyde, 1 tot 3,5 gew.% europiumoxyde em 0 tot 0,5 gew.% 15 aardalkalioxyde bevat.

6. Ku/artsglas volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het 0,2 tot 1.0 geu/.% alkalioxyde, 0,2 tot 0,4 gew.% praseodymiumoxyde, en 0 tot 0,5 gew.% aardalkali-oxyde bevat.

7. Werku/ijze voor het bereiden van een ku/artsglas volgens conclusie 20 4, 5 of 6 door het samensmelten van grondstoffen onder een waterstofgas atmosfeer. 25 30 1 8000298