NL8006179A - Metaalhalogenide bevattende lamp. - Google Patents

Description

*

S 2348-1106 P & C

Metaalhalogenide bevattende lamp.

De uitvinding heeft betrekking op ontladingslampen van het metaal-halogenidetype van hoge intensiteit, waarin de vulling gevormd wordt door kwik en licht-emitterende metalen in de vorm van halogeniden; in deze 5 lampen wordt een metaal met een geringere uittrede-arbeid dan wolfram toegepast, bijvoorbeeld thorium, in combinatie met een transportcyclus voor de electrode-activering; de uitvinding is in het bijzonder geschikt voor lampen die natrium-, scandium- en thoriumjodide bevatten.

De ontwikkeling van metaalhalogenidelampen begon met het opnemen 10 in de hogedruk-kwiklamp van de halogeniden van verschillende licht-emitterende metalen teneinde de kleur te modificeren en de bedrijfsdoelmatig-heid te verhogen, zoals voorgesteld in het Amerikaanse octrooischrift 3.234.421. Sinds deze ontwikkeling zijn metaalhalogenidelampen.. commercieel geschikt geworden voor algemene verlichtingsdoeleinden; hun constructie 15 en wijze van werking worden beschreven in "IES Lighting Handbook", 5e druk, 1972, gepubliceerd door de "Illuminating Engineering Society", bladzijden 8-34.

De licht-emitterende metalen waaraan volgens het bovengenoemde Amerikaanse octrooischrift 3.234.421 de voorkeur wordt gegeven om aan de vul-20 ling van de boogbuis te worden toegevoegd, zijn natrium, thallium en indium in de vorm van de jodiden. Deze combinatie heeft het voordeel dat aan de lamp een ontsteekspanning wordt verleend die bijna zo laag is als van een kwikdamplamp, waardoor de onderlinge verwisselbaarheid van metaalhalogenidelampen en kwiklampen in dezelfde houders mogelijk gemaakt wordt. 25 Volgens het latere Amerikaanse octrooischrift 3.407.327 worden als toegevoegde metalen natrium, scandium en thorium voorgesteld; deze vulling verdient tegenwoordig de voorkeur omdat het licht van een enigszins betere spectraalkwaliteit geeft. Ongelukkigerwijs brengt deze toevoeging een hogere onsteekspanning met zich mee, zodat de lamp in het algemeen niet 30 verwisselbaar is met kwikdamplampen.

In de eerste thallium bevattende metaalhalogenidelampen bestonden de gebruikte electroden uit spiralen van wolfram die in de windingen thoriumoxide droegen. Aangenomen wordt dat in de bedrijfstoestand het thoriumoxide in geringe mate ontleedt en vrij thorium afgeeft onder vorming 35 van een monolaag met verminderde activiteit en sterkere emissie. Ongelukkigerwijs kan deze kathode niet toegepast worden in een scandium bevattende lamp, omdat het Scl^ wordt omgezet in ^2©^/ hetgeen in betrekkelijk korte tijd leidt tot verlies van praktisch al het scandium. In plaats daarvan gebruikt men een thorium-wolframelectrode die wordt gevormd door het laten 40 werken van een wolframkathode, in het algemeen een wolramstaaf, waaromheen een wolframspiraal is gewikkeld die als warmte-radiator dienst doet, in een - 2 - thoriumjodide bevattende atmosfeer. Onder de juiste omstandigheden krijgt de staaf op het verste uiteinde een thoriumvlek die een goed materiaal voor het emitteren van electronen is en continu aangevuld wordt door een transport-cyclus waarbij het aanwezige halogeen het volgens ieder proces verloren ge-5 gane thorium naar de kathode terugvoert. De thorium-wolframelectrode en de werking van deze electrode worden beschreven in "Electric Discharge Lamps" door John F. Waymouth, 1971, hoofdstuk 9 (M.I.T. Press).

Gebleken is nu dat de juiste werking van de. thorium-transport cyclus ... onderdrukt wordt wanneer overmaat jodium aanwezig is. In een koele lamp 10 van kamertemperatuur is de overmaat jodium aanwezig als Hgl^. Wanneer de lamp in bedrijf is, ontleedt dit mercurijodide en reageert het vrije jodium bij de electrode met het thorium. De thoriumconcentratie bij het uiteinde van de electrode wordt bepaald door het onderstaande evenwicht:

Th(c) + 41(g) ^ 7^ Thl4(g) 15 Bij aanwezigheid van hoge jodiumconcentraties overheerst de reactie naar rechts, met andere woorden de vorming van Thl^ wordt hierbij bevorderd.

Bij voldoend hoge jodiumconcentraties wordt in het geheel geen thorium op de electrode afgezet en het resultaat is een electrode met grote uittrede-arbeid. De electrode dient dan bij hogere temperatuur te werken om de boog-20 stroom te onderhouden, en dit brengt een geringere doelmatigheid met zich mee die het meest merkbaar is bij kleine lampen. De hogere temperatuur veroorzaakt zwartworden van de lamp tengevolge van verdamping van wolfram, en het resultaat is een lamp met een slechte houdbaarheid.

Volgens een werkwijze voor het vervaardigen van dit type lampen, 25 brengt men kwik als vloeistof en de jodiden van Nal, Scl^ en Thl^in de vorm van korrels in de lamp. Bij deze werkwijze is het praktisch onvermijdelijk dat enige hydrolyse optreedt tengevolge van absorptie van vocht uit de atmosfeer door de korrels wanneer deze naar de lamp worden overgebracht. Het metaalhalogenide, dat gevormd wordt door NaljScl^ en Thl^, is buitengewoon hygroscopisch en zelfs een zeer gering vochtgehalte leidt tot enige hydrolyse. De hydrolyse leidt tot de omzetting van het metaalhalogenide in oxide, waarbij Hl ontstaat, bijvoorbeeld:

2ScI3 + 3H20-> Sc203 + 6HI

Het Hl reageert met kwik onder vorming van Hgl„, dat bij hoge tempe-35 raturen betrekkelijk instabiel is, en wanneer de lamp opwarmt ontleedt het Hgl2 waarbij vrij jodium ontstaat. Enige overmaat jodium wordt vaak ook aangetroffen in de materialen die in de lamp worden gebracht, mogelijk als nevenprodukt van de synthese van deze materialen. Het resultaat is een lamp die vanaf het begin vaak overmaat jodium bevat.

40 8 0 06 17 9 .-3- * -

Bij een andere werkwijze ter vervaardiging van lampen, worden een deel van het kwik en de halogeencomponent van de charge in de vorm van Hgl^ binnen de omhulling van de lamp gebracht en worden scandium en thorium als elementen toegevoegd. Door de verhouding tussen Hg en Hgl^ te variëren, 5 kan de hoeveelheid jodium ten opzichte van het aanwezige Sc of Th sub-stoechiometrisch worden gemaakt, in welk geval de lamp zijn levensduur zonder overmaat jodium begint. Aanvraagster is echter gebleken dat een langzame reactie tussen scandiumjodide en thoriumjodide en de boogbuis van door smelten verkregen siliciumoxide optreedt, waarbij geleidelijk jodium 10 vrijkomt tijdens de levensduur van de lamp. Naarmate de concentratie aan vrij jodium toeneemt, wordt een punt bereikt waarbij in het geheel geen thorium meer op de electrode wordt afgezet, en het resultaat is een electrode met grote uittrede-arbeid. Ongeacht volgens, welke werkwijze de bekende lampen vervaardigd zijn en zelfs wanneer ze hun levensduur beginnen 15 zonder overmaat jodium, ontstaat dus in deze lampen uiteindelijk een toestand van overmaat jodium die de doelmatigheid van de lamp vermindert en leidt tot een versnelde zwarting en vermindering van de lichtstroom.

De uitvinding verschaft derhalve een beheersing van de overmaat jodium tijdens de volledigde levensduur van de lamp, zodat de lamp een grotere 20 doelmatigheid, een betere houdbaarheid en een langere bruikbare levensduur bezit.

Volgens de uitvinding verschadt men in een thorium bevattende metaal-halogenide-ont ladings lamp één of meer van de metalen Cu, Ag, In, Pb, Cd,

Zn, Mn, Sn en Tl als vangstof ("getter"). Deze metalen kunnen geschikt aan 25 de lampvulling worden toegevoegd voor het verminderen van de concentratie aan vrij jodium in de lampatmosfeer tijdens het in bedrijf zijn van de lamp. Hierdoor is afzetting van thorium op het uiteinde van de electrode tijdens het in bedrijf zijn van de lamp gewaarborgd en worden de werking en de houdbaarheid van de lamp verbeterd.

30 Van de bovengenoemde elementen verdienen cadmium en zink de voorkeur als vangstoffen ("getters") wegens het gemak waarmee ze aan de lampvulling kunnen worden toegevoegd en omdat iedere door deze elementen veroorzaakte verandering in de spectrale emissie leidt tot een gewenste lagere kleur-temperatuur. De gewenste hoeveelheid vangstof ("getter") hangt ten dele af 35 van de werkwijze volgens welke de lamp is vervaardigd, zoals hieronder nader uiteen zal worden gezet.

In de tekeningen is figuur 1 een grafische voorstelling van de vrije energie van de vorming van verschillende metaaljodiden.

Figuur 2 is een zij-aanzicht van een metaalhalogenide bevattende 40 boog-ontladingslamp volgens de uitvinding.

- 4 -

Figuur 3 toont een metaalhalogenide bevattende miniatuur-booglamp waarin de uitvinding kan zijn belichaamd.

De uitvinding berust op de toevoeging aan de lampvulling van een vangstof of "getter" voor overmaat halogeen; om met succes te kunnen worden 5 toegepast moet deze vangstof aan bepaalde voorwaarden voldoen.

Voorwaarden voor een met succes toe te passen vangstof of "getter".

1) De vangstof moet de druk van vrij halogeen bij de electrode in de in bedrijf zijnde lamp doelmatig verlagen. Wanneer als halogeen jodium wordt gebruikt, zijn de enige metalen die dit kunnen, die welke jodiden met een 10 grotere stabiliteit dan Hgl^ vormen en derhalve de vorming vain Hgl^ voorkomen. Ter vermijding van eventuele ongewenste veranderingen in de chemie van de in de lamp gebrachte materialen, dient de vangstof of "getter" jodiden te vormen die een geringere stabiliteit bezitten dan de jodiden van de licht-emitterende metalen in de lamp, bijvoorbeeld natrium, scandium en 15 thorium. Thermodynamisch uitgedrukt betekent dit dat de vrije energie van de vorming van het jodide van de vangstof sterker negatief dient te zijn dan de vrije energie van de vorming van Hgl2, maar minder sterk negatief dan de vrije energie van de vorming van Thl^, de minst negatieve component van de vulling. Figuur 1 toont bepaalde metalen die aan deze eisen voldoen; de vrije 20 energie van de vorming van een jodiden valt in het gearceerde gebied tussen Hgl^ en Thl^ over het bedrijfstemperatuurtraject van de lamp. Deze metalen zijn Cu, Ag, In, Pb, Cd, Zn, Mn, Sn en Tl. Indien de vulling van de lamp andere halogeniden dan jodiden bevat, bijvoorbeeld bromiden, veranderen de relatieve stabiliteiten in het algemeen niet zodat dezelfde keuze van vang-25 stoffen ("getters") beschikbaar is.

2) De vangstof dient niet te reageren met SiO^ waaruit de boogbuis van kwarts of door smelten verkregen siliciumoxide bestaat. In het verleden uitgevoerde pogingen het probleem van de overmaat jodium op te lossen door 30 toevoeging van scandium of thorium in overmaat ten opzichte van jodium in de lampvulling, hadden aanvankelijk succes. Uiteindelijk faalt deze poging echter en aanvraagster is gebleken dat de reden hiervoor is dat de overmaat· scandium of thorium betrekkelijk snel verwijderd wordt door omzetting met het door smelten verkregen siliciumoxide. Volgens de uitvinding wordt dit 35 vermeden door een als vangstof werkzaam metaal te verschaffen dat niet reageert met door smelten verkregen siliciumoxide; dit waarborgt beheersing van het jodium tijdens de gehele levensduur van de lamp.

Evenals bij de bekende lampen blijft in lampen volgens de uitvinding een langzame reactie van Thl4 en Scl^ met SiC>2 van de boogbuis optreden, 40 waardoor jodium.en silicium worden vrijgemaakt. Bij de bekende lampen zou de overmaat scandium of thorium met het vrijgekomen jodium kunnen reageren.

8 0 06 1 7 9 J τ* - 5 -

Zoals eerder vermeld, worden scandium en thorium echter betrekkelijk snel uitgeput. Na deze uitputting reageert het silicium met overmaat jodium onder vorming van Sil^. De aanwezigheid van siliciumtetrajodide leidt tot een transportcyclus waarbij silicium op de electrode wordt afgezet als een 5 gesmolten film waarin wolfram kennelijk in geringe mate oplost onder vorming van wolframsilicide. De oplossing van wolfram in een siliciumfilm kan drastische veranderingen in de afmetingen van de electrode geven (zoals opgemerkt op blz. 249 van "Electric Discharge Lamps" door J.F. Waymouth (1971))' en:de werkwijze als geheel veroorzaakt achteruitgang van de lamp.

10 De thermodynamische. stabiliteit van Sil4 is soortgelijk aan die van Hgl^, en beide verbindingen kunnen samen aanwezig zijn in een lamp die overmaat jodium bevat. Een vangstof ("getter") volgens de uitvinding voorkomt de vorming van Sil^, en behalve dat deze vangstof de vorming van Hgl^ voorkomt, onderdrukt hij daardoor het siliciumtransport. De metalen die hier-15 boven onder voorwaarde 1 zijn genoemd, voldoen ook aan deze voorwaarde.

Bij voorkeur toegepaste vangstoffen.

Van de bovengenoemde metalen die volgens de voorwaarden van de uitvinding geschikt zijn als vangstoffen, wordt de voorkeur gegeven aan cadmium en zink, en wel om de volgende redenen: 20 Het als vangstof dienende metaal, ongeacht of dit als metaal of als metaaljodide aanwezig is, oefent enige dampdruk uit in de ontladingsruimte en neemt aan de ontlading deel, waarbij het zijn eigen spectraallijnen ontwikkelt. Cd en Zn bezitten sterke lijnen in het rood, en het effect dat zij op het spectrum hebben (voor zover een dergelijk effect aanwezig is) is 25 een verschuiving naar een lagere kleurtemperatuur. Indien de vangstof een verandering in de spectrale emissie veroorzaakt, is dit dus in een gewenste richting. Opgemerkt wordt dat Cd en Zn echter niet zulke doelmatige emitterende materialen zijn als de combinatie van Na, Sc en Th, en toevoeging van een grote overmaat ten opzichte van de hoeveelheid die nodig is voor 30 de functie als vangstof zou de totale doelmatigheid van de lamp verlagen.

De vangstoffen Cd en Zn zijn beide oplosbaar in kwik in een mate die volledig adequaat is ter verschaffing van de hoeveelheid die nodig is voor de functie als vangstof door ze op te lossen in de kwikcharge van de lamp. Derhalve is geen verandering in de vervaardiging van de lamp nodig, en de 35 vangstof behoeft slechts te worden opgelost in het kwik, dat normaliter in de lamp wordt gebracht, om de uitvinding voor industriële produktie toe te passen.

Hoeveelheid van de vangstof.

De hoeveelheid vangstof die dient te worden toegepast, varieert met 40 de werkwijze die wordt toegepast voor het vervaardigen van de lamp. Af- O Λ 0 a 4 7 0 - 6 - hankelijk van deze werkwijze, kan enige vangstof als correctiemiddel vereist zijn, en ongeacht de toegepaste vervaardigingsmethode is enige vangstof gewenst als buffermiddel. Wanneer hygroscopisch materiaal, zoals Sc of Thl^ in de lamp wordt gebracht, dient vangstof als correctiemiddel te 5 worden verschaft om jodium, dat vrijkomt tengevolge van het opnemen van vocht bij het vervaardigen van de lamp, weg te vangen. Indien het thoriumgehalte van de lampvulling verschaft wordt als Thl^ (in plaats van als metalliek thorium) dient de vangstof weer als correctiemiddel verschaft te worden om het jodium weg te vangen dat- ontstaat door ontleding van Thl^ dat nodig is 10 om de afzetting van thorium op de electrode mogelijk te maken. Afgezien van het bovenstaande, wordt volgens de uitvinding enige vangstof verschaft ter verkrijging van een langdurige buffercapaciteit voor het wegvangen van jodium dat vrijkomt tijdens de levensduur van de lamp tengevolge van een reactie van het in de lamp gebrachte materiaal, in het bijzonder Scl^ en Thl^, met 15 het Si02 van de lampomhulling.

Bij de bovengenoemde eerste werkwijze, waarbij in de lamp vloeibaar kwik en de jodiden van Na, Sc en Th in de vorm van korrels worden gebracht, wordt volgens de uitvinding eerst voldoende vangstof verschaft om eventueel aanwezig jodium, dat in de lamp is vrijgekomen tengevolge van verontreini-20 gingen die tijdens de vervaardiging zijn opgenomen-’ plus het jodium dat ontstaat door ontleding van Thl^, die plaats dient te vinden opdat metalliek Th op de electrode tijdens het in bedrijf zijn van de lamp plaatsvindt, weg te vangen.De voor deze doeleinden vereiste hoeveelheid vangstof kan de correctiehoeveelheid worden genoemd, en deze hoeveelheid kan als volgt worden 25bepaald: (in het onderstaande betekent M het als vangstof gebruikte metaal en n de valentie hiervan).

Het tijdens de vervaardiging vrijgekomen jodium vormt Hgl^, en men bepaalt de hoeveelheid hiervan in de lampomhulling. De hoeveelheid vangstof M' die nodig is om hiermee te reageren, wordt bepaald door de onderstaande 30 reactievergelijking: 2 2

Hgl„ + - M->Hg + - MI

3 2 n 3 η n 2 welke hoeveelheid M' = -Hgl^(gramatomen).

De hoeveelheid vangstof die nodig is om te reageren met het jodium 22dat vrijgemaakt wordt door ontleding van de bekende charge Thl^ op de electrode, wordt bepaald door de onderstaande reactievergelijking: 4 4

ThI. + - M _λ* Th + - MI

4 η ^ η n 4 welke hoeveelheid M'' - - Thl^ (gramatomen).

De correctiehoeveelheid van de vangstof is gelijk aan de som van M' 40en M''.

8006179 i - 7 -

Bij de hierboven genoemde tweede werkwijze voor het vervaardigen van een lamp, waarbij het in de lamp gebrachte materiaal bestaat uit kwik, Hgl^, Nal, en scandium en thorium in de vorm van de elementen, kan de hoeveelheid jodium sub-stoechiometrisch worden gemaakt juist door de aanwezige hoeveel-5 heid thorium. In dit geval behoeft geen correctiehoeveelheid vangstof (M' + M'') worden toegevoegd.

Indien men in de lampen, die vervaardigd zijn volgens de eerste werkwijze, slechts de correctiehoeveelheid vangstof (M' + M'1) brengt of in 'lampen'die vervaardigd zijn volgens de tweede werkwijze, geen vangstof op-10 neemt, is het gedrag van de lamp aanvankelijk goed maar dit gedrag gaat betrekkelijk snel achteruit naarmate de lamp veroudert. Om de gewenste verbetering tijdens de gehele levensduur van de lamp te bereiken, wordt volgens de uitvinding een "bufferende" hoeveelheid vangstof toegevoegd. Deze buffer-hoeveelheid verschaft een buffercapaciteit of reservemarge die jodium, 15 dat tijdens de levensduur van de lamp vrijkomt tengevolge, van de reactie van de vulling met het door smelten verkregen siliciumoxide in de omhulling, wegvangt. De hoeveelheid vangstof die gewenst is voor een langdurige bufferwerking dient tenminste het stoechiometrische equivalent van het thorium in de lamp te zijn. Het verdient de voorkeur ongeveer 2 maal het 20 stoechiometrische equivalent toe te voegen; deze hoeveelheid is niet kritisch en in het geval van cadmium of zink heeft een aanzienlijke overmaat geen andere nadelige werking dan een geringe verlaging van de doelmatigheid. Tegelijkertijd wordt hierdoor de kleurtemperatuur verlaagd, hetgeen, afhankelijk van de beoogde toepassing van de lamp, gewenst kan zijn.

25 VOORBEELD I

De boogbuis 1 van een ontladingslamp van hoge intensiteit, waarin de uitvinding kan zijn belichaamd, is in figuur 2 weergegeven. Deze lamp bezit een vermogen van 400 Watt en is bestemd voor wisselstroom; een dergelijke boogbuis is normaliter opgesloten in een buitenmantel die de boogbuis van de 30 atmosfeer afschermt. Hij is vervaardigd uit door smelten verkregen siliciumoxide (SiO^), dat wil zeggen kwarts of kwartsachtig glas van een bekende soort. In de boogbuis zijn bij de tegenover elkaar gelegen einden ontla-dingselectroden 2,3 afgedicht aangebracht; deze electroden bezitten de toe-voerdraden 4 respectievelijk 5. Elk van deze electroden omvat een staaf-35 of schachtgedeelte dat een verlenging van de draden 4 en 5 kan zijn en bestaat uit een geschikt electrodemetaal zoals wolfram of molybdeen maar bij voorkeur het eerstgenoemde metaal. De staafgedeelten zijn omgeven door schroefvormige draden 6 respectievelijk 7 van hetzelfde materiaal. Een hulp-ont-steekelectrode 8, eveneens bij voorkeur van wolfram, is nabij de hoofd-40 electrode 3 aan het ene uiteinde van de boogbuis aanwezig en omvat het naar - 8 - binnen stekende uiteinde van een andere toevoerdraad. Iedere toevoerdraad bevat een lintvormig deel 9 van molybdeen, dat volledig in het afgedichte uiteinde van de boogbuis is ingebed. De naar buiten uitstekende delen ΙΟΙ 2 van de invoerdraden, die dienen om stroom naar de electroden te geleiden, 5 zijn gewoonlijk vervaardigd van molybdeen en kunnen met de lintvormige delen één geheel vormen.

De boogbuis bevat een ioniseerbare vulling die straling ontwikkelt, en wel kwik, natriumjodide, scandiumjodide, thoriumjodide en een inert edelgas,. zoals argon, ter vergemakkelijking van het ontsteken. De drie metaal-10 halogeniden van de charge kunnen in de vorm van zeer zuivere korrels met geregelde afmeting, die tegen atmosferische verontreiniging beschermd zijn, in de lamp gebracht worden. Het Amerikaanse octrooischrift 3.676.534 beschrijft een methode voor het bereiden van deze materialen om ze bij de vervaardiging van lampen toe te passen. Het onderste uiteinde van de ontladings-15 kamer (of beide uiteinden in het geval van een universeel brandende lamp) kan bekleed zijn met een witte, warmte-reflecterende laag 13 ter waarborging van een adequate verdamping van de charge of vulling.

De inwendige afmetingen van de hoogkamer zijn: een diameter van 20 mm 3 en een lengte van 63 mm; het volume van de kamer bedraagt 14 cm en de ruim-20 te tussen de electroden 45 mm. Het in de lamp gebrachte materiaal wordt gevormd door 60 mg kwik en 40-50 mg van de drie halogeniden in de vorm van korrels, die 10-15 gew.% Scl^, 1,0-4 gew.% Thl^ en voor de rest Nal bevatten. Bij een reeks lampen bedroeg de gewichtshoeveelheid ThI in de charge -4 -6 4 8,35 x 10 gram ofwel 1,13 x 10 mol Thl^ (1 grammolThI^= 740 g). De hoe- 25veelheid M'' Cd-metaal die nodig is om met het hierin aanwezige jodium te —6 reageren, bedraagt 2,26 x 10 gramatoom.

Nadat de lamp vervaardigd was, bedroeg de gemeten hoeveelheid Hgl„ -7 2 hierin ca. 0,25 g ofwel 5,5 x 10 mol (1 grammol. Hgl^ = 454 g) en de hoeveelheid M' Cd-metaal die nodig is om hiermee te reageren, bedraagt “7 305,5 x 10 gramatoom- De minimale hoeveelheid cadmium die volgens de voor- —6 waarde van de uitvinding nodig is, bedraagt dus M' + M" = 2,81 x 10 _ -4 gramatoom Cd. Ten opzichte van de kwikcharge van 60 mg (3 x 10 gramatoom, 1 gramatoom = 200,6 g) bedraagt volgens de normen van de uitvinding de minimale toegevoegde hoeveelheid Cd als vangstof ca. 1 at.% van de kwikcharge.

35 χη dit voorbeeld werden lampen van de bovenvermelde reeksen vervaar digd en onderzocht,welke lampen een nominale geëmitteerde lichtstroom van 34.000 lumen per 100 uren bezaten. Sommige lampen werden vervaardigd zonder vangstof en dienden als standaard, en andere lampen werden vervaardigd met Cd als vangstof in hoeveelheden van 2 atoom % en 3 atoom % van de Hg-charge. 40oe toename in de geëmitteerde lichtstroom ten opzichte van de lamp zonder 8006179 vangstof is in de onderstaande tabel gegeven (uitgedrukt als percentage).

- 9 -

De verbeterde houdbaarheid over de onderzochte tijdsduur, die bereikt wordt door toevoeging van Cd als vangstof, blijkt duidelijk uit deze tabel, en uit verder uitgevoerde proeven is gebleken dat deze houdbaarheid zich op 5 vergelijkbare wijze voortzet tot aan het einde van de levensduur van de lamp.

TABEL·

Lamp 500 uren 1000 uren 2 atoom%Cd +19% +24% ^ 3 atoom%Cd +23% +28%

VOORBEELD II

De uitvinding is evenzeer geschikt om toegepast te worden in de nieuwe miniatuur-metaalhalogenidelampen welke beschreven worden in het Amerikaanse octrooischrift 4.161.672. De boogbuis 21 van een dergelijke lamp is in 15 figuur 3 weergegeven; deze boogbuis is vervaardigd van kwarts of door smelten verkregen siliciumoxide en omvat een centraal ballongedeelte 22 dat gevormd kan zijn door expanderen van een kwartsbuis, en halsgedeelten 23 en 23' die gevormd zijn door samendrukken of vacuumafdichten van de buis om molybdeenfQeliêdele.n. 24 en 24' van de electrode-toevoer samenstellen.

20 3

De ontladingskamer of ballon bezit een volume van minder dan 1 cm-.De draden 25 en 25’, die aan de foeliedelen zijn gelast, steken buiten de halzen uit terwijl de electrodeschachten 26 en 26', die gelast zijn aan de tegenover elkaar gelegen zijden van de foeliedelen, door de halzen tot in het ballongedeelte steken. De lamp is bestemd voor gelijkstroom en de 25 schacht 26, die eindigt in een ballonvormig uiteinde 27, voldoet als anode, De kathode, omvat een holle wolframschroef 28 die om het uiteinde van de schacht 26 is gewikkeld en eindigt in een massa of kap 29 die gevormd kan worden door enkele windingen van de schroef te smelten.

Een geschikte vulling voor de omhulling wordt gevormd, door argon of 30 een ander inert gas met een druk van enige tientallen mm Hg, welk inert gas dient als ontsteekgas, en een charge die bestaat uit kwik en de metaal- halogeniden Nal, ScI. en ThI.. Een representatieve charge bevat 3,5 mg Hg, J 4 -4 waarbij de metaalhalogeniden 3,12 x 10 g ThI. bevatten, dat wil zeggen -7 4 4,22 x 10 mol ThI.;l.grammol-740g).De hoeveelheidM'1 Cd die nodig is om te 35 4 “ reageren met het jodium dat hieruit kan worden vrijgemaakt bedraagt -7 8,43 x 10 gramatoom. De hoeveelheid Hgl„, die na de vervaardiging in de λ -7 lamp gemeten werd, bedroeg ca. 0,1 mg ofwel 2,2 x 10 mol, en de hoeveel- -7 heid M' Cd-metaal, nodig om hiermee te reageren 2,2 x 10 gramatoom.

De minimale hoeveelheid cadmium als vangstof, die volgens de voorwaarden van 40 fl η n fi 17 s •6 - 10 - de uitvinding nodig is, bedraagt derhalve M' + M'' =1,0x10 gramatoom.

-5

Ten opzichte van de kwikcharge van 3,5 mg of 1,74 x 10 gramatoom, bedraagt * de minimum toegevoegde hoeveelheid Cd volgens de voorwaarden van de uitvinding ca. 5 atoom % van de kwikcharge.

8006179

Claims (9)

1. Metaalhalogenide bevattende ontladings-booglamp van hoge intensiteit, gekenmerkt door een omhulling van door smelten verkregen siliciumoxide; toevoerdraden die afgedicht in de omhulling zijn aangebracht en electrisch 5 zijn verbonden met electroden die zich op een afstand van elkaar bevinden en waartussen een. boogruimte aanwezig is, waarbij tenminste één van de electroden, die als kathode, dienst doet, een deel van wolfram bevat, waarop thorium kan worden afgezet en continu aangevuld door een transportcyclus waarbij halogeen betrokken is, welk thorium het mogelijk maakt dat de kathode 10 de voor de stroom door de lamp vereiste electronenemissie bij een lagere temperatuur bereikt; een zich binnen de omhulling bevindende vulling die de ontlading onderhoudt, welke vulling kwik, licht-emitterende metalen, thorium, halogeen en een inert ontstekingsgas bevat; en een zich binnen de omhulling bevindende vangstof of "getter", gekozen uit de metalen Cu, Ag, In, Pb, Cd,

15 Zn, Mn, Sn en Tl of mengsels hiervan.

2. Lamp volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de verschafte hoeveelheid vangstof geschikt is voor het verkrijgen van een langdurige bufferwer-king met betrekking tot het tijdens de levensduur van de lamp vrijgekomen halogeen.

3. Lamp volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat de hoeveelheid vangstof tenminste stoechiometrisch equivalent is aan het thorium in de lampvulling.

4. Lamp volgens conclusies 1-3, met het kenmerk dat het halogeen jodium is en de verschafte hoeveelheid vangstof een korrektiecomponent be- 25 vat die geschikt is voor het wegvangen van jodium, dat eventueel vrijkomt in de lamp tengevolge van verontreinigingen die tijdens de vervaardiging worden opgenomen, en van jodium dat ontstaat bij de ontleding van ThI , 4 nodig voor het afzetten van thoriummetaal op de electrode tijdens het in bedrijf zijn van de lamp, alsmede een buffercomponent die geschikt is voor 30 het verkrijgen van een langdurige bufferwerking voor wat betreft het tijdens de levensduur van de lamp vrij gekomen jodium.

5. Lamp volgens conclusies 1-4, met het kenmerk dat de vangstof cadmium of zink is.

6. Lamp volgens conclusie 5, met het kenmerk dat de hoeveelheid cadmium 35 of zink meer dan 1 atoom % van het kwik in de vulling bedraagt.

7. Lamp volgens conclusies 1-6, met het kenmerk dat de vulling in de lamp voor het onderhouden van de ontlading gevormd wordt door kwik, Nal, Scl^, Thl^ en een inert ontstekingsgas.

8. Lamp volgens conclusies 1-3 en 5-7, met het kenmerk dat de hoeveel- 40 heid vangstof tenminste voldoende is ter verschaffing van het stoechiome-ö Λ Λ £ 4 7 0 - 12 - trische equivalent M' van jodium dat in de lamp vrijkomt tengevolge van verontreinigingen die tijdens de vervaardiging van de lamp worden opgenomen, alsmede het stoechiometrische equivalent M'' van het jodium dat door ontleding van het Thl^ in de charge wordt gevormd.

9. Lamp volgens conclusies 6, 7 en 8, met het kenmerk dat de hoeveel heid vangstof 2-3 maal het stoechiometrische equivalent M' + M'' bedraagt. 80 06 17 9