一種優化的鉍銦汞合金的製作方法

2023-06-07 13:10:41

專利名稱：一種優化的鉍銦汞合金的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種固態汞合金材料，具體是低氣壓汞放電燈用的一種優化的鉍銦汞合金。
背景技術：
低氣壓汞放電燈內汞原子被激發產生253. 7nm紫外輻射，253. 7nm紫外激發螢光粉，轉換為可見光。低氣壓汞放電燈發光效率與汞原子濃度有關，也即與汞蒸汽壓值有關， 燈內存在一最佳汞蒸汽壓值，最佳汞蒸汽壓值與管徑對應，管徑越小，最佳汞蒸汽壓值越大。資料介紹Φ38πιπι (Τ12)低壓汞燈，最佳汞蒸汽壓值約0.8 Pa，我們通過測試測得 Φ 12mm節能燈，最佳汞蒸汽壓值約1. 2Pa ； Φ IOmm節能燈，最佳汞蒸汽壓值約1. 5Pa, Φ 8mm 節能燈，最佳汞蒸汽壓值約1. 7Pa0隨著對節能燈光效、色坐標等指標要求的提高，控制汞蒸汽壓型汞合金應同時滿足三個條件一、對特定管徑的低氣壓汞放電燈，工作溫度區域Δ Τ95寬，一般要求Δ Τ95 > 30°C。二、當汞合金失汞後，Δ T95與初始範圍重疊的溫度區域越大越好。三、汞合金的熔融溫度高於或接近Δ Τ95的最高工作溫度。Δ Τ90指燈的相對光輸出大於90%所對應汞合金連續的工作溫度範圍，Δ Τ95指燈的相對光輸出大於95%所對應汞合金連續的工作溫度範圍。Δ Τ95與汞合金控制汞蒸汽壓的性能有關，在較寬的溫度範圍內能將汞蒸汽壓穩定在很窄的範圍內的波動範圍且汞蒸汽壓的平均值獲中心值與燈所需的最佳汞蒸汽壓一致， 則Δ Τ95越大或越寬，兩個條件缺一不可。同一汞合金在不同管徑的低氣壓汞放電燈中， ΔΤ95的範圍不同；一般而言，管徑越小，Δ Τ95越小。汞合金含汞比例降低50%後，要求重疊的溫度區域>20°C。這樣便於選擇汞合金的工作溫度區域，既保證燈的發光效率和一致性，同時保證燈參數在長時間燃點後不會因汞合金特性的變化而大幅變化，即減少「汞合金光衰」。汞合金的熔融溫度指汞合金可以流動的起始溫度，介於固相溫度與液相溫度之間， 用Te表示。Tmax指Δ T95的最高溫度。汞合金的熔融溫度高於或接近最高工作溫度是指 Te彡TmaX-5°C。當Te=TmaX-5°C時，假如汞合金實際工作溫度為Tmax，汞合金可能流入燈內，但汞合金中仍存在一定比例的固體成分，流入燈內的機率小。當汞合金的熔融溫度遠低於實際工作溫度時，液態或熔融態的鉍銦汞合金易流入燈內，破壞原設計，導致燈的光電參數劣化，導致陰極發黑，光通量下降，壽命降低等問題。專利CN1776882A公開了一種鉍銦汞合金，其中Bi、In、Hg質量含量分別為60-70%、 25%-35%、3%-8%，還含有質量含量為0. 1%-3. 5%的參雜元素，參雜元素為Pt、Ir、Pb、Rh, Cu、 Ag、Au、Zn、Ni、Mn、狗、Co、Ti中的至少一種，該方案銦含量較高，95_110°C溫度區域內拐點處的汞蒸氣壓值(最小汞蒸氣壓值)低於0. 75Pa，對Φ 12mm、Φ 10mm、Φ8πιπι的節能燈而言， 遠小於其所需的最佳汞蒸汽壓，所以ΔΤ95均小於30°C。該合金熔融溫度約為103°C，遠小於Δ Τ95的最高工作溫度，既不滿足上述條件一，也不滿足上述條件三。專利US4157485Α公開了一種鉍銦汞合金，鉍的原子數與銦的原子數之比在 0. 4:0. 6和0. 7:0. 3之間，汞的原子數與鉍和銦的原子數和之比在0. 01:0. 99和0. 15:0. 85之間，換算為質量比範圍是Bi:In:Hg=41. 2 72. 1 17. 0 ；34· 0 1.0 17. 5，這是早期針對粗管徑螢光燈研究的成果，其中有很大的區域不可實施，該合金方案未對於Φ 12mm、 Φ 10mm、Φ 8mm節能燈進行適應性的研究和闡述，不滿足控制汞蒸汽壓型汞合金所應具備的條件。在這一專利指導下，過去二十年中最常用的配方為Bi Jn = Hg= (64-67): (30-33): (3. 5-6)，在節能燈應用時，一直出現燈參數離散性大、汞合金光衰大、汞合金熔融流入燈內等問題，這些問題始終沒能得到解決。如傳統典型B鉍銦汞Bi:In:Hg=65:31.5:3.5，其中鉍銦原子數之比為Bi:In = 1.13:1，鉍銦質量之比為Bi:In = 2. 1 1，傳統認為的工作溫度區
域 70-i;35°C 內，汞蒸汽壓為70°C 時 0. 6Pa-90°C 時 0. 8Pa-105°C 時 0. 5Pa-125°C
時1. 2Pa—135°C時1. 7Pa，在該溫度區域內相對液汞具有較高的發光效率。但因鉍銦汞合金在中間溫度約105°C時，汞蒸汽壓會下降，降到0. 5Pa，對於^mm以上的螢光燈存在較大的Δ Τ95範圍，對於Φ 12mm、Φ 10mm、Φ 8mm節能燈Δ Τ95均較小。傳統的鉍銦汞合金儘管可以工作到125°C甚至更高，但由於液相點的溫度只有110°C，熔融溫度只有103°C，設計的工作區域與熔融溫度失配，在工作超過110°C溫度時使用困難。目前帶罩節能燈或高管壁負載低壓汞放電燈主要用Bi-Pb-Sn-Hg、Bi-In-Hg, h-Pb-Sn-Hg三類可控制汞蒸汽壓型汞合金。Bi-Pb-Sn-Hg.In-Pb-Sn-Hg除了含少量汞外， 還含較大比例的鉛1 ，不符合環境保護的要求，將被限制使用。小管徑帶罩節能燈近幾年的發展迅速，使用傳統的Bi-^-Hg普遍出現1、燈離散性大，平均光通量低，色坐標難控制； 2、液態或熔融態的鉍銦汞合金易流入燈內；3、「汞合金光衰」大等問題，這些問題一直困擾著照明行業，影響帶罩節能燈的發展，急迫需要解決。

發明內容
本發明的目的是為了克服已有技術的不足，提供一種優化的同時滿足以下特性的低氣壓汞放電燈用的鉍銦汞合金1、提高90°C的峰值汞蒸氣壓值大於0. 9Pa，拐點處的汞蒸氣壓值(最小汞蒸氣壓值)，大於0. 75 ，使其工作溫度區域內的汞蒸氣壓值整體提高，滿足小管徑節能燈的要求。對於直徑Φ 12mm的節能燈，工作溫度區域為70-110°C，A T95 > :35°C，對於直徑(^10讓的燈管，工作溫度區域為75-1101，厶190>301。2、有助於減少 「汞合金光衰」。3、熔融溫度高於或接近Δ Τ95的最高工作溫度，具體是Te彡TmaX-5°C。本發明的目的是這樣實現的，鉍銦汞合金是含有鉍銦汞的合金，鉍銦汞的質量比為
Bi In:Hg=71 80:16 Μ: 5 8，其中鉍和銦的質量比滿足鉍Bi/銦In > 3. 0， 銦和汞的質量比滿足銦In/汞Hg < 5. 0。由於銦In/汞Hg < 5. 0，有助保證提高90°C的峰值汞蒸氣壓值，提高拐點處的汞蒸氣壓值，減少蒸氣壓值的波動，整體提高工作溫度區域內的汞蒸氣壓值，使其接近小管徑節能燈所需的最佳汞蒸汽壓值。I^In/汞Hg 3. 0，偏離合金的共晶點，有助提高鉍銦汞合金熔融溫度。本發明的鉍銦汞合金在工作溫度區域能穩定地控制燈內汞蒸汽壓在1. OPa附近， 對直徑Φ 12mm的低氣壓汞放電燈在工作溫度區域具有穩定的汞蒸汽壓，燈獲得接近最佳的發光效率，產品的穩定性、一致性好。Φ IOmm低氣壓汞放電燈的光電參數也明顯優於傳統的鉍銦汞合金。本發明按以上所述的合金配比後，可以用常規的熔融滴製成球丸的方法製造。


圖1和圖2分別為本發明Bi 71 In23 Hg6與傳統Bi 65 In31. 5 Hg3. 5在外徑 Φ 12mm和Φ IOmm燈管中相對光輸出一溫度特性曲線及汞蒸汽壓一溫度特性曲線，溫度特性是通過柯維光電公司自行研發的設備測試，其中
曲線1 :Bi 71 In23 Hg6在Φ 12mm燈管中的相對光輸出一溫度特性曲線； 曲線2 =Bi 65 In31. 5 Hg3. 5在Φ 12mm燈管中的相對光輸出一溫度特性曲線； 曲線3 =Bi 71 In23 Hg6的汞蒸汽壓一溫度特性曲線； 曲線4 =Bi 65 In31. 5 Hg3. 5的汞蒸汽壓一溫度特性曲線； 曲線5:Bi 71 In23 Hg6在Φ IOmm燈管中的相對光輸出一溫度特性曲線； 曲線6:Bi 65 In31. 5 Hg3. 5在Φ IOmm燈管中的相對光輸出一溫度特性曲線； η (%) 一指相對光輸出T°C一指汞合金的溫度
外徑為Φ 12mm燈的最佳汞蒸汽壓Po為1. 2Pa,如曲線3中的A點、曲線4中的B點。 外徑為Φ IOmm燈的最佳汞蒸汽壓Po為1. 5Pa，如曲線7中的C點、曲線8中的D點。Bi 71 In23 Hg6在90°C時達到第一個汞蒸汽壓的峰值約為l.OPa，如曲線3的E點，而Bi 65 In31. 5 Hg3. 5在90°C時達到第一個汞蒸汽壓的峰值約為0. 8Pa，如曲線4的F點。Bi 71 In23 Hg6在在100°C汞蒸汽壓存在拐點P，約為0. 8Pa，而Bi 65 In31. 5 Hg3. 5在105°C附近存在拐點Q，約為0. 551^。圖中可清晰看到，本發明的鉍銦汞合金在工作溫度區域內能將汞蒸汽壓更穩定地控制在1. OPa，整體提高工作溫度區域內的汞蒸氣壓值，使其接近小管徑節能燈所需的最佳汞蒸汽壓值。本發明鉍銦汞合金平均光通量比傳統鉍銦汞合金平均光通量要高，光電參數一致性好。
具體實施例方式下面結合多個具體實施例對本發明做進一步說明。實施例1 鉍銦汞合金按質量比(m/m) Bi =In :Hg=71 :24 :5，經熔融滴製成球丸， 應用在帶罩節能燈中，平均光效比典型Bi =In :Hg=64 :31 :5的鉍銦汞合金高，燈的光輸出
穩定性、一致性好。實施例2 鉍銦汞合金按質量比(m/m) Bi =In :Hg=72 :22. 5 :5. 5，經熔融滴製成球丸，應用在Φ12πιπι、ΦΙΟπιπι帶罩節能燈中，平均光效高，燈的光輸出穩定性、一致性好。實施例3 鉍銦汞合金按質量比(m/m) Bi =In :Hg=75 :20 :5，經熔融滴製成球丸， 應用在Φ12πιπι、Φ IOmm帶罩節能燈中，平均光效高，燈的光輸出穩定性、一致性好。實施例4 鉍銦汞合金按質量比(m/m) Bi =In :Hg=71 :21 :8，經熔融滴製成球丸， 應用在小功率帶罩節能燈中中，平均光效高，燈的光輸出穩定性、一致性好。實施例5 鉍銦汞合金按質量比(m/m) Bi =In :Hg=71 :22 :7，經熔融滴製成球丸， 應用在小功率帶罩節能燈中，平均光效高，燈的光輸出穩定性、一致性好。實施例6 鉍銦汞合金按質量比(m/m) Bi =In :Hg=73 :21 :6，經熔融模鑄成球丸，應用在13-20W節能燈，平均光效高，合金液相點的溫度高，可用於圓排氣機自動化生產。實施例7 鉍銦汞合金按質量比(m/m)配比Bi =In :Hg=76 :19 6經熔融滴製成球丸，應用在小功率帶罩節能燈中，平均光效高，燈的光輸出穩定性、一致性好。實施例8 將鉍銦汞按質量比(m/m)配比Bi =In :Hg=78 :17 5經熔融滴製成球丸， 應用在小功率帶罩節能燈中，平均光效高，燈的光輸出穩定性、一致性好，汞合金熔融溫度尚ο實施例9 將鉍銦汞按質量比(m/m)配比Bi =In :Hg=80 :15 5經熔融滴製成球丸， 應用在帶罩節能燈中，平均光效高，燈的光輸出穩定性、一致性好，汞合金熔融溫度高。實施例10 將鉍銦汞添加鋅按質量比(m/m)配比Bi =In =Hg :Zn=74 :19 5 1經熔融滴製成球丸，應用在小功率帶罩節能燈中，平均光效高，燈的光輸出穩定性、一致性好。實施例11 將鉍銦汞添加銻按質量比(m/m)配比Bi =In =Hg :Sb=71 :23 5 2經熔融滴製成球丸，應用在小功率帶罩節能燈中，平均光效高，燈的光輸出穩定性、一致性好，汞合金強度高。實施例12 將鉍銦汞添加銀按質量比(m/m)配比Bi =In =Hg -Ag=Il 16 5 2經熔融滴製成球丸，應用在帶罩節能燈中，平均光效高，燈的光輸出穩定性、一致性好，汞合金熔融溫度高，汞合金不溢汞。以上所述之實施例只為本發明之較佳實施例，並非以此限制本發明的實施範圍， 故凡依本發明之形狀、原理所作的變化，均應涵蓋在本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種優化的鉍銦汞合金，其特徵在於鉍銦汞合金的熔融溫度高於或接近於Δ T95 的最高工作溫度，汞合金90°C的峰值汞蒸氣壓值大於0. 9Pa,拐點處的最小汞蒸氣壓值大於0. 75Pa，鉍銦汞合金是含有鉍銦汞的合金，鉍銦汞的質量比為Bi:In:Hg=71 80:16 Μ:5 8，其中鉍和銦的質量比滿足鉍Bi/銦In > 3. 0， 銦和汞的質量比滿足銦In/汞Hg < 5. 0。
2.根據權利要求1所述的一種優化的鉍銦汞合金，其特徵在於鉍銦汞合金的熔融溫度高於或接近Δ Τ95的最高工作溫度，具體是Te彡Tmax-5°C。
3.根據權利要求1所述的一種優化的鉍銦汞合金，其特徵在於所述的鉍銦汞合金該汞合金還添加有少量銻、鋅、銀、金、鈰、鋁、鍺金屬，進一步提高汞合金的熔融溫度，避免汞合金顆粒溢汞粘連。
全文摘要
本發明公開了低氣壓汞放電燈使用的一種優化的鉍銦汞合金，鉍銦汞的質量比為Bi:In:Hg=71～80:16～24:5～8，其中鉍和銦的質量比滿足鉍Bi/銦In＞3.0，銦和汞的質量比滿足銦In/汞Hg＜5.0。該鉍銦汞合金同時具有三大優點1、提高峰值和拐點處汞蒸氣壓值，整體提高其工作溫度區域內的汞蒸氣壓，滿足小管徑節能燈的要求，工作範圍寬。2、「汞合金光衰」相對小。3、汞合金熔融溫度高於或接近△T95的最高工作溫度。
文檔編號C22C12/00GK102321828SQ20111023297
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月13日 優先權日2011年8月13日
發明者何志明 申請人:何志明