用于汞分配装置的材料组合和含有所述材料组合的装置的制造方法
【专利说明】用于汞分配装置的材料组合和含有所述材料组合的装置
[0001 ]本发明涉及用于生产汞分配装置的材料组合和由此生产的汞分配装置。
[0002 ]在照明装置例如高压汞放电灯、各种字母数字显示器、UV灯以及特别是荧光灯中， 使用少量的汞是本领域中公知的。
[0003] 在这些装置内精确和受控的汞剂量对于装置的品质以及尤其是对于环境原因是 极为重要的。事实上，这种元素的高毒性在对含有其的装置进行报废处理时，或者在所述装 置意外破裂的情况下意味着严重的生态自然问题。这些生态自然问题迫使汞的使用量在符 合管的功能性的情况下尽可能小。这些考虑最近也已被包括在立法领域中，并且近来国际 法规的趋势是建立可被引入到装置中的汞量的上限。例如，欧洲R〇HS指令已规定对于标准 荧光灯，使用的Hg的总量不超过几毫克/灯:在具有正常寿命并且管径2 9mm的线性三波段 磷光体和具有长寿命U 25,000h)的三波段磷光体中小于3mg;在具有正常寿命并且管径2 17mm的线性三波段磷光体中小于3.5mg;在具有长寿命U 25,000h)的线性三波段磷光体中 小于5mg〇
[0004] 液体汞投配的旧方法首先造成了以下问题:不仅涉及生产管的工厂中汞的存储和 处理（由于汞在室温下也具有高蒸气压），而且涉及难以精确和可重复地投配在几分之一微 升的量级上的汞体积。
[0005] 这些缺点导致了代替使用呈游离形式的液态汞的多种技术的发展。
[0006] 在多个现有技术文件，例如分别在美国4823047和美国4278908中公开了使用包含 在胶囊中的液态汞，所述胶囊通常由玻璃制成，但也可以是金属的。封闭灯管后，通过热处 理引起容器破裂使汞在灯内释放出来。这些方法通常具有一些缺点。首先，胶囊的生产及其 在管内的安装可能是复杂的，尤其是当胶囊需要被引入到小尺寸的管内时。其次，胶囊(特 别是如果其由玻璃制成）的破裂可能产生能够危害管的品质的材料碎片。此外，这些系统仍 具有使用液态汞的缺点，因此它们不能完全解决几毫克汞的精确和可重复投配的问题。
[0007] 这些问题已被以本申请人名义的美国专利No. 3657589克服，所述专利公开了使用 具有通式TixZryHgz的汞金属间化合物，其中X和y可在0和13之间变化，总和(x+y)可在3和13 之间变化，并且z可以是1或2。
[0008] 这些化合物具有可根据具体化合物变化的汞释放起始温度，然而它们在大气中和 在真空体积中在最高至约450°C下都是稳定的，从而导致与照明装置的装配操作相容，在所 述装配操作期间汞分配装置可达到约400°C的温度而没有汞损失的风险。在封闭管后，汞通 过活化操作从上述化合物中释放出来，所述活化操作通常是通过将材料在900°C下加热约 30秒来进行。该加热可通过激光辐射或者通过基于Hg分配化合物的分配器装置的感应加热 来实现。Ti 3Hg化合物的使用通常是以环形容器中的压紧粉末的形式或者以丸剂中的压紧 粉末的形式或者以通过冷乳而得到的经粉末涂覆的金属条带的形式来实现。
[0009] 这些材料相对于现有技术提供了多种优点。如上所述，它们避免了在温度可达约 350°C至400°C的管的生产周期中汞蒸发的风险。此外，如所引用的US 3657589中所述，吸气 剂材料(getter material)可容易地被添加到萊分配化合物中，目的是对干扰管运行的气 体，例如C0、C〇2、〇2、H2和H2〇进行化学吸收。吸气剂在用于释放汞的相同热处理过程中被活 化。最后，汞的释放量可易于控制并且可易于重复。
[0010]尽管这些材料具有良好的化学-物理特性并且极易使用，但这些材料具有在活化 处理期间所含的汞不完全释放的缺点。这一特性以及管在其生命周期中需要一定量的被消 耗的游离汞的事实，导致需要向装置中引入约为理论上需要的两倍量的汞。
[0011] 为了克服这些问题，已经研究了向T i 3Hg或Zr3Hg化合物中添加 Ni或Cu粉来促进汞 的释放。这一解决方案不完全令人满意，因为如在使用胶囊的方法中所发生的，如果不精确 地控制活化过程，会发生汞剧烈迸出并可对管的部分造成损坏;此外容器的制造相当复杂， 因为其需要焊接小尺寸的金属构件。
[0012]以本申请人名义的EP0669639公开了汞分配金属间化合物A和合金或金属间铜基 化合物B，所述化合物A包含汞和选自钛、锆及其混合物的第二金属，所述合金或金属间铜基 化合物B包含锡、铟、银或其组合和可能的选自过渡元素的第三金属，其中所述过渡金属以 不大于组分B总重量的10 %的量存在。
[0013] 在上述组合物A+B中，由于制备简单和良好的机械特性，特别优选包含含有3重 量％至63重量％铜的Sn-Cu的那些，并且特别是对应于非化学计量化合物Cu6Sn5的组合物。
[0014] EP0669639公开的A+B组合物(通常称为高产率Hg分配组合物）的特征在于即使在 750°C至900°C的相对低的温度下也可以获得有效的Hg分配。特别地，这些组合物即使在部 分氧化后也能够在活化步骤期间释放高于60%的量的汞，以便能够减少所使用的汞的总 量。这些组合物的缺点涉及以下问题:粉末混合物对金属容器或支承件的粘附，以及可能的 材料脱离和剥落，之后灯中存在松散颗粒，且所释放的汞剂量减少。另一个缺点是，在具有 特征为温度超过450°C的步骤的制造过程中，例如在高温垂直线上进行的灯生产中，可能由 EP 0669639组合物发生部分过早汞损失。
[0015] 根据本发明的组合物的一个重要优点涉及以下事实:新的汞释放粉末混合物在金 属保持件或支承件上的粘附比现有技术中已知的化合物更好，避免了粉末损失或从支承件 上脱离的风险。这一特征允许对分配装置进行更可靠的操作和活化，而不存在可能的颗粒 损失或材料剥落的问题，所述问题可导致灯中的缺陷或所释放的汞减少。第二个技术优点 是，相对于EP 0669639组合物，尽管活化温度范围相当，但是在高温灯生产过程中可能达到 的450°C至550°C的范围内过早汞损失显著更少。
[0016] 因此，本发明的目的是提供用于在照明装置中分配汞的改进的材料组合，特别是 仅在温度高于750°C时允许有效Hg释放的组合，以及可利用通常已知的冶金技术容易地生 产的机械上稳定的分配器结构，所述材料组合能够克服现有技术的一个或更多个缺点。
[0017] 根据本发明，这些和其他目的通过使用由以下形成的汞分配材料组合来实现：
[0018] -包含汞和选自钛、锆及其混合物的第二金属的汞分配化合物A，以及
[0019] -包含铜和锡的合金或金属间化合物B，铜以相对于所述化合物B的重量占35%至 90 %重量百分比的量存在，
[0020] 其特征在于所述汞分配材料组合还包含相对于组合物A+B的总重量占0.03 %至 0.48%，优选0.06%至0.39%重量/重量的量的氧。上述氧的量是指例如可通过自动气体分 析仪对合适量的A+B混合物(至少50mg)所测量的A+B材料组合中〇2的平均含量。
[0021] 合金或金属间化合物B还可任选地包含选自过渡元素的第三金属，特别提及铁、 镍、锰和锌，其中所述过渡金属以不大于化合物B总重量的1%的量存在。在一个优选的实施 方案中，过渡金属的量不超过相当于化合物B的0.5%重量百分比的量。在另一个实施方案 中，合金或金属间化合物B中的锌或锰的量不超过化合物B的0.3%重量百分比，或在一个优 选的实施方案中，不超过化合物B的0.15%重量百分比。
[0022] 本发明的含有所述材料A和材料B的组合的汞分配装置还可任选地含有吸气剂材 料C，所述材料C与材料A和B混合在一起或者存在于一个单独的层中。
[0023] 参考一些非限制性的实施方案，本发明的其他目的和优点将由以下详细描述而明 显。
[0024] 本发明的组合的组分A(下文中也被定义为汞分配剂)是含有一种或更多种对应于 式TixZryHg z的金属间材料的化合物，如所引用的美国专利No.365758中所公开的，对于进一 步的细节参照所述美国专利。在对应于所述式的材料中，Zr 3Hg以及特别是Ti3Hg是优选的。
[0025] 本发明的组合的组分B具有促进汞从组分A中释放的功能，并且下文中组分B也被 定义为促进剂。这一组分是包含铜和锡的合金或金属间化合物，铜以相对于所述化合物B的 重量占35 %至90 %重量百分比的量存在。通过以不超过组分B总重量的1 %的量添加一种或 更多种选自过渡金属的元素，也可以使用从前述合金中得到的三种或更多种金属的合金作 为组分B。优选的过渡金属选自铁、镍、锰和锌。优选地，合金或金属间化合物B中的过渡金属 的量不超过相当于化合物B的0.5%重量百分比的量;在一个更优选的实施方案中，锌或锰 的量小于化合物B的总量的0.3%重量百分比，或甚至更优选地不超过0.15%。
[0026] 本发明的组合的组分A与组分B之间的重量比可以在宽的范围内变化，但通常包括 在10:1至1:10之间，并且优选在7:1至1:5之间。
[0027] 当本发明的组合的组分A和组分B呈粒径小于250μπι，并且优选为Ιμπι至125μπι的细 粉末形式时，得到了最好的结果;在更一般的方面，旨在使至少95%的所使用的颗粒具有符 合上述限制的颗粒尺寸特征。
[0028]本发明在其第二方面涉及使用上述Α和Β材料的组合的汞分配装置。
[0029] 一些种类的照明装置(汞分配器旨在用于所述照明装置)为了它们的正确运行还 需要存在吸气剂材料C，所述吸气剂材料C除去痕量的气体例如〇)、〇)2、出、〇2或水蒸气 :例如 在生产过程之后在填充气体中具有不可忽略的杂质水平的荧