紫外吸收熔凝石英及其对灯泡的用处制造技术

现已证实包含铕氧化物、钛二氧化物和铈氧化物的熔凝石英一方面有效地吸收ＵＶ辐射，一方面传输可见光辐射。这材料的用处包括用于既发射ＵＶ又辐射可见光的卤素白炽灯和金属卤化物电弧放电管的灯泡和灯罩。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及紫外吸收熔凝石英及其对电灯的用处。更具体地说，本专利技术涉及用于吸收紫外线辐射、搀有氧化铕、二氧化钛和氧化铈的熔凝石英及其用作灯泡和灯罩供具有既发射紫外线又辐射可见光的光源的灯之用。也象大家知道的，熔凝硅石，即熔凝石英因其优良的可见光的透射及其经受高达1100℃左右的高工作温度的能力而被用作光透射、透明外壳材料供诸如气体放电电灯和囟素白炽灯等高强度灯用。几乎所有电弧放电灯和许多高强度白炽灯(例如钨丝囟素灯)都发射紫外线(UV)辐射，它对人的眼睛和皮肤是有害的同时它也使织品、塑料和涂料褪色并使应用于电灯固定装置和镜头的多种塑料变黄和/或变浊。熔凝石英是UV辐射的优良传导物，所以对装入熔凝石英制的灯泡内部的电弧或白炽光源发射的这种辐射不形成屏蔽。结果，已被改进的灯使发射UV和可见光辐射的光源，密封在熔凝石英做的透明灯泡内部，该熔凝石英含有UV吸收材料(或把它们称为搀杂物)从而使得灯泡本身会吸收由光源所发射的UV辐射。在美国专利2895839;3148300;3848152;4307315和4361779中揭示了过去的这种努力的说明性但不是限制性的例子。但是，仍然有必要使用作灯泡(包括在灯使用期间达到高于500℃温度的灯泡)的透明材料，在最低限度吸收从380至750nm的可见光辐射的同时，还要吸收波长为200-380nm的UV辐射。这种材料还应该是均质、无色、玻璃状材料，存在的任何掺杂剂应是一种类型和按同一数量，并将掺杂灯泡和金属囟化物与存在于电弧放电灯和囟素白炽灯内的其他化学物质之间的化学反应减至最低程度或完全避免。在温度超过500℃的条件下被使用材料的能力不应被掺杂剂所削弱，否则该材料就是对高温灯无用的材料。现已证实，即使在温度超过500℃的条件下，含有销、钛和铈的氧化物的熔凝石英也有效地吸收UV辐射并透过可见光辐射。销、钛和铈氧化物的组合提供的UV吸收性能优于由(ⅰ)各材料自身的氧化物或(ⅱ)钛和铈氧化物的组合物所得到的UV吸收性。这材料对用于电弧放电灯和白炽灯的灯泡和灯罩是有用的。因此，在本专利技术一个实施例中，涉及一种包括UV发射光源的灯，该光源被封装在吸收UV和透过可见光的熔凝石英泡内即，被该泡所包围，该灯泡含有销、钛和铈的氧化物作为UV吸收挽杂剂。该UV辐射源可以是电弧放电(或者带电极或者无电极)或白炽灯丝。所谓熔凝石英指的是透明、光透射材料，具有至少96Wt%(重量百分数)最好至少99wt.%的SiO2含量。附图说明图1表示未掺杂的熔凝石英和挽有(ⅰ)二氧化钛和氧化铈及(ⅱ)氧化铕、二氧化钛和氧化铈的熔凝石英的UV和可见光的透射光谱。图2表示用于带罩金属囟化物电弧灯的UV发射光谱，该电弧灯具有掺有(ⅰ)二氧化钛和氧化铈的熔凝石英电弧和(灯)罩室及(ⅱ)二氧化钛和氧化铈掺杂的电弧室和氧化铕，二氧化钛和氧化铈搀杂的灯罩。图3(a)和(b)概略地示出对实施本专利技术有用的电弧灯和带罩式电弧灯。如上所述，在本专利技术的上下文中，所谓“熔凝石英”指的是一种光透射的透明材料，它具有至少96wt%最好至少99wt%的SiO2含量，因此，如所定义的，该术语包括通过熔化天然石英砂和合成二氧化硅制成的硼硅酸耐热玻璃和透明石英，例如通过用于制造光学玻璃压制毛坯和光导纤维的火焰热解法制成的耐热玻璃和透明石英。搀有铕氧化物、钛二氧化物和铈氧化物UV吸收剂的熔凝石英是通过混合粉末状适量的高纯度天然石英砂和试剂等级铕氧化物(Eu2O3)、钛二氧化物(TiO2)和铈二氧化物(CeO2)用丙酮稀释成浆状制备的。用来制造未搀杂和搀杂熔凝石英的石英砂的典型不纯度示于下列表格。杂质 搀杂浓度元素 (按重量的百万分率)Al 14.6Ca 0.4Cu ＜0.05Fe 0.2K 0.5Li 0.5Mg ＜0.1Mn ＜0.03Na 0.6Ti 1.1Zr 0.5上述纯度的未掺杂熔凝石英以可用于制造灯泡的管材形式可以俄亥俄洲克利夫蓝市的GE灯具公司买到，称为GE214熔凝石英。在制造UV吸收熔凝石英的过程中，高纯度天然石英砂Eu2O3，TiO2和CeO2的砂浆被研磨直至它达到均匀为止，最后所得到的干燥粉末以2000℃的温度在氢气氛下被熔化两小时以形成搀杂的熔凝石英。另一批料是由石英砂TiO2和CeO2制成。这样做的熔凝石英包含下列以总的石英合成物重量的百万分之几(WPPm)表示的铕、钛和铈。虽然这些测量值反映存在的元素铕、钛和铈的数量，但在熔凝石英中，它们分别以铕氧化物、钛二氧化物和铈氧化物的形式存在。批料铕钛铈的总量的总量的总量A5004000B5005004000批料A被用来制造灯泡和灯罩供图3(a)和图(3b)所示类型的金属囟化物电弧放电灯用，批料B用作灯罩。存在于熔凝石英中的铕氧化物、钛二氧化物和铈氧化物掺杂剂的总量由两个因素限定。一个是保护气氛(即存在于熔凝石英中的铕、钛和铈一起封装在灯泡内部的填料)的化学反应性、另一个是在使用灯期间熔凝石英所达到的温度。在前一情况下，与灯泡的反应会导致色偏移流明损失，缩短灯寿命和失去透明。在后一情况下，增加掺杂剂的数量，则由于失去透明、变形或下垂和熔解，降低了熔凝石英的有用工作温度。为制造本专利技术的UV吸收熔凝石英所采用的铕氧化物、钛二氧化物和铈氧化物掺杂剂的最佳量在各个具体情况下必须由专业人员确定。作为说明性，但非限制性的例子，熔凝石英中的铕、钛和铈的总量应不超过(ⅰ)0.3wt%，若在使用灯期间石英达到1100℃左右的温度时及(ⅱ)0.5wt%在800℃左右时。重要的是在石英中的钛的化合价应是正四价而不是正二价。若钛的化合价小于正四(即，如在TiO中的+2，)，石英变为黑色而不明亮和透光。TiO2数量的上限多少受熔凝石英制造过程的控制。若双掺杂熔凝石英是在氢还原气氛条件下制备，则超过500wppm的钛(即1000wppm)已导致石英变黑。所用的铈氧化物可以或者是Ce2O3，CeO2或者其混合物。最后，铕氧化物、二氧化钛和铈氧化物掺杂剂可全部或部分地用一种或更多种合适先质(precursor)来代替，这类先质包括金属有机化合物，例如醇盐、溶胶或凝胶、或囟化物。图1表明对壁厚为0.7mm的熔凝石英管材，在距离50cm处使用Perkins & Elmer Model Lambda 9uv/VIS/NIR双线摄谱仪所测得对应下述三种材料的220-800nm的紫外线和可见光的透射光谱(ⅰ)未掺杂熔凝石英，(ⅱ)掺有500WPPm钛和4000wppm铈的熔凝石英及(ⅲ)掺有500wppm铕、500wppm钛和4000wppm铈的熔凝石英。对于这三种材料的曲线在图1中分别被标为Q、A和B。如上面所解释的，铕、钛和铈是作为铕氧化物、钛二氧化物和铈氧化物存在于石英中。为进行该测量管材是17mm ID(内径)并已被切成半长。使用本专利技术的三掺杂石英(曲线B)的UV透射率的显著减小是立即表现出来的。图2表示对下列35瓦、直流工作的金属囟化物电弧放电灯的250-420mm的UV光谱(ⅰ)无罩式电弧室，用未掺杂GE214灯管制造，标为曲线Q，(ⅱ)有罩式电弧室，其中灯室和灯罩是用掺有钛二氧化物和铈氧化物(双搀杂)的熔凝石英灯管制造并包含作为氧化物存本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有至少９６ｗｔ％的ＳｉＯ↓［２］含量的透明、光透射材料，它包含铕氧化物、钛二氧化物和铈氧化物。

【技术特征摘要】
US 1992-6-1 8911361.具有至少96wt%的SiO2含量的透明、光透射材料，它包含铕氧化物、钛二氧化物和铈氧化物。2.按照权利要求1的材料，该材料是熔凝石英。3.如权利要求2的所述石英，其特征在于所述SiO2含量至少为99wt.%。4.按照权利要求1，2或3中的任何一种材料，其特征在于所述钛具有正四的化合价。5.包括光源的灯，它发射的UV和可见光辐射...

【专利技术属性】
技术研发人员：CE斯科特，CA西森，TG帕汉姆，GR阿伦，RL贝特曼，PG马修斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]