專利名稱：一種小管徑用鉍錫銦汞合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固態(tài)汞合金材料，具體是低氣壓汞放電燈用的鉍錫銦汞合金。
背景技術(shù)：
目前帶罩緊湊型熒光燈或高管壁負(fù)載緊湊型熒光燈主要用Bi-Pb-Sn-Hg、 Bi-In-Hg、In-Pb-Sn-Hg三類可控制汞蒸汽壓型汞合金。Bi-Pb-Sn-Hg除了含少量汞外，還含較大比例的鉛Pb，不符合環(huán)境保護(hù)的要求，將被限制使用。Bi-In-Hg第一峰值汞蒸汽壓偏低，工作溫度區(qū)域中間存在汞蒸汽壓明顯下降的拐點，對于直徑4)〈10min的小管徑緊湊型熒光燈，AT95遠(yuǎn)小于30。C， 一般為10-15°C，工作溫度區(qū)域窄，AT95指燈的相對光輸出>95%所對應(yīng)汞合金連續(xù)工作溫度范圍。使用Bi-In-Hg汞合金的燈離散性大，平均光通量低。鉍銦汞合金熔融溫度一般為105°C，實際使用工作溫度一般均超過115°C，遠(yuǎn)小于最高工作溫度，當(dāng)排氣管朝上燃點時，液態(tài)或熔融態(tài)的鉍銦汞合金易流入燈內(nèi)，導(dǎo)致燈的光電參數(shù)劣化。In-Pb-Hg、 In-Pb-Sn-Hg汞合金工作特性好，熔融溫度高于或接近最高工作溫度，但含較大比例的鉛Pb，同樣將被限制使用。
在設(shè)計帶罩緊湊型熒光燈或高管壁負(fù)載緊湊型熒光燈用汞合金時，要求汞合金同時滿足三個條件 一、工作溫度區(qū)域AT95越大越好， 一般要求AT95〉30。C; 二、當(dāng)汞合金失汞后，AT95與初始范圍重疊的溫度區(qū)域越大越好，含汞比例降低50%后， 一般要求重疊的溫度區(qū)域〉20。C;三、汞合金的熔融溫度高于或接近AT95的最高工作溫度。
在2008年2月14日公開的專利W02008017654，公開了一種鉍錫銦汞合金，其權(quán)利要求l、 2、 3、 5因?qū)＠?00610037828. X而不具有新穎性。從權(quán)利要求3、 5、 6及其多個實施方案看，鉍錫的質(zhì)量比為鉍Bi/錫Sn"1.55，選擇在鉍錫二元共晶點鉍Bi/錫Sn=l. 33附近，合金的熔融溫度低于AT95的最高工作溫度。如其方案中汞的質(zhì)量取0.7%，即Bi58Sn38In3Hg0. 7時，對T3、 T2燈管AT95的最高工作溫度均超過150°C ，合金的熔融溫度低于130°C;汞的質(zhì)量取1. 2%，即Bi57Sn37In5. 5HgL 2時，對T3、 T2燈管AT95的最高工作溫度均超過14(TC，熔融溫度低于128C，排氣管朝上燃點時，汞合金易流入燈內(nèi)，不符合條件三。該專利中由于銦的質(zhì)量含量偏低，汞的質(zhì)量含量偏低，加入燈內(nèi)特定量的汞所對應(yīng)的汞合金量大，成本高，而且放置困難。
在2008年1月31日公開的專利W02008012729，公開了一種鉍錫銦汞合金，鉍的質(zhì)量含量為30-70%，錫的質(zhì)量含量為25-67%，銦的質(zhì)量含量為3-5%，汞的質(zhì)量含量為0.5-2.5% 。優(yōu)選方案是銦的質(zhì)量含量為3_4%，汞的質(zhì)量含量為0. 5_1. 0%。當(dāng)汞的質(zhì)
量含量取值大時，如2.0%或2.5%，由于含銦量低，汞合金工作溫度范圍AT95小，不符合條件一。方案中鉍錫含量范圍大，要可實施，汞的質(zhì)量含量只能取偏下限值，如其權(quán)利要求
5所述汞的質(zhì)量含量為0.5-1.0%。當(dāng)汞的質(zhì)量含量取值小時，加入燈內(nèi)特定量汞所對應(yīng)
的汞合金量量大，成本高，放置困難。另其權(quán)利要求汞合金組份配比的大部分區(qū)域內(nèi)，汞合
金的熔融溫度低于AT95的最高工作溫度，如汞的質(zhì)量取1.0%時，Bi55Sn42In3Hg1.0時，對T3、 T2燈管AT95的最高工作溫度均超過145。C，合金的熔融溫度卻低于13CTC 。不符合條件三。
在2006年7月19日公開的中國專利200610037828.X，公開了一種鉍錫銦汞合金，含有質(zhì)量含量如下的組分鉍Bi30-70。/。，錫Sn10-50%,銦In0-20%，汞Hg3-12。/。。該方案中汞Hg3-12%，含量過高，銦化合物分解及固液兩相共存兩種穩(wěn)定蒸汽壓的作用不足以維持蒸汽壓的穩(wěn)定，工作溫度范圍AT95小，不符合條件一。當(dāng)銦含量為0-5%，汞Hg6-12%，汞合金幾乎失去控制汞蒸汽壓的功能；當(dāng)汞的質(zhì)量含量為3%時，無論怎樣選擇鉍錫銦的質(zhì)量含量，對T3、 T2燈管，AT95難以達(dá)到3(TC,當(dāng)汞的質(zhì)量含量為6%時，無論怎樣選擇鉍錫銦的質(zhì)量含量，對T3、 T2燈管，AT95<25°C。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足，提供一種同時滿足以下特性的低氣壓汞放電燈用鉍錫銦汞合金1、熔融溫度高于或接近AT95的最高工作溫度。2、對于直徑4X10隱的燈管，工作溫度區(qū)域為90-133°C， AT95〉30。C。 3、不含鉛。4、保證性能前提下汞的質(zhì)量含量最大化，使用成本低，容易放置。
低氣壓汞放電燈內(nèi)汞原子被激發(fā)產(chǎn)生253. 7nm紫外輻射，253. 7nm紫外激發(fā)熒光粉，轉(zhuǎn)換為可見光。當(dāng)汞原子濃度較低時，隨汞原子濃度增加，253.7nm紫外輻射增加，發(fā)光效率提高；汞原子輻射出的253.7nm紫外線照射在鄰近的基態(tài)汞原子上，產(chǎn)生共振吸收，當(dāng)汞原子濃度繼續(xù)升高時，隨汞原子濃度增加，產(chǎn)生共振吸收的汞原子可能和其他電子、原子發(fā)生碰撞，不能重新輻射出253.7nm的紫外光子，從而導(dǎo)致253. 7nm紫外轉(zhuǎn)換效率降低，發(fā)光效率降低。低氣壓汞放電燈發(fā)光效率與汞原子濃度有關(guān)，也即與汞蒸汽壓值有關(guān)，燈內(nèi)存在一最佳汞蒸汽壓值，最佳汞蒸汽壓值與管徑對應(yīng)，管徑越小，最佳汞蒸汽壓值越大；而且小管徑燈發(fā)光效率隨汞蒸汽壓值波動敏感度更大。資料介紹4>38mm (T12)低壓汞燈，最佳汞蒸汽壓值約0. 8 Pa，我們通過測試測得4)12ram節(jié)能燈，最佳汞蒸汽壓值約1.2 Pa; d)8mm節(jié)能燈，最佳汞蒸汽壓值約1. 7 Pa。傳統(tǒng)上以AT90來衡量控制汞蒸汽壓型汞合金的工作溫度范圍，AT90指燈的相對光輸出〉90%所對應(yīng)汞合金連續(xù)的工作溫度范圍，相對光輸出指汞合金在特定溫度下燈的光通量與最大光通量之比。隨著低氣壓汞放電燈的發(fā)展，對燈和汞合金的質(zhì)量要求將更嚴(yán)格，△T90作為衡量控制汞蒸汽壓型汞合金性能的指標(biāo)已顯得過于粗糙。AT95指燈的相對光輸出〉95%所對應(yīng)汞合金連續(xù)的工作溫度范圍。AT95與汞合金控制汞蒸汽壓的性能有關(guān)，包括相對穩(wěn)定的汞蒸汽壓波動范圍及該范圍內(nèi)的平均值；AT95也與管徑有關(guān)，同一汞合金在不同管徑的低氣壓汞放電燈中，AT95的范圍不同； 一般而言，管徑越小，AT95越小。
汞合金的固相溫度指汞合金由固態(tài)向固溶體轉(zhuǎn)化的臨界溫度，汞合金的液相溫度指汞合金完全為液體的起始溫度，汞合金在低氣壓汞放電燈的實際應(yīng)用中，我們常測量汞合金的熔融溫度，汞合金的熔融溫度指汞合金可以流動的起始溫度，介于固相溫度與液相溫度之間，用Te表示。Tmax指AT95的最高溫度。汞合金的熔融溫度高于或接近最高工作溫度是指Te^Tmax-5'C。當(dāng)Te^max-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(nèi)，但汞合金中仍存在一定比例的固體成分，流入燈內(nèi)的機率小。鉍錫銦汞合金中，由于鉍錫合金二元共晶點鉍Bi/錫Sn=l. 33對應(yīng)的二元合金液相溫度為139°C，加入一定量的銦、束后，鉍錫銦汞合金的熔融溫度一般低于130°C，當(dāng)選擇鉍Bi/錫Sn〉1.85遠(yuǎn)離鉍Bi/錫Sn=l. 33附近可提高熔融溫度至135°C，添加少量其它金屬組成的五元、六元合金，熔融溫度可再提高，但提高幅度小。當(dāng)汞合金的熔融溫度遠(yuǎn)低于實際工作溫度時，液態(tài)或熔融態(tài)的鉍錫銦汞合金易流入燈內(nèi)，出現(xiàn)難以預(yù)測的情況，破壞原設(shè)計，導(dǎo)致燈的光電參數(shù)劣化。如圖1所示，液態(tài)或熔融態(tài)的汞合金2易通過排氣管1內(nèi)壁與玻璃棒3之間的間隙4流入燈內(nèi)A、 B、 C、 D中的一處或多處，均破壞原設(shè)計，燈內(nèi)汞蒸汽壓變化，導(dǎo)致燈的光電參數(shù)變化。如汞合金流入燈內(nèi)B處會導(dǎo)致蒸汽壓瞬時激劇上升，光通量大幅下降，同時汞合金被加熱蒸散至管壁，導(dǎo)致管壁發(fā)黑。
控制汞蒸汽壓型汞合金應(yīng)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(qū)域AT95越大越好， 一般要求AT95〉3(TC。 二、當(dāng)汞合金失汞后，AT95與初始范圍重疊的溫度區(qū)域越大越好。含汞比例降低50%后，要求重疊的溫度區(qū)域〉2(TC。這樣便于選擇汞合金的工作溫度區(qū)域，既保證燈的發(fā)光效率和一致性，同時保證燈參數(shù)在長時間燃點后不會因汞合金特性的變化而大幅變化。三、汞合金的熔融溫度高于或接近AT95的最高工作溫度。熔融溫度如不能高于AT95的最高工作溫度，應(yīng)確保汞合金的液相溫度高于AT95的最高工作溫度，熔融溫度接近AT95的最高工作溫度，即Te^Tmax-5。C。在滿足這些使用的必需條件時應(yīng)提高汞的質(zhì)量含量，減少加入燈內(nèi)的汞合金量，既降低汞合金的使用成本，又使汞合金容易放置在排氣管中。對于特定量的汞，汞的質(zhì)量含量高的其對應(yīng)的汞合金量少，這對于做燈來說是十分必要的，因為隨著低氣壓汞放電燈進(jìn)一步小型化，排氣管內(nèi)徑減小，大量或多粒親合金放置在排氣管中將非常困難。當(dāng)燈內(nèi)需加入2mg汞，含汞1%的鉍錫銦汞合金需加入200mg，含汞2. 5%的鉍錫銦汞合金只需加入80mg， 200mg的重量和體積均是80mg的2.5倍。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，鉍錫銦汞合金是含有鉍錫銦汞的合金，鉍的質(zhì)量含量為58-66%，錫的質(zhì)量含量為25-32%，銦的質(zhì)量含量為6. 4-9. 5%,汞的質(zhì)量含量為1. 6-2.8% 。鉍錫的質(zhì)量比為鉍Bi/錫Sn〉1.85。
鉍的質(zhì)量含量為58-66%，錫的質(zhì)量含量為25-32%，鉍Bi/錫Sn>l. 85是為了提高汞合金的熔融溫度，保證Te》Tmax-5。C。當(dāng)鉍的質(zhì)量含量為61-63%，錫的質(zhì)量含量為28-30%，鉍Bi/錫Sn〉2.0，可以進(jìn)一步提高熔融溫度，同時保持鉍錫銦汞合金控制、穩(wěn)定汞蒸汽壓的性能。本發(fā)明的鉍錫銦汞合金熔融溫度最高可至132°C。
銦的質(zhì)量含量為6.4-9.5%,汞的質(zhì)量含量為1.6-2.8%，保持AT95符合要求的前提下，汞的質(zhì)量含量最大化，是通過適當(dāng)提高銦的質(zhì)量含量來保證鉍錫銦汞合金控制、穩(wěn)定汞蒸汽壓的性能。具體可以是銦的質(zhì)量含量為6.5-8.5%,汞的質(zhì)量含量為2.0-2.6%。
汞的質(zhì)量含量為1.6%時，選擇鉍錫銦的質(zhì)量含量，對外徑為8 mm的低氣壓汞放電燈而言，AT95約為38'C，對外徑為9 mm的低氣壓汞放電燈，AT95>38°C。部分帶罩燈存在燈頭朝上和燈頭朝下兩種方式燃點，對汞合金AT95的值要求大，這樣只好通過適當(dāng)降低汞的質(zhì)量含量來取得較大的AT95值。當(dāng)汞〈1.5%時，銦的質(zhì)量可取3-5%，但加入燈內(nèi)的汞合金量大，成本高，放置困難。汞的質(zhì)量含量取1.6%，是一種對直徑4XI0mm的燈管AT95>35°C，性價比高、放置于排氣管相對容易的方案。
汞的質(zhì)量含量為2.8%時，選擇鉍錫銦的質(zhì)量含量，對外徑為8皿的低氣壓汞放電燈而言，AT95約為32。C (90°C-122°C)，對外徑為9 ram的低氣壓束放電燈，AT95〉32。C。當(dāng)銦In <6.0%時，AT95<30°C。汞的質(zhì)量含量取3. 0%時，調(diào)整鉍錫銦的質(zhì)量含量，對外徑為8 mm的低氣壓汞放電燈，AT95為25-30°C， AT95<30'C。汞的質(zhì)量含量取2.8%，是一種對直徑4)〈10nmi的燈管AT95〉3(TC，汞的質(zhì)量含量最大化、成本低、容易放置于排氣管的方案。
本發(fā)明的鉍錫銦汞合金在工作溫度區(qū)域能穩(wěn)定地控制燈內(nèi)束蒸汽壓在2.3Pa附近，對直徑4 <10n n的低氣壓汞放電燈在工作溫度區(qū)域具有穩(wěn)定的汞蒸汽壓，燈獲得接近最佳的發(fā)光效率，產(chǎn)品的穩(wěn)定性、 一致性好。汞合金含汞比例降低50%時，燈的相對光輸出>95%所對應(yīng)的汞合金連續(xù)工作溫度范圍比初始AT95更寬，AT95與初始范圍重疊的溫度區(qū)域>25°C。本發(fā)明的鉍錫銦汞合金因銦的質(zhì)量含量相對較高，改變銦的質(zhì)量含量，調(diào)節(jié)工作溫度區(qū)域汞蒸汽壓的平均值，可使多種管徑的燈獲得最佳發(fā)光效率。
本發(fā)明按以上所述的合金配比后，可以用常規(guī)的熔融滴制成球丸的方法制造，也可以是用常規(guī)的模鑄成球丸或圓柱體的方法制造，也可以是用常規(guī)的壓制成球丸或圓柱體的方法制造。


圖1是汞合金放置在燈中的放大示意圖。
附圖標(biāo)記說明1-排氣管 2-汞合金 3-玻璃棒 4-排氣管內(nèi)壁與玻璃棒之間的間隙A-燈內(nèi)壁彎管處 B-燈絲 C-內(nèi)導(dǎo)絲 D-銦網(wǎng)
圖2是幾種配方鉍錫銦汞合金在外徑為8 mm的低氣壓汞放電燈中相對光輸出隨汞合金溫度變化特性曲線。
附圖標(biāo)記說明T！ (%)—指相對光輸出 rc—指汞合金的溫度
具體實施例方式
實施例l:鉍錫銦汞合金按質(zhì)量比(m/m)配比Bi: Sm In: Hg = 58: 29.7: 9.5:2.8經(jīng)熔融滴制成球丸，應(yīng)用在管徑4>8 mm,功率5-llw帶外泡殼緊湊型熒光燈中，平均光效高，燈的光輸出穩(wěn)定性、 一致性好。
實施例2:鉍錫銦汞合金按質(zhì)量比(m/m)配比Bi: Sn: In: Hg = 59: 29.3: 9.0:2.7經(jīng)熔融滴制成球丸，應(yīng)用在管徑》8 mm，功率7-13w帶外泡殼緊湊型熒光燈中，平均光
效高，燈的光輸出穩(wěn)定性、 一致性好。
實施例3:鉍錫銦汞合金按質(zhì)量比(m/m)配比Bi: Sn: In: Hg = 58.5: 30.9: 8:2.6經(jīng)熔融滴制成球丸，應(yīng)用在管徑《3>8 mm，功率7-2(k帶外泡殼緊湊型熒光燈中，平均光效高，燈的光輸出穩(wěn)定性、 一致性好。
實施例4:鉍錫銦汞合金按質(zhì)量比(m/m)配比Bi: Sn: Im Hg = 63: 26: 8.5:2. 5經(jīng)熔融滴制成球丸，應(yīng)用在管徑4> 9mm或cb 8 mm，功率7-20w帶外泡殼緊湊型熒光燈中，平均光效高，燈的光輸出穩(wěn)定性、 一致性好。
實施例5:鉍錫銦汞合金按質(zhì)量比(m/m)配比Bi: Sn: In: Hg = 58.2: 32: 7.5:2.3經(jīng)熔融滴制成球丸，應(yīng)用在管徑4)8 mm，功率7-20w帶外泡殼緊湊型熒光燈中，平均光效高，燈的光輸出穩(wěn)定性、 一致性好。
實施例6:鉍錫銦汞合金按質(zhì)量比(m/m)配比Bi: Sn: In: Hg = 62: 29.1: 6.8:2.1經(jīng)熔融滴制成球丸，應(yīng)用在管徑4)8 mm,功率5-llw帶反射罩的緊湊型熒光燈中，平均實施例7:鉍錫銦汞合金按質(zhì)量比(m/m)配比Bi: Sn: Im Hg = 61: 30.5: 6.5: 2經(jīng)熔融滴制成球丸，應(yīng)用在管徑cb 9mm或cj) 8 ram，功率13-23w帶反射罩的緊湊型熒光燈中， 平均光效高，燈的光輸出穩(wěn)定性、 一致性好。
實施例8:鉍錫銦汞合金按質(zhì)量比(m/m)配比Bi: Sn: Im Hg = 66: 25: 7.2: 1. 8經(jīng)熔融滴制成球丸，應(yīng)用在管徑ci)9mm或4>8 mm，功率13_23w帶反射罩的緊湊型熒光燈 中，平均光效高，燈的光輸出穩(wěn)定性、 一致性好。
實施例9:鉍錫銦汞合金按質(zhì)量比(m/m)配比Bi: Sn: In: Hg = 64.8: 27: 6.5:
1. 7經(jīng)熔融滴制成球丸，應(yīng)用在管徑4) 9mm或4) 8 mm,功率13-28w帶反射罩的緊湊型熒光燈
中，平均光效高，燈的光輸出穩(wěn)定性、 一致性好。
實施例10:鉍錫銦汞合金按質(zhì)量比(m/m)配比Bi: Sn: In: Hg = 63: 29: 6.4:
1.6經(jīng)熔融滴制成球丸，應(yīng)用在管徑4)9mm或4)8mm，功率13-28w帶反射罩的緊湊型熒光燈
中，平均光效高，燈的光輸出穩(wěn)定性、 一致性好。
權(quán)利要求
1、一種小管徑用鉍錫銦汞合金，其特征在于鉍錫銦汞合金的熔融溫度高于或接近ΔT95的最高工作溫度，鉍錫銦汞合金是含有鉍錫銦汞的合金，鉍的質(zhì)量含量為58-66％，錫的質(zhì)量含量為25-32％，銦的質(zhì)量含量為6.4-9.5％，汞的質(zhì)量含量為1.6-2.8％，其中鉍錫的質(zhì)量比鉍Bi/錫Sn＞1.85。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小管徑用鉍錫銦汞合金，其特征在于鉍錫銦汞合金的 熔融溫度高于或接近AT95的最高工作溫度，具體是Te》Tmax-5。C。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小管徑用鉍錫銦汞合金，其特征在于所述的鉍錫銦汞 合金對于直徑4> <10醒的燈管，AT95的工作溫度區(qū)域為90-133°C， AT95>30°C。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小管徑用鉍錫銦汞合金，其特征在于所述的鉍錫銦汞 合金中鉍的質(zhì)量含量為6卜63%，錫的質(zhì)量含量為28-30%，鉍錫的質(zhì)量比鉍Bi/錫Sn〉2. 0。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小管徑用鉍錫銦汞合金，其特征在于所述的鉍錫銦汞 合金中銦的質(zhì)量含量為6.5-8.5%，汞的質(zhì)量含量為2.0-2.6%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種固態(tài)汞合金材料，具體是低氣壓汞放電燈用一種小管徑用鉍錫銦汞合金，同時滿足以下特性1.熔融溫度高于或接近ΔT95的最高工作溫度。2.對于直徑φ＜10mm的燈管，工作溫度區(qū)域為90-133℃，ΔT95＞30℃。3.不含鉛。4.保證性能前提下汞的質(zhì)量含量最大化，使用成本低，容易放置。鉍錫銦汞合金中鉍的質(zhì)量含量為58-66％，錫的質(zhì)量含量為25-32％，銦的質(zhì)量含量為6.4-9.5％，汞的質(zhì)量含量為1.6-2.8％，其中鉍錫的質(zhì)量比鉍Bi/錫Sn＞1.85。使用該汞合金的燈發(fā)光效率高，一致性好，成本相對較低，汞合金熔融流入燈內(nèi)導(dǎo)致光電參數(shù)劣化的機率小。
文檔編號C22C12/00GK101638737SQ20091004193
公開日2010年2月3日 申請日期2009年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月17日
發(fā)明者何志明 申請人:何志明