[发明专利]一种优化的铋铟汞合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种固态汞合金材料，具体是低气压汞放电灯用的一种优化的铋铟汞合金。

背景技术

低气压汞放电灯内汞原子被激发产生253.7nm紫外辐射，253.7nm紫外激发荧光粉，转换为可见光。低气压汞放电灯发光效率与汞原子浓度有关，也即与汞蒸汽压值有关，灯内存在一最佳汞蒸汽压值，最佳汞蒸汽压值与管径对应，管径越小，最佳汞蒸汽压值越大。资料介绍：φ38mm（T12）低压汞灯，最佳汞蒸汽压值约0.8 Pa，我们通过测试测得：φ12mm节能灯，最佳汞蒸汽压值约1.2Pa；φ10mm节能灯，最佳汞蒸汽压值约1.5Pa，φ8mm节能灯，最佳汞蒸汽压值约1.7Pa。

随着对节能灯光效、色坐标等指标要求的提高，控制汞蒸汽压型汞合金应同时满足三个条件：一、对特定管径的低气压汞放电灯，工作温度区域△T95宽，一般要求△T95＞30℃。二、当汞合金失汞后，△T95与初始范围重叠的温度区域越大越好。三、汞合金的熔融温度高于或接近△T95的最高工作温度。△T90指灯的相对光输出大于90%所对应汞合金连续的工作温度范围，△T95指灯的相对光输出大于95%所对应汞合金连续的工作温度范围。△T95与汞合金控制汞蒸汽压的性能有关，在较宽的温度范围内能将汞蒸汽压稳定在很窄的范围内的波动范围且汞蒸汽压的平均值获中心值与灯所需的最佳汞蒸汽压一致，则△T95越大或越宽，两个条件缺一不可。同一汞合金在不同管径的低气压汞放电灯中，△T95的范围不同；一般而言，管径越小，△T95越小。汞合金含汞比例降低50%后，要求重叠的温度区域>20℃。这样便于选择汞合金的工作温度区域，既保证灯的发光效率和一致性，同时保证灯参数在长时间燃点后不会因汞合金特性的变化而大幅变化，即减少“汞合金光衰”。汞合金的熔融温度指汞合金可以流动的起始温度，介于固相温度与液相温度之间，用Te表示。Tmax指△T95的最高温度。汞合金的熔融温度高于或接近最高工作温度是指Te≥Tmax-5℃。当Te=Tmax-5℃时，假如汞合金实际工作温度为Tmax，汞合金可能流入灯内，但汞合金中仍存在一定比例的固体成分，流入灯内的机率小。当汞合金的熔融温度远低于实际工作温度时，液态或熔融态的铋铟汞合金易流入灯内，破坏原设计，导致灯的光电参数劣化，导致阴极发黑，光通量下降，寿命降低等问题。

专利CN1776882A公开了一种铋铟汞合金，其中Bi、In、Hg质量含量分别为60-70%、25%-35%、3%-8%，还含有质量含量为0.1%-3.5%的参杂元素，参杂元素为Pt、Ir、Pb、Rh、Cu、Ag、Au、Zn、Ni、Mn、Fe、Co、Ti中的至少一种，该方案铟含量较高，95-110℃温度区域内拐点处的汞蒸气压值（最小汞蒸气压值）低于0.75Pa，对φ12mm、φ10mm、φ8mm的节能灯而言，远小于其所需的最佳汞蒸汽压，所以△T95均小于30℃。该合金熔融温度约为103℃，远小于△T95的最高工作温度，既不满足上述条件一，也不满足上述条件三。

专利US4157485A公开了一种铋铟汞合金，铋的原子数与铟的原子数之比在0.4:0.6和0.7:0.3之间，汞的原子数与铋和铟的原子数和之比在0.01:0.99和0.15:0.85之间,换算为质量比范围是Bi:In:Hg=41.2～72.1 : 17.0～34.0 : 1.0～17.5，这是早期针对粗管径荧光灯研究的成果，其中有很大的区域不可实施，该合金方案未对于φ12mm、φ10mm、φ8mm节能灯进行适应性的研究和阐述，不满足控制汞蒸汽压型汞合金所应具备的条件。在这一专利指导下，过去二十年中最常用的配方为：Bi:In:Hg=（64-67）:（30-33）:（3.5-6），在节能灯应用时，一直出现灯参数离散性大、汞合金光衰大、汞合金熔融流入灯内等问题，这些问题始终没能得到解决。如传统典型B铋铟汞Bi:In:Hg=65:31.5:3.5，其中铋铟原子数之比为Bi:In = 1.13:1，铋铟质量之比为Bi:In = 2.1:1，传统认为的工作温度区域70-135℃内，汞蒸汽压为：70℃时0.6Pa——90℃时0.8Pa——105℃时0.5Pa——125℃时1.2Pa——135℃时1.7Pa，在该温度区域内相对液汞具有较高的发光效率。但因铋铟汞合金在中间温度约105℃时，汞蒸汽压会下降，降到0.5Pa，对于26mm以上的荧光灯存在较大的△T95范围，对于φ12mm、φ10mm、φ8mm节能灯△T95均较小。传统的铋铟汞合金尽管可以工作到125℃甚至更高，但由于液相点的温度只有110℃，熔融温度只有103℃，设计的工作区域与熔融温度失配，在工作超过110℃温度时使用困难。