專利名稱：：適用于熒光燈的玻璃組合物,由所述玻璃組合物制造的燈泡和用所述玻璃組合物的燈泡裝置的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及用于燈泡的玻璃組合物，這種組合物含有氧化硅，氧化鋁，氧化鋇和至少兩種堿金屬氧化物。本發(fā)明也涉及包含密封玻璃燈泡的熒光燈，該玻璃燈泡是由這樣的一種玻璃組合物制造的。熒光燈的燈泡一般是由便宜的鈉鈣玻璃制造的。這種燈泡可以作成球泡狀或管狀的形式。管狀燈泡可以是直線形或者，例如，彎曲成U-型或螺旋形。燈泡也可以含有若干平行的直管，這些直管彼此由一架所謂的橋連接的。燈泡也包括兩個所謂的玻璃芯柱(stem)，這兩個玻璃芯柱能夠成為供電導體的通路。玻璃中鈉的存在對于玻璃的成形和加工具有有利的影響，因為鈉能降低玻璃的粘度，可是，它也會導致燈產(chǎn)生一系列的缺點。缺點之一是，玻璃中鈉的存在有害地影響了熒光燈的保養(yǎng)(maintenance)。在本文中保養(yǎng)這個術語可理解為它的含意是指在工作期間以流明表示的燈的光輸出的減少。在理想的場合下，在例如5000燃燒小時后燈的光輸出將等于零燃燒小時的光輸出。預計可以認為所述的減少是因為磷光體(熒光粉)由于玻璃中的鈉而中毒的事實造成的。存在于玻璃中的鈉也與充入燈泡的汞蒸汽進行反應，由此形成了汞齊。這個效應將伴隨著燈泡水銀的消耗。此外，這種效應是可見的，因為它引起了燈泡的發(fā)黑或發(fā)灰，因此有害的影響了所述燈泡的光的傳輸。為了抵消玻璃中鈉的有害作用，燈泡的內(nèi)表面可以設置例如Y2O3的保護涂層；可是，這需要另外的加工步驟。此外，在熔化一密封期間，在橋部位和芯柱部位的涂層消失了。因此需要使用具有低鈉含量的玻璃作為熒光燈的燈泡。在美國專利4,666,871說明書中，給出了供熒光燈使用的具有低鈉含量的玻璃。該已知玻璃可以含有0.2％摩爾(0-1.3％重量)的Na2O?？墒?，這種已知的玻璃仍有許多的不足之處。根據(jù)該實施例，所述已知玻璃含有大量的(約含30％重量)BaO，BaO是一種昂貴的原料。此外，這種組分將導致液體溫度的增加(T液)，因此導致了玻璃結晶趨勢明顯的增加。已知玻璃的另一個重要的缺點是，由這種玻璃制造玻璃管和燈泡是很困難的，因為它具有很窄的工作范圍(W.R.)和所述高的T液。W.R.可以理解為，它的含意是指玻璃的工作溫度(T工作)和軟化溫度(T軟化)之間溫差。為了制造玻璃管和燈泡，至少需要300℃的寬的W.R.。該已知玻璃的W.R.窄的多，這一點下面將要進行解釋。該已知玻璃可能含有達5％摩爾的PbO。使用PbO的缺點是由于PbO具有毒性。在制備鉛玻璃時，PbO通過霧化和蒸發(fā)而析入大氣中，因此這對環(huán)境和操作人員是有害的。當鉛玻璃經(jīng)受熱加工操作，例如彎曲、成形和熔封時，也析出PbO。PbO的其它缺點是它的原料價格高，熒光燈的光輸出減少，這種減少是由于在含鉛玻璃管熱加工期間PbO的蒸發(fā)和隨后PbO在熒光粉上的冷凝而引起的。本發(fā)明的一個目的是提供一種玻璃組合物，這種玻璃組合物能夠用于燈泡，這種玻璃組合物不含鈉或者具有很低的鈉含量，沒有上述的缺點。在現(xiàn)有的爐中熔化這種玻璃一定是可能的，而且這種玻璃必定很容易加工而形成玻璃管，隨后形成燈泡。這種玻璃也一定不含PbO和其它的揮發(fā)性的、有毒的或腐蝕性的組分例如Sb2O3，As2O3和F。與已知的玻璃不同，根據(jù)本發(fā)明的玻璃優(yōu)選地不含B2O3和ZrO2。B2O3是有害的，因為它昂貴，并且對于玻璃爐的耐火材料有侵蝕性的。ZrO2有害地影響了玻璃的可熔性。其物理特性也可與常用含鈉玻璃的物理特璃性相比美。本發(fā)明還涉及提供包含燈泡，特別是包含管狀燈泡的汞蒸汽熒光燈，這種燈泡是由這樣的玻璃組合物制造的，在燈工作期間，這種燈具有很好保全的光輸出；也就是說光輸出隨時間變化而沒什么減少。根據(jù)本發(fā)明，下述的玻璃組合物可實現(xiàn)了這些目的，這種玻璃組合物，以重量百分數(shù)表示，包含下列重要的成份SiO255-70Al2O32-6Li2O0.5-4Na2O＜0.1K2O10-15MgO0-3CaO0-4SrO4-7BaO7-10CeO20-0.5所述玻璃具有低鈉含量和有利的熔化與加工特性，這些特性下文將進行敘述。這種玻璃組合物很適合于拉制玻璃管，很適合于用作熒光燈的燈泡，特別適合于小型熒光燈(CFL)的管狀燈泡，在小型熒光燈中，由于燈泡直徑較小，管壁負荷高于“TL”燈(一般的直管熒光燈)。也能夠合適地使用這種玻璃來制造熒光燈例如QL燈(石英燈)的球泡形燈泡。這種玻璃也能夠合適地用于制造燈泡其它另件，例如芯柱。燈泡玻璃沒有Na2O或者幾乎沒有Na2O將會導致燈的汞消耗較低。因此，加入熒光燈中的汞量可能少于引入一般含鈉燈泡的汞量；這對于環(huán)境具有顯著的有利影響。這種玻璃組合物不包含上述有害璃的組分PbO，F(xiàn)，As2O3和Sb2O3。昂貴的BaO的含量相當?shù)纳?。根?jù)本發(fā)明的玻璃的SiO2含量限制在55-70％重量的范圍內(nèi)。與其它的組份相組合，所述的SiO2含量將導致得到很容易熔化的玻璃。SiO2用作網(wǎng)絡形成物。如果SiO2的含量低于55％重量，則玻璃的內(nèi)聚力和抗化學能力將減少。如果SiO2的含量在70％重量以上，將會阻礙玻璃化過程，引起粘度變得太高，并增加了表面結晶的危險。Al2O3會改進抗化學能力和抗玻璃老化的能力。如果含量低于2％重量，則這種影響太小，玻璃的結晶傾向增加。如果含量高于6％重量，則玻璃的粘度和軟化溫度(T軟化)過分地增加，這有害地影響了玻璃的加工性。使用堿金屬氧化物Li2O和K2O作為融合劑，這導致了玻璃粘度的降低。如果在上述組合物中，使用了這兩種堿金屬氧化物，那末混合的堿效應將導致電阻增加和T液下降。此外，這兩種堿金屬氧化物都突出地決定了玻璃的膨脹系數(shù)α。這一點是很重要的，因為以玻璃沒有應力的方式使玻璃融合成芯柱玻璃和/或者電源導體，例如鍍銅鐵/鎳絲，這必定是可能的。如果堿金屬氧化物的含量低于指定的極限值，那末玻璃將具有太低的α值，T軟化將太高。如果高于指定的極限值，則α值將太高。Li2O導致T軟化下降要比K2O大，為了獲得很寬的W.R.(＝T工作-T軟化)，Li2O是合乎需要的。Li2O含量太高會引起T液過渡的增加。此外，Li2O是昂貴的組份，因此，從經(jīng)濟觀點來看，Li2O的含量也應受到限制。玻璃組合物最高含0.1％重量的Na2O。較高的Na2O含量將導致熒光燈的保全減少，并導致汞吸收的增加。BaO具有有利的特性，因為它會引起玻璃電阻的增加，和T軟的減少。如果BaO含量低于7％重量，則熔化溫度(T熔化)，T軟化和工作溫度(T工作)增加太多。如果高于10％重量，則液體溫度(T液)增加太多，由此結晶的趨勢也增加太多。堿土金屬氧化物SrO，MgO和CaO具有有利的特性，因為它們會導致T熔化下降。將所述的三種堿土金屬與BaO組合，可獲得最低的T液值。如果SrO的含量低于4％重量，則T液過度地增加。如果高于指定的極限值，則T軟化和T液過度地增加。根據(jù)本發(fā)明的玻璃具有有利的T液(約920℃)，因此在制造玻璃期間和由所述玻璃拉成玻璃管期間它幾乎不會有結晶的趨勢。由于有很寬的至少300℃的W.R.和很低的T軟化(＜700℃)，這種玻璃能加工成管形，不會出現(xiàn)通過，例如丹納過程所引起的任何問題。根據(jù)本發(fā)明的玻璃組合物可以利用BaSO4進行精制，因此這種玻璃可以含有達0.2％重量的SO3。這種玻璃另外可以含最高達0.05％重量的Fe2O3形態(tài)的雜質(zhì)，F(xiàn)e2O3由所使用的原料產(chǎn)生的。如果需要的話，可向玻璃中加入達0.5％重量的CeO2，以吸收不需要的紫外線。應該指出，在美國專利US-5,470,805說明書中，給出了熒光燈燈泡玻璃組合物的描述?？墒沁@種玻璃組合物含有5-9％重量的Na2O。為了獲得熒光燈滿意的保全和抑制汞吸收，燈泡內(nèi)表面設置了例如Y2O3的保護涂層。在根據(jù)本發(fā)明的玻璃組合物的場合下，這樣的涂層和由此而引起的另外的加工步驟都是多余的。本發(fā)明的這些方面和其它方面參照下述的實施方案進行說明將是更加清楚的。附圖中圖1是熒光燈的示意剖面圖，圖2是小型熒光燈的主視圖。熔化下表第二欄表示的根據(jù)本發(fā)明的玻璃組合物。熔化操作在1450℃的燃氣爐中在鉑金坩堝中進行。使用石英砂，鋰輝石(Li2O、Al2O3、4SiO2)，白云石(CaCO3、MgCO3)和Li，K，Sr和Ba的碳酸鹽作為原料。使用BaSO4作為精制劑。在熔化和進一步加工期間，未出現(xiàn)特殊問題。為比較起見，下表也列出了根據(jù)美國專利US-4,666,871說明書的具有低鈉含量的玻璃實例。表1</tables>此表中符號具有下列的意義α25-3025℃-300℃之間的平均膨脹系數(shù)T應變(℃)η(粘度)＝1014.5dPa.S的溫度，稱為應變點。T退火(℃)η(粘度)＝1013.0dPa.S的溫度，稱為退火點。T軟化(℃)η(粘度)＝107.6dPa.S的溫度，稱為軟化點。T工作(℃)η(粘度)＝104.0dPa.S的溫度，稱為工作溫度。T熔化(℃)η(粘度)＝102.0dPa.S的溫度，稱為熔點。rho(歐姆·厘米)比電阻TK100(℃)rho＝108歐姆·厘米的溫度。Trho(℃)rho＝106.52歐姆·厘米的溫度。log(rho)250250℃時以10為底rho的對數(shù)。log(rho)350350℃時以10為底的rho的對數(shù)。T液體(℃)某一溫度，高于此溫度玻璃不再發(fā)生結晶。s.m.(千克/分米3)密度。W.R.(℃)工作范圍＝T工作-T軟化根據(jù)本發(fā)明的玻璃組合物具有低鈉含量，低T液體和寬闊的W.R.。所述的低的T液體能夠使玻璃拉成不含晶體的管。寬闊的W.R.和低的T軟化對成形過程，例如對丹鈉過程具有有利的影響。圖1是包含管狀燈泡10的熒光燈的示意剖面圖，管狀燈泡10的截面是圓的，它是由具有根據(jù)本發(fā)明的組合物的玻璃制造的。提供了與白熾線圈13相連的電源線12，以便穿過燈泡10的壁。在燈泡10的內(nèi)表面設置了一層螢光粉(磷光體)14。在燈泡10的內(nèi)部有金屬汞15，在熒光燈引火后，金屬汞進行蒸發(fā)。在燈泡密封前，燈泡充有壓力為730帕的氬氣。在燃燒1000小時后的燈的光輸出(流明數(shù))僅減少了相當于開始工作時(0小時)的光輸出量的2％。在燃燒5000小時后，光輸減少了10％。因此，該燈的保全類似于具有Y2O3內(nèi)涂層的燈的情況。圖2是小型熒光燈的主視圖。此燈是由4根細的平行的燈泡1組成(圖中只畫出了兩根)，這些燈泡是由具有根據(jù)本發(fā)明的組合物的玻璃制造的。這些燈泡彼此利用橋4連接。此燈也包含有一個供容納電子線路的燈座2和一個螺紋燈架插頭3，插頭3擰入照明器中，通過照明器供應電網(wǎng)電壓。由于管壁荷載相當大，所以在這種類型的燈中使用具有低鈉含量的玻璃是特別有利的。根據(jù)本發(fā)明的玻璃是(基本上)不含Na2O的。由于在這種熒光燈的燈泡中應用了這種類型的玻璃，所以消除了鈉對磷的中毒問題。此外，抵制了汞齊的形成。這兩個效應改進了燈的保全，也就是說，在工作期間此燈的光輸出只是很慢地隨間時間減少。使用這種類型的玻璃也會導致這種燈的汞消耗較低。因此，加入到這種熒光燈中的汞量可能要比加入到由一般的含鈉燈泡組成的熒光燈中的汞量少；這種燈對于環(huán)境具有相當大的有利影響。在熒光燈中，使用這樣的具有低鈉含量的玻璃將會使例如Y2O3的內(nèi)保護涂層成為多余。這種玻璃的另外一個優(yōu)點在于它的W.R.寬，T軟化低和T液體有利，因此，這種玻璃可以拉成玻璃管，而不會出現(xiàn)任何問題。權利要求1.用于燈泡組分的玻璃組合物，這種組合物含有二氧化硅，氧化鋁，氧化鋇和至少兩種堿金屬氧化物，其特征在于這種玻璃組合物，以重量百分數(shù)表示含有下列重要成份SiO255-70Al2O32-6Li2O0.5-4Na2O＜0.1K2O10-15MgO0-3CaO0-4SrO4-7BaO7-10CeO20-0.52.權利要求1組合物的玻璃制造的燈泡。3.權利要求2的燈泡，其特征在于此燈泡是管狀的。4.含有密封玻璃燈泡的熒光燈，該熒光燈裝有電極，電極與電源線相連，在熒光燈工作期間兩電板之間發(fā)生放電，所述燈泡充有氣體和汞或汞合金，在熒光燈工作期間，汞或汞合金至少部分地蒸發(fā)，和在燈泡壁內(nèi)表面上設置一層物質(zhì)，這層物質(zhì)至少含有一種磷光體，其特征在于此燈泡是權利要求1組合物的玻璃制作的。全文摘要一種具有低鈉含量(鈉含量<0.1%重量的Na文檔編號H01J61/30GK1196713SQ97190817公開日1998年10月21日申請日期1997年5月5日優(yōu)先權日1996年5月13日發(fā)明者B·菲梅爾,G·H·A·M·范德爾斯特申請人:菲利浦電子有限公司