[发明专利]用于汞分配装置的材料组合物和含有所述材料组合物的装置

说明书

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。

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。

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RoHS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≥9mm的线性三波段磷光体和具有长寿命(≥25,000h)的三波段磷光体中小于3mg；在具有正常寿命并且管径≥17mm的线性三波段磷光体中小于3.5mg；在具有长寿命(≥25,000h)的线性三波段磷光体中小于5mg。

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。

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。

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。

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Ti_xZr_yHg_z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。

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℃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℃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℃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。Ti₃Hg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轧而得到的经粉末涂覆的金属条带的形式来实现。

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℃至400℃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)可容易地被添加到汞分配化合物中，目的是对干扰管运行的气体，例如CO、CO₂、O₂、H₂和H₂O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。

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。

为了克服这些问题，已经研究了向Ti₃Hg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。

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。