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1. 发明专利

TWI322188B 汞分配組成物 MERCURY DISPENSING COMPOSITIONS 失效
简体标题：汞分配组成物 MERCURY DISPENSING COMPOSITIONS
公开(公告)号：TWI322188B
公开(公告)日：2010-03-21
申请号：TW094147033
申请日：2005-12-28
申请人：沙斯格特斯有限公司
发明人：凡賽佐麻薩羅 , 史帝芬諾喬爾吉 , 美加波維希歐 , 克勞德巴夫特 , 歐席爾可洛沙
IPC分类号： C22C , H01J
CPC分类号： C22C14/00 , C22C7/00 , C22C30/02 , H01J61/28
摘要：本發明揭示用於將汞分配於燈中之組成物，其包含第一種成分，其包含汞和至少一種選自鈦和鋯之中的金屬；與第二種成分，其係由鋁或包括至少40重量%的鋁之化合物或合金所組成，其中在該第一種成分與第二種成分之間的重量比例為等於或低於9：1；隨意地，該組成物也可以包含一第三種成分，其係選自能夠與鋁進行放熱反應的金屬或氧化物。 Compositions for mercury dispensing in lamps are disclosed, comprising a first component comprising mercury and at least a metal selected between titanium and zirconium and a second component consisting of aluminum or a compound or an alloy including at least 40% by weight of aluminum, wherein the weight ratio between the first and the second component is equal to or lower than 9:1; optionally, the compositions may also include a third component, selected among metals or oxides able to react exothermically with aluminum. 【創作特點】本發明的目的為提供可滿足上述燈製造者的要求之汞分配組成物。
此項與其他目的係根據本發明利用包含下列成分的組成物而得：-第一種成分，A，其為包含汞和至少一種選自選自鈦和鋯之中的金屬之化合物；與-第二種成分，B，其係由鋁或包含至少40重量%的鋁之化合物或合金所組成；其中該成分A係以等於或低於該組成物總重量的90%之重量百分比存在。
另外，本發明組成物可隨意地包含一第三種成分，C，其係選自能夠與鋁進行放熱反應的金屬或化合物。含有此第三種成分的情況之可能組成物會在下文中報告。
於本說明的其餘部份中，有關成分A、B和C的組成的所有百分比，以及彼等的比例，除非另有不同的表明，否則都是以重量計算。
本案發明人發現本發明組成物(有二或三種成分者)，若經加熱到650℃，就能產生放熱反應，造成在數秒內有數百℃的局部溫度增加；此因而造成汞從含彼的化合物幾乎完全地發散，甚至於相對於現行使用程序，有較縮短的外部加熱時間。
以下將參考圖示而說明本發明。
本發明組成物的成分A為一種包含汞、至少一種選自鈦和鋯、及隨意地，也包含銅或銅/錫組合之化合物。適用於本發明目的之成分A為Ti-Hg化合物(且特別為Ti3Hg化合物)，為在美國專利第3,657,589號中所揭示者；Ti-Cu-Hg化合物，為在英國專利申請GB-A-2,056,490中所揭示者；以及Ti-Cu-Sn-Hg化合物，為在申請人名下的國際專利申請PCT/IT2 003/000389中所揭示者。
本發明組成物的成分B可為鋁；或者也可以使用含有至少40重量%的鋁且具有不高於鋁的熔化溫度之化合物或合金。為本發明目的，合金Al-Cu經證明為適當者，特別是其組成接近共熔性Al 68%-Cu32%者，具有組成Al 46.6%-Cu 53.4%的金屬間化合物或具有近似的組成之Al-Cu合金；另外，Al-Si合金也為適當者，例如組成相應於或近似於共熔性Al 87.3%-Cu 12.7%者，及Al-Cu-Sn合金。
最後，本發明組成物的選用成分C為能夠與鋁放熱地反應之金屬或化合物(通常為氧化物)。此第三種成分可選自過渡金屬，特別者Ni、Fe、Y、Ti和Zr、稀土元素，或某些氧化物諸如氧化鐵(Fe2O3)、氧化銅(CuO)、或氧化錳(MnO2)。
於有兩種成分(A和B)的組成物之情況中，成分A的重量可達組成物總重量的90%。於甚至更富含成分A的組成物中，成分B的量會過度地減少且因放熱性反應所致溫度增加不足以造成A中所含汞的完全釋出。
成分A含量高達兩成分組成物中的90重量%之狀況也可經由敘述A與B之間的重量比例可等於或低於9：1(A：B≦9：1)予以表達出。以第二種方式表達的此種狀況，基於上述理由，也在另外含第三種成分C的組成物情況中良好地保持。圖1顯示出可能組成物A-B-C的三相圖(重量%)。相應於最大A含量的二元組成物A-B為圖中的d點；於此圖中，A：B≦9：1的組成之範圍係由在聯結d點到代表成分C的頂點所得虛線之右手邊的所有組成表示。
即使圖1中線段d-C右手邊的所有組成都顯示出成分A中所含汞的快速且完全釋放效應，在如此界定的區之某些部份內的組成物經判斷為具有很小實際用途，因為，為了在燈內具有合意量的汞，此等組成物需要用到無用的大重量和大尺寸之裝置；對於成分C含量超過60重量%的組成物也有類似的問題。
較佳組成範圍因而為由圖1中的點d-e-f-g所劃分出者(陰影區)，其對應於下列重量百分比組成：d)A 90%-B 10%-C 0% e)A 36%-B 4%-C 60% f)A 10%-B 30%-C 60% q)A 10%-B 90%-C 0%
若成分C為氧化物，則因為鋁與氧反應的高放熱性，足以且較佳地使用小量的成分C，例如小於20重量%且甚至更佳者小於5重量%。
本發明組成物的二(或三)種成分可用不同的物理形式來使用。於元素型金屬的成分之情況中(如使用鋁作為成分B，或用金屬作為成分C)，可以用條狀或以其他構型形成的部份來使用此等成分，使成分A與彼等接觸或黏附於其上；例如，相似情況的本發明組成物可由成分A粉末碾軋在足夠厚的鋁片上或裝在鋁管內(成分B)而組成；或另外，可將成分A和B粉末(於此情況中，B較佳者為鋁合金，具有足耐碾軋之硬度者)碾壓在如鐵或鎳等金屬的條上。
不過，所有成分較佳地係以粉末形式使用，其粒子尺寸通常小於500微米，較佳者小於250微米，且更佳者小於125微米。
如此領域中所知者，於燈中通常也需要使用吸氣劑(getter)材料用以吸著對彼等的功能潛在地有害之微量氣體，例如氧氣、氫氣或水，廣用於此領域的吸氣劑材料的一例子為在美國專利第3,203,901號中揭示的具有組成Zr 84%-Al 16%之合金。
使用具有本發明組成物的粉末時，可以製出具有各種形狀的汞分散裝置，其某些例子經表於圖2至6之中；於此等裝置中，可以加入選用的吸氣劑材料，例如以粉末形式與本發明組成物混合，或分開地加到裝置內。
圖2顯示出僅由具有本發明組成物的壓縮粉末的錠片20所組成的汞分散器。圖3顯示出用有本發明組成物的粉末31塗覆的金屬條30；由此金屬條，可經由切割而得不連續的汞釋放用裝置(圖中沒有示出)。圖4顯示出由裝有本發明組成物42的容器41所組成之裝置40的截面。圖5顯示出一種燈工業中常用於吸氣劑裝置(亦即，在幾乎每一燈中都含有用來吸著其中所含有害氣體者)的另一種可能裝置的幾何結構之不連續的截面圖，於此情況中，裝置50係由具有孔洞52的金屬狹帶條51所構成，該孔洞52的邊緣53相對於狹帶條面為下凹；於經如此成形的腔洞中製造出本發明組成物的壓縮粉末的錠片54；該孔洞的存在也暴露出錠片中的背面，因而增加暴露出的粉末之面積且使汞的釋放最大化；該裝置50距孔洞52的最遠部份係用來固定到燈內的支撐體。最後，圖6顯示出根據美國專利第6,099,375號，整合著遮蔽電極、吸氣、和汞釋放等功能之裝置；裝置60係經由將類似於圖3的一狹帶條予以閉合(例如經由焊接點61)成環而形成，該狹帶條上面含有多種材料的軌跡；於此圖中的例子中，顯示出三條含本發明組成物的軌跡62、62’和62”以及二條含吸氣劑材料的軌跡63和63’。
要得到圖2、4和5所示類型的裝置時，可較佳地使用鋁作為成分B，其因有塑性，可在壓縮中形變且有利於此等裝置中所含粉末群之機械穩定性；反之亦然，於圖3和6中所示類型的裝置情況中(彼等通常係經由冷軋製成)，較佳地為使用鋁合金作為成分B，因為該合金相對於純金屬有較高的硬度，而有利於在碾軋中粉末對金屬條的固著。
使用本發明組成物之下，可以容易地在燈內得到具有低但精確且具再現性的汞分配量。於圖2、4和6類型的裝置中，可以使用有低成分A含量的組成物(例如在圖1中靠近線段f-g的組成物)，因而在裝置的尺寸和重量都相同之下減低汞含量；對於圖3和6的裝置，除了在組成物上操作之外，也可以控制不同材料條的寬度，因而控制每單位長度金屬條的汞給量。
简体摘要：本发明揭示用于将汞分配于灯中之组成物，其包含第一种成分，其包含汞和至少一种选自钛和锆之中的金属；与第二种成分，其系由铝或包括至少40重量%的铝之化合物或合金所组成，其中在该第一种成分与第二种成分之间的重量比例为等于或低于9：1；随意地，该组成物也可以包含一第三种成分，其系选自能够与铝进行放热反应的金属或氧化物。 Compositions for mercury dispensing in lamps are disclosed, comprising a first component comprising mercury and at least a metal selected between titanium and zirconium and a second component consisting of aluminum or a compound or an alloy including at least 40% by weight of aluminum, wherein the weight ratio between the first and the second component is equal to or lower than 9:1; optionally, the compositions may also include a third component, selected among metals or oxides able to react exothermically with aluminum. 【创作特点】本发明的目的为提供可满足上述灯制造者的要求之汞分配组成物。此项与其他目的系根据本发明利用包含下列成分的组成物而得：-第一种成分，A，其为包含汞和至少一种选自选自钛和锆之中的金属之化合物；与-第二种成分，B，其系由铝或包含至少40重量%的铝之化合物或合金所组成；其中该成分A系以等于或低于该组成物总重量的90%之重量百分比存在。另外，本发明组成物可随意地包含一第三种成分，C，其系选自能够与铝进行放热反应的金属或化合物。含有此第三种成分的情况之可能组成物会在下文中报告。于本说明的其余部份中，有关成分A、B和C的组成的所有百分比，以及彼等的比例，除非另有不同的表明，否则都是以重量计算。本案发明人发现本发明组成物(有二或三种成分者)，若经加热到650℃，就能产生放热反应，造成在数秒内有数百℃的局部温度增加；此因而造成汞从含彼的化合物几乎完全地发散，甚至于相对于现行使用进程，有较缩短的外部加热时间。以下将参考图标而说明本发明。本发明组成物的成分A为一种包含汞、至少一种选自钛和锆、及随意地，也包含铜或铜/锡组合之化合物。适用于本发明目的之成分A为Ti-Hg化合物(且特别为Ti3Hg化合物)，为在美国专利第3,657,589号中所揭示者；Ti-Cu-Hg化合物，为在英国专利申请GB-A-2,056,490中所揭示者；以及Ti-Cu-Sn-Hg化合物，为在申请人名下的国际专利申请PCT/IT2 003/000389中所揭示者。本发明组成物的成分B可为铝；或者也可以使用含有至少40重量%的铝且具有不高于铝的熔化温度之化合物或合金。为本发明目的，合金Al-Cu经证明为适当者，特别是其组成接近共熔性Al 68%-Cu32%者，具有组成Al 46.6%-Cu 53.4%的金属间化合物或具有近似的组成之Al-Cu合金；另外，Al-Si合金也为适当者，例如组成相应于或近似于共熔性Al 87.3%-Cu 12.7%者，及Al-Cu-Sn合金。最后，本发明组成物的选用成分C为能够与铝放热地反应之金属或化合物(通常为氧化物)。此第三种成分可选自过渡金属，特别者Ni、Fe、Y、Ti和Zr、稀土元素，或某些氧化物诸如氧化铁(Fe2O3)、氧化铜(CuO)、或氧化锰(MnO2)。于有两种成分(A和B)的组成物之情况中，成分A的重量可达组成物总重量的90%。于甚至更富含成分A的组成物中，成分B的量会过度地减少且因放热性反应所致温度增加不足以造成A中所含汞的完全发佈。成分A含量高达两成分组成物中的90重量%之状况也可经由叙述A与B之间的重量比例可等于或低于9：1(A：B≦9：1)予以表达出。以第二种方式表达的此种状况，基于上述理由，也在另外含第三种成分C的组成物情况中良好地保持。图1显示出可能组成物A-B-C的三相图(重量%)。相应于最大A含量的二元组成物A-B为图中的d点；于此图中，A：B≦9：1的组成之范围系由在联结d点到代表成分C的顶点所得虚线之右手边的所有组成表示。即使图1中线段d-C右手边的所有组成都显示出成分A中所含汞的快速且完全释放效应，在如此界定的区之某些部份内的组成物经判断为具有很小实际用途，因为，为了在灯内具有合意量的汞，此等组成物需要用到无用的大重量和大尺寸之设备；对于成分C含量超过60重量%的组成物也有类似的问题。较佳组成范围因而为由图1中的点d-e-f-g所划分出者(阴影区)，其对应于下列重量百分比组成：d)A 90%-B 10%-C 0% e)A 36%-B 4%-C 60% f)A 10%-B 30%-C 60% q)A 10%-B 90%-C 0% 若成分C为氧化物，则因为铝与氧反应的高放热性，足以且较佳地使用小量的成分C，例如小于20重量%且甚至更佳者小于5重量%。本发明组成物的二(或三)种成分可用不同的物理形式来使用。于元素型金属的成分之情况中(如使用铝作为成分B，或用金属作为成分C)，可以用条状或以其他构型形成的部份来使用此等成分，使成分A与彼等接触或黏附于其上；例如，相似情况的本发明组成物可由成分A粉末碾轧在足够厚的铝片上或装在铝管内(成分B)而组成；或另外，可将成分A和B粉末(于此情况中，B较佳者为铝合金，具有足耐碾轧之硬度者)碾压在如铁或镍等金属的条上。不过，所有成分较佳地系以粉末形式使用，其粒子尺寸通常小于500微米，较佳者小于250微米，且更佳者小于125微米。如此领域中所知者，于灯中通常也需要使用吸气剂(getter)材料用以吸着对彼等的功能潜在地有害之微量气体，例如氧气、氢气或水，广用于此领域的吸气剂材料的一例子为在美国专利第3,203,901号中揭示的具有组成Zr 84%-Al 16%之合金。使用具有本发明组成物的粉末时，可以制出具有各种形状的汞分散设备，其某些例子经表于图2至6之中；于此等设备中，可以加入选用的吸气剂材料，例如以粉末形式与本发明组成物混合，或分开地加到设备内。图2显示出仅由具有本发明组成物的压缩粉末的锭片20所组成的汞分散器。图3显示出用有本发明组成物的粉末31涂覆的金属条30；由此金属条，可经由切割而得不连续的汞释放用设备(图中没有示出)。图4显示出由装有本发明组成物42的容器41所组成之设备40的截面。图5显示出一种灯工业中常用于吸气剂设备(亦即，在几乎每一灯中都含有用来吸着其中所含有害气体者)的另一种可能设备的几何结构之不连续的截面图，于此情况中，设备50系由具有孔洞52的金属狭带条51所构成，该孔洞52的边缘53相对于狭带条面为下凹；于经如此成形的腔洞中制造出本发明组成物的压缩粉末的锭片54；该孔洞的存在也暴露出锭片中的背面，因而增加暴露出的粉末之面积且使汞的释放最大化；该设备50距孔洞52的最远部份系用来固定到灯内的支撑体。最后，图6显示出根据美国专利第6,099,375号，集成着屏蔽电极、吸气、和汞释放等功能之设备；设备60系经由将类似于图3的一狭带条予以闭合(例如经由焊接点61)成环而形成，该狭带条上面含有多种材料的轨迹；于此图中的例子中，显示出三条含本发明组成物的轨迹62、62’和62”以及二条含吸气剂材料的轨迹63和63’。要得到图2、4和5所示类型的设备时，可较佳地使用铝作为成分B，其因有塑性，可在压缩中形变且有利于此等设备中所含粉末群之机械稳定性；反之亦然，于图3和6中所示类型的设备情况中(彼等通常系经由冷轧制成)，较佳地为使用铝合金作为成分B，因为该合金相对于纯金属有较高的硬度，而有利于在碾轧中粉末对金属条的固着。使用本发明组成物之下，可以容易地在灯内得到具有低但精确且具再现性的汞分配量。于图2、4和6类型的设备中，可以使用有低成分A含量的组成物(例如在图1中靠近线段f-g的组成物)，因而在设备的尺寸和重量都相同之下减低汞含量；对于图3和6的设备，除了在组成物上操作之外，也可以控制不同材料条的宽度，因而控制每单位长度金属条的汞给量。

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