185365. lajstromszámú szabadalom • Izzókatód nagynyomású gázkisülőlámpákhoz
1 185 365 2 A találmány tárgya izzókaícd nagynyomású gázkisüiőlámpákhoz, mely magas olvadáspontű fémből kiképzett fémszerkezetből és a szerkezet belsejében tárolt aktív anyagból áll. Az aktív anyag elősegíti az elektronemissziót, kristályszerkezete szoros illeszkedésé, melynek folyamányaként ellenáll a porlódásnak. A találmány szerinti katódaktiváló anyagot gázkisüiőiámpákizzőkatődjaiban alkalmazzuk. Az ilyen katódok általában tűzálló fémből, rendszerint volfrámból, készített tartóelemből, és ezen levő elektronemittáiő bevonatból állanak. A találmány szerinti katódaktiváló anyag különösképpen olyan izzókatódok tökéletesítésére irányul, melyek működés közben a gázkisülés következtében izzanak fel, és feiizzításuk nem külső áramforrás segítségével történik. A nagynyomású gázkisülőlámpák tipikus katódaktiváló anyaga a földaikáli-thorát, főleg a báriumthorát, akár közvetlenül ezt viszik fel, akár in situ keletkezik. A nagynyomású higanygőzlámpák ás a nagynyomású nátriumlámpák jelentős része ilyen kátéddal készül. 1970-ben a General Electric Co. szabadalmat jelentett be (US 3 708 710) a Ba2CaWQ6-ra, mint aktiváló anyagra, és ezt sikerrel alkalmazza Lucalox lámpáiban Ennél az alkalmazásnál a maximális kémiai stabilitás a lényeg. Az anyagnak az ív talpponíjában fém Na jelenlétében sem szabad gyorsan redukálódnia. Ez a kémiai stabilitás a tömör szerkezetű kristályráccsal függ össze, perovszkil szerkezetű, röntgersdiffrakciós képe a lehetséges maximális szimmetriát mutatja a bázisos - tehát jól eniittáió - volframátok között. Watanabe és társat (J. Light, and Vis. Env. Vol. i. No. 1. 1977) ezt a maximális stabilitást a fenti szabadalmi leírásban megadott határon kívül keresték és a Ba1/8Sr0j2CaVVO6 összetételű anyagot találták hasonló ■ szerkezetűnek és javasolták használatát. Ennek az anyagnak a gyakorlatban az a hibája, hogy a hosszú élettartamra tervezett nagynyomású ívlámpákban legtöbbször eltemetett kaíódanyagot használunk, a íöldaLkálivegyület-készlet a katód belsejében, a kisülés által közvetlenül nem érintett helyen van és a katód működő felületére az aktív anyagot a felületi diffúzió hordja ki. A Bai,8Sro,2CaW06 képlettel leírt anyag csak igen sok atomsután periodikus (képlete valójában: Ba9SrCas (W06)s) legkedvezőbb tulajdonságait csak vastag rétegben adná, viszont vastag réteg a katód felületén köztudomásúlag nagyobb feketedéssel jár. Ezért a fenti anyag csak viszonylag korlátozottan, a legnagyobb stabilitást nem igénylő típusoknál alkalmazható. Találmányunk célkitűzése az előbbiekben említett anyagoknál nagyobb stabilitású, tehát hosszabb élettartamot lehetővé Vevő, jó emisszióképességű katódanvag kifejlesztése. A Ba2CaWOb összetételű vegyidet előnyös tulajdonságai a kristályszerkezet nagyfokú szimmetriájával vannak összefüggésben, tehát az atomok szoros illeszkedésével. A maximális szoros illeszkedés ennél az anyagnál azonban csak alacsony hőmérsékleten áll fenn, de magasabb hőmérsékleten, a katód tényleges üzemi hőmérsékletén, a szerkezet tömörsége - bár kismértékben - romlik. Rendszeres vizsgálatokat végeztünk a földalkáli-volframáíok területén,. Mivel az aktiváló anyag legfontosabb tulajdonsága jelen esetben az emísszióképességen kívül a porlódóképesség, figyelmünket főleg ez utóbbi vizsgálatára központosítottuk. A poriődóképesség vizsgálata gázkisülólámpákban csak hosszadalmas égetésekkel lehetséges, ezért az optimális katódanyag kiválasztásához a röntgendiffrakciós kristályszerkezet vizsgálatot hívtuk segítségül. Abból indultunk ki, hogy az aktiváló anyag kristályszerkezetének optimális esetben a működési hőmérsékleten kell a legtömörebbnek, azaz a legszorosabb illeszkedésű kristályszerkezetűnek lenni. Az ilyen anyag használata katódaktiváló anyagként tömörsége révén jobban ellen fog állni a kisülő!ámpában a porlódásí hatásoknak. Vizsgálataink során azt tapasztaltuk, hogy a Ba2SrW06 összetételű vegyület, melyet az US 3 434 812 lajstromszámú szabadalmi leírás vákuumcsövekben alkalmazott tartalákkatódként már ismertet, eddig nem ismert, célkitűzéseinknek megfelelő tulajdonságokkal rendelkezik. Megállapítottuk,hogy a Ba2 SrW06, mely szobahőmérsékleten kevésbé tömör szerkezetű, a katód, tényleges üzemi hőmérsékletén közelebb áll maximális szimmetriájú, legtömörebb szerkezethez. Ennek következtében nagyobb stabilitással rendelkezik a katód üzemi körülményei között. Azt tapasztaltuk, hogy fenti feltételeknek a Ba^Sr^WOs képletéi anyag is megfelel. Találmányunk fenti felismerés gyakorlati alkalmazása gázkisülőlámpák katódjaiban. Találmányunk tehát kstódaktíváió anyag nagynyomású gázkisülőlámpákhoz, mely elősegíti az eiektronemissziót, kristályszerkezete szoros illeszkedésű és így ellenáll a porlódásnak. A találmányunk szerinti katódaktiváló anyagot az jellemzi, hogy kristályszerkezete az üzemi hőmérsékleten szorosabb illeszkedésű, mmt a szobahőmérsékleten és összetétele a Ba2SrWOs vagy Ba2l7sSr0,25WO6 képletnek felel meg. A nagynyomású kisülőlámpák élettartamát jelentős módon befolyásoló katód öregedése, elhasználódása, többféle folyamat következménye. Ezen folyamatok relatív sebessége a különböző gázkisülőlámpákban, pl. nátrium-gőz, vagy higany-gőz lámpákban, eltérő. Az egyik jellemző degradálódási folyamat a földalkáli oxidok részleges párolgása, aminek eredményeként végeredményben MeWO* marad tússzá (ahol Me ebben az esetben Ca, Ba, vagy Sr egyaránt lehet), a kipárolgott földalkáÜoxid pedig megtámadhatja a kisülési cső anyagát, ami lehet pl, kvarc vagy alumíniuméxid; növeli a bura káros fényelnyelését; a katód körüli hőmérsékleti viszonyok megváltoztatásával erősen változtatja a lámpa működési adatait. A másik, elsősorban aiicálifémgoz ia'mpákban észleit folyamat az egész katódanyag redukálódása és az ebből következő szekunder folyamatok. A találmányunk szerinti anyagok alkalmazásával sikerült elérni, hogy a fent ismertetett öregedési folyamatok számottevően lassabban játszódjanak le. Mivel a katódanyag minőségét a kristályszerkezet döntően meghatározza, az említett bázisos volframátokat célszerűen földalkáli karbonátokból és W03-bóí állítjuk elő, mégpedig oly módon, hogy fenti anyagokat nedvesen összeőröljük, 1400 °C-on tégelyben levegőn izzítjuk, újra összeőröljük, majd az izzításí megismételj ük és a kapott anyag kristályszerkezetét röntgendiffrakcióval ellenőrizzük. Az ismételt őrlés és izzftás azért szükséges, mert a szilárd fázisú reakciók így lehetők teljessé. Az így készített emiííáló anyagot a gázkisülőíámpa magas olvadásponté anyagból, célszerűen volfrámból készített katódjában úgy célszerű elhelyezni, hogy az emittáló anyag a katód belsejében legyen és a katód fémes jellegű külsejére az emissziót elősegítő anyag csak diffúzióval jusson ki. Amennyiben a katód külső felületén vastag 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 85 2
