197934. lajstromszámú szabadalom • Eljárás terbiummal aktivált ittrium-szilikát fényporok előállítására
197934 A találmány tárgya eljárás terbiummal aktivált ittrium-szjlikát fényporok előállítására, melyek adott esetben lantánt vagy gadolíniumot is tartalmaznak, melynek során a kiindulási anyagokat képező ittriumvegyületet, adott esetben lantán- vagy gadolíniumvegyületet, szilícium-dioxidot és terbium (III)-oxidot összemérjük, olvasztóanyagot (fluxust) keverünk hozzá, a keveréket homogenizáljuk, 1000—1400°C hőmérsékleten 1—3 órán át izzítjuk, majd porítjuk. Az utóbbi időben a három fényporkomponerfs keverékével készített úgynevezett háromsávos fénycsövek és a két fényporkomponenst használó kompakt fénycsövek megjelenésével egyre fontosabb kérdés a fenti eszközökben a jó hatásfok és színvisszaadás elérése végett a gerjesztő sugárzásnak a követelményeknek megfelelő látható sugárzássá alakítása. A követelmények kielégítésének egyik feltétele, hogy a fényporkeverékben legyen egy 540—560 nm között jó hatásfokkal emittáló zöld komponens. Ezen túlmenően, a felhasználás közben jelentkező fokozottabb igényeknek megfelelően az alacsonynyomású kisülő rendszerekben a hatásfok és színállandóság tekintetében nagyfokú stabilitásra van szükség. Az optimális zöld komponenssel kapcsolatban igen széleskörű munka folyt le és van ma is folyamatban. Ezen a területen a terbiummal és egyéb ionokkal aktivált különböző alaprács rendszerekre vonatkozóan számos szabadalmi bejelentés vált ismertté, melyek alaprácsa aluminát-, borát-, foszfát-, valamint szilikát rendszer, illetve ezek kombinációja. A lehetséges zöldemissziójú komponensek között a terbiummal aktivált ittrium-szilikát is szerepel. Ilyen fénypor ismertetése található pl. az US 3,758,413 lajstromszámú szabadalmi leírásban, ahol a fénypor összetétele (Y203)v.(Si02)x:Tb, és x/y 1—3 között, a Tb koncentrációja pedig az ittriumra vonatkoztatva 1 —15 atom% között változhat. Előállítása úgy történik, hogy ittrium (III) - -oxidot, vagy -nitrátot szilícium-dioxiddal, terbium(III)-oxiddal és valamilyen fluortartalmú olvasztó (fluxus) anyaggal kevernek össze, pl. ittrium(III)-fluoriddal vagy ammónium-fluoriddal, oly módon, hogy 1 mól Si02-re 0,4—1,2 mól fluorid jut. További ismert megoldás található az US 4,208,611 lajstromszámú szabadalmi leírásban. Az itt ismertetett fénypor összetétele: Ln2/,-x.i/P3-zSi02:Ce2J:Tb2ÿ, ahol Ln=Y, La, Gd, Lu, x=1.10-3—3.10-1 grammatom/grammaton ritka földfém, y=3.l0-2—3.10-1 grammatom/grammatom összes ritka földfém, z=0,8—2,2 mol/mol ritka földfémoxid. Fluxusként KF, YF3, GdF3, LiBr, LiCl, LiF, ZnF2, AlFj, MgF2, BaF2 és LaF3 vegyületeket alkalmaznak. Az izzítást redukáló atmoszférában végzik. Ugyancsak hasonlóan bonyolult képlettel jellemzett zölden világító ritkaföldfém-szilikát fényporokat ismertetnek az US 3,523,091 2 1 és a JP 56—5883 lajstromszámú szabadalmi leírásokban is. A JP 75—45—789 számú közzétételi iratban ugyancsak terbiummal aktivált ittrium-szilikát fényporokat ismertetnek, melyek előállításához fluxusanyagként ugyancsak KF-ot alkalmaznak. Fenti, alkáli tartalmú folyósító (fluxus) anyagot alkalmazó szabadalmaztatott megoldásokkal kapcsolatban megjegyezzük, hogy ezek használata szinte minden fényportípusnál megtalálható, mivel adagolásuk egyszerű, folyósító hatásuk igen jó. Az alacsonynyomású kisülő rendszerekben azonban mégsem használhatók az ott felmerülő követelmények miatt. Az itt használt fényporoknál ugyanis egyik alapvető követelmény, hogy alkálifém ionokat ne tartalmazzon, mivel az kölcsönhatásba lépve a Hg-al nagymértékű hatásfokcsökkenést okoz. Tehát a fénypor készítésénél elsőrendű követelmény, hogy az olvasztóanyag (fluxus) beépülő idegen anyagot ne tartalmazzon. Ezt az effektust kísérleteink is igazolták, amikor alábbi összetételben készítettünk fényport: 210,03 g ittrium-oxidot, 26,18 g terbium-oxidot, 72,10 g szilícium-dioxidot és 5,81 g kálium-fluoridot összemérünk és 1 órán át golyósmalomban homogenizáljuk. A nyerskeveréket 1450°C hőmérsékleten 1 órán át izzítjuk, elporítjuk és újra izzítjuk, újra elporítjuk és ezután mégegyszer izzítjuk 1450°C hőmérsékleten 2 órán keresztül. Az így előállított fényporból készített fénycső hatásfoka mindössze 101 Lm/W. A JP 80—161881 közzétételi iratban ugyancsak terbíummal aktivált ittrium-szilikát fényport ismertetnek, melyben klorid + fluorid olvasztóanyagot alkalmaznak, és úgy vezetik az izzítást, hogy a végtermékben a Cl=0,05— 2,8%, a F—2%, a Cl+F=0,05—3,0%. Ilyen koncentrációban azonban valószínű a kloroszilikát fázis megjelenése, melynek stabilitás csökkentő hatása van. Nagy stabilitású ‘enyporoknál mindenképpen fázistiszta szerkezetre van szükség, melynek kialakításához megítélésünk és vizsgálataink szerint csak egy fluxus anion, találmányi megoldásunk szerint a F szükséges. Fenti álláspontunkat kísérletünké bizonyította, mikor az említett leírás inspirációjára az alábbiak szerint készítettünk fényport: Golyósmalomba bemérünk 200,4 g ittriumoxidot, 42,06 g terbium-oxidot, 2,000 g ammólium-fluoridot, 1,704 g ammónium-kloridot és 56,090 g szilícium-dioxidot, és 1 órán át homogenizáljuk. Ezt a nyerskeveréket 1 órán át 1300°C hőmérsékleten 5 ppm vízgőzt és 10 ppm oxigént tartalmazó nitrogén védőgáz atmoszférában izzítottuk. Az így előállított Y2Si05:Tb fénypor végtermék 0,07% kloridot és 0,09% fluoridot tartalmazott. Az ilyen módon előállított fényporból készült fénycső hatásfoka csak 98% volt. A technika állását képviselő fentemlített ismert eljárások közös hiányossága, hogy fel 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
