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Leuchtstoff, insbesondere für Fluoreszenzlampen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Leuchtstoff, der in bezug auf Hitze und chemische Angriffe sehr stabil ist und der sich zur Erregung mit ultraviolettem Licht, Kathodenstrahlen, Röntgenstrahlen oder Strahlen der radioaktiven Substanzen eignet. Die erwähnte hohe Stabilität ist insbesondere wichtig, wenn der Leuchtschirm als innere Bedeckung einer Fluoreszenzlampe ausgebildet wird, da bei solchen Lampen während des Herstellungsprozesses eine bedeutende Erhitzung notwendig ist, um ein gutes Anhaften des Überzuges zu gewährleisten und weil anderseits ein chemischer Angriff durch die Quecksilberdampfatmosphäre stattfinden kann, der unter Umständen eine Schwärzung der Röhre zur Folge hat.
Entsprechend der Erfindung enthält der Leuchtschirm ein lumineszierendes Material, dessen Matrix aus einem Erdalkaliarsenat besteht und aus einem Aktivator, beispielsweise einem Metall, das für andersartige Phosphore schon als Aktivator bekannt ist, wie Mangan, Antimon oder Cer.
Wenn erwünscht, können ein oder mehrere Erdalkalihalogenide beigefügt werden, mit der Wirkung, dass sich die Farbe der Lumineszenzen ändert. Vorzugsweise sollen die verschiedenen
Bestandteile in solchen Mengen angewendet werden, dass das Material die Struktur eines
Erdalkali-Halogen-Arsenat-Apatitcs erhält ent- sprechend der Formel XAsO,). Y, oder eines Erdalkali-Halogen-Arsenat-Wagnerites entsprechend der Formel X2AsO. 1Y, wobei X ein Erdalkalimetall und Y ein Halogen ist.
Im allgemeinen ist die Leuchtfähigkeit der
Verbindungen mit Wagneritstruktur schlechter als die der Verbindungen mit Apatitstruktur ; Chlor gibt die besten Resultate, aber auch andere
Halogene liefern lumineszierendes Material.
Mit Leuchtschirmen entsprechend der Er- findung ist es möglich einen weiten Bereich von
Farben von rot bis blau mit verschiedenem
Sättigungsgrad zu decken, wobei die Farbe der
Lumineszenz in Abhängigkeit von der Zusammen- setzung sich ändert. Im allgemeinen verschiebt sich die Farbe des emittierten Lichtes bei Er- höhung des Mangangehaltes in der Richtung gegen das rote Ende des Spektrums ; den gleichen Effekt hat eine Zunahme des Chlorgehaltes, während eine Vermehrung des Phosphorgehaltes die Farbe des Lichtes in der Richtung nach kürzeren Wellenlängen veränder..
Im folgenden werden einige typische Ausführungsbeispiele für die Bereitung eines Phosphors für den erfindungsgemässen Leuchtschirm beschrieben. a) Löse 130 g von CaCI2. 6 H20 in 260 cw' Wasser, füge dieser Lösung eine Lösung von 80 g (NHJ, HAsO in 200 cm3 Wasser und 20 cm' Ammoniaklösung mit dem spezifischen Gewicht 0-88 hinzu. Filtriere nach Fällung, wasche und trockne den Niederschlag. Das gefällte Produkt ist Hydroxyarsenoapatit 3Ca3 (AsO,) 2. Ca (OH).. b) Mische 250 Arsenpentoxyd und 168 g Calciumoxyd trocken.
Erhitze die Mischung allmählich bis auf 700 C und halte sie durch eine halbe Stunde bei dieser Temperatur. An
Stelle von Arsenpentoxyd kann auch die Åaqui- valente Menge von (NHHAsO, benüt7t werden. Das so erhaltene Produkt soll der
Formel des Orthoarsenates Ca3 (As0,), ent- sprechen. Wenn dies nicht der Fall sein sollte, so ist der fehlende Betrag von (NHHAsO., oder CaC03 beizufügen und nochmals zu erhitzen.
Die Arsenverbindungen, welche nach den
Methoden a und b erzielt werden, können nun aktiviert werden entsprechend den folgenden
Ausführungsbeispielen.
1. Mische innig 100 der unter a und b erwähnten Erdalkaliarsenate mit 5 Mangan- arsenat oder der entsprechenden Menge einer anderen Manganverbindung, z. B. Mangannitrat und erhitze auf 800 C durch eine halbe Stunde in der Luft. Das Material zeigt eine orangerote
Lumineszenz bei Erregung mit der Quecksilber- dampfresonanzlinie 2537 Ä.
2. Bereite eine Mischung wie unter 1, füge jedoch 2 Antimonnitrat an Stelle von Mangan- arsenat hinzu. Dieser Phosphor zeigt eine bläuliche Lumineszenz bei Erregung mit der
Quecksilberdampfresonanzlinie 2537 A oder mit
Kathodenstrahlen. Statt Antimonnitrat kann auch
Antimonoxyd zusammen mit Arsenpentoxyd be- nützt werden.
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3. Bereite eine Mischung wie unter 2, aber füge S Manganarsenat zusatzlich zu der Antimonverbindung zu. Der entstehende Phosphor zeigt eine grüne Lumineszenz bei Erregung mit der Quecksilberdampfresonanzlinie 2537 A. Wenn Halogenarsenate angewendet werden, so kann der Herstellungsvorgang entsprechend den folgenden Beispielen ausgeführt werden :
4. Stelle eine Mischung her wie unter 3, füge jedoch 5 g Calciumfluorid zusätzlich zu der Antimonverbindung und dem Manganarsenat hinzu. Der Phosphor zeigt eine gelbe Lumineszenz bei Wellenlänge 2537 A.
5. Bereite eine Mischung wie unter 4, jedoch füge an Stelle von Calciumfluorid die äquivalente Menge Strontiumfluorid zu. Das so erhaltene Produkt zeigt eine weisse Lumineszenz bei Erregung mit der Quecksilberdampfresonanzlinie 2537 A.
Das für die oben erwähnten Phosphore erforderliche Manganarsenat kann folgendermassen hergestellt werden :
Man löse 370 Mangansulfat MnSO in 11 kochendem Wasser und füge Ammoniakarsenat in Losung hinzu, bis keine weitere Fällung eintritt. Filtriere das rosafarbige Präzipitat, wasche und trockne es.
Die aktivierenden Metalle können, statt dass man sie als Arsenate einführt, auch als Oxyde eingeführt werden, wobei der Mangel an Arsenoxyd durch Hinzufügung von Ammoniakarsenat ausgeglichen werden kann. Statt den Aktivator dem Erdalkaliarsenat hinzuzufügen, können die aktivierenden Metalle auch schon den Ausgangsmaterialien beigefügt werden, so kann z. B.
Mangankarbonat der Mischung von Arsenoxyd und Calciumoxyd vor der Erhitzung beigefügt werden oder, wenn der nasse Herstellungsprozess, wie im Beispiel a beschrieben, angewendet wird, kann das Mangan als Nitrat zu der Calcium- chloridlösung vor der Fällung hinzugefügt werden.
Die günstigste Erhitzungstemperatur hängt von verschiedenen Umständen, wie z. B. von der Korngrösse des Rohmaterials, der Grösse der
Charge, der Art des Tiegelmaterials ab. Das
Ergebnis soll stets ein gut kristallisiertes Produkt sein. Mitunter ist eine einmalige Erhitzung nicht ausreichend, um ein gleichförmiges Produkt zu erzielen, in welchem Falle das Material noch einmal, wenn nötig bei höherer Temperatur, erhitzt werden soll. Im allgemeinen soll die
Erhitzungstemperatur zwischen 800 C und 1100 C liegen. Oberhalb 1100 C schmilzt das Material bereits häufig, wodurch die Ausbeute an Fluoreszenzlicht sinkt. Die günstigste Temperatur kann leicht in jedem einzelnen Falle durch einen einfachen Versuch festgestellt werden.
Die Atmosphäre, in welcher die Erhitzung durchgeführt werden soll, hängt von der Type des herzustellenden Phosphors ab.
Bei den oben erwähnten Beispielen werden die Resultate bei Erhitzung in Stickstoff statt an der Luft verbessert, wobei zu beachten ist, dass nach der Erhitzung die Phosphore bis zu etwa 300 C
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gebracht werden.
Es hat sich gezeigt, dass die Abkühlung in einer nicht oxydierenden Atmosphäre die wichtigste Vorsichtsmassnahme ist, während die Fernhaltung von Sauerstoff bei dem Erhitzungsprozess selbst nicht so wichtig ist. Die Erhitzung k : um vielmehr auch in Luft ausgeführt werden, besonders wenn der Tiegel während der Erhitzung bedeckt ist. Anscheinend sind die Bedingungen bei der Erhitzung solche, dass sie die Oxydbildung nicht begünstigen. In anderen von den vorstehenden Beispielen abweichenden Fällen, wenn etwa Cer als Aktivator verwendet wird, ist eine reduzierende Atmosphäre vorteilhaft.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Leuchtstoff, insbesondere für Fluoreszenzlampen, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Erdalkaliarsenat mit einem Aktivator, beispielsweise Mangan, Antimon oder Cer, enthält.