汞分配组合物和使用其的装置
专利汇可以提供汞分配组合物和使用其的装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且公开了用于在灯中分配汞的组合物，该组合物包含含有汞以及选自 钛 和锆中的至少一种金属的第一组分，以及由 铝 组成或者由包含至少40重量%铝的化合物或 合金 组成的第二组分，其中所述第一和第二组分之间的重量比等于或者低于9∶1；任选地该组合物还可以包括选自能够与铝放热反应的金属或 氧 化物中的第三组分。，下面是汞分配组合物和使用其的装置专利的具体信息内容。
1.汞分配组合物，其包含： -第一组分，A，是含有汞以及选自钛和锆中的至少一种金属的化合物；以及 -第二组分，B，由铝组成或者由包含至少40重量％铝的并且熔化温度等于或者低于铝的熔化温度的化合物或合金组成， 其中组分A以等于或者低于组合物总重量90％的重量百分数存在。
2. 根据权利要求l的组合物，其还包含选自能够与铝放热反应 的金属或化合物中的第三种组分，C。
3. 根据权利要求l的组合物，其中组分A还包含铜或铜与锡。
4. 根据权利要求l的组合物，其中組分A是Ti3Hg化合物。
5. 根据权利要求l的组合物，其中组分B是铝。
6. 根据权利要求l的组合物，其中组分B是铝和铜的合金。
7. 根据权利要求6的组合物，其中所述合金具有Al 68% - Cu 32%的重量百分比组成。
8. 根据权利要求1的组合物，其中组分B是具有Al 46.6% - Cu 53.4%的重量百分比组成的金属间化合物。
9. 根据权利要求l的组合物，其中组分B是铝和硅的合金。
10. 根据权利要求9的组合物，其中所述合金具有Al 87.3% - Si 12.7%的重量百分比组成。
11. 根据权利要求l的组合物，其中组分B是铝、铜和锡的合金。
12. 根据权利要求2的组合物，其中组分C是过渡金属或者稀 土金属。
13. 根据权利要求12的组合物，其中所述过渡金属选自Ni、 Fe、 Y、 Ti和Zr。
14. 根据权利要求2的组合物，其中组分C是选自Fe203， CuO，和Mn02中的氧化物。
15. 根据权利要求2的组合物，其中组分A和B的重量比等于 或者低于9:1。
16. 根据权利要求2的组合物，在重量百分数组成的三元相图中， 其包含在由下列点界定的范围中：d) A90%-B10%-C0% e ) A 36% - B 4% - C 60%f) A 10% - B30% - C60%g) A10%-B^%-C0%
17. 根据权利要求16的组合物，其中当组分C是氧化物时，该 组分的重量百分数低于20%。
18. 根据权利要求17的组合物，其中所述百分数低于5%。
19. 用于汞分配的装置，其包含如权利要求l所述的组合物，其 中使組分A与用组分B制成的金属部件接触或者附着在用组分B制 成的金属部件上。
20. 用于汞分配的装置，其包含如权利要求2所述的组合物，其 中使组分A和组分B与用组分C制成的金属部件接触或者附着在用 组分C制成的金属部件上。
21. 根据权利要求19或20的装置，其中所述金属部件是带材形式。
22. 根据权利要求19或20的装置，其中所述金属部件是其中包 含了组分A的管状形式。
23. 根据权利要求19或20的用于分配汞的装置，其中组分A 和B两者以及任选的组分C以颗粒尺寸小于500 nm的粉末形式存 在。
24. 根据权利要求23的装置，其中所述粉末具有小于250 nm 的颗粒尺寸。
25. 根据权利要求24的装置，其中所述粉末具有小于125 的颗粒尺寸。
26. 根据权利要求23的装置（20)，其由根据权利要求l的组 合物的压制粉末丸粒形成。
27. 根据权利要求23的装置，其通过从涂有根据权利要求1的 组合物的粉末（31)的金属带材（30)进行切割获得。
28. 根据权利要求23的装置（40)，该装置由其中存在本发明 的组合物（42)的容器（41)形成。
29. 根据权利要求23的装置（50)，其由金属带（51)和根据 权利要求l的组合物的压制粉末丸粒（54)组成，所述金属带（51) 具有孔（52)且该孔的边缘（53)相对于带的平面凹陷，且所述丸粒(54)位于由所述带中的所述孔形成的空腔中。
30. 根据权利要求23的装置，其还包含吸气剂材料粉末。
31. 根据权利要求30的装置，其是通过将之上存在一条或多条根据 权利要求1的组合物的痕迹以及一条或多条吸气剂材料痕迹的金属带材 封闭成环获得的。
汞分配组合物和使用其的装置
技术领域
背景技术
将汞引入灯中的另一种方法是通过金属汞齐。但是，这种方法暗 含着如下的问题：灯的一些制造步骤是在相对高的温度（通常高于 40(TC)下进行的，这时灯尚未被密封，而从这些材料中的汞释放在 约100至300r:(取决于与汞发生汞齐化的金属）的低温下已经开始； 在这些条件下，作为一种对健康有害的金属，汞开始散发进入工作环 境中。
为了克服这些问题，过去曾提出使用能够克服或者至少降低以前 遇到的问题的多种固态产品。
本申请人的美国专利第3,657,589号公开了 TixZryHgz化合物， 该化合物当加热至高达约500X:时不释放汞，但是当加热至约 800-900X:时可释放汞（所谓的活化处理）；该系列中优选的化合物 是以商标名St 505销售的Ti3Hg。这些化合物的优点在于，它们可以 被粉化并配给成小的重量用以制备包含所需量这种金属的汞分配装
5置。但是，这些化合物的问题是在灯的制造步骤期间它们发生部分氧
化，从而在活化期间释放的汞量仅为总汞含量的约40%,这迫使向 灯中引入显著大于必需的汞量，在灯的寿命结束时存在处置的问题。
英国专利申请GB-A-2，056，490公开了与专利US 3,657,589的化 合物相比具有更好的汞释放性质的Ti-Cu-Hg组合物。特别地，这些 化合物在高达约500X:下在空气中是稳定的，而通过加热至800-900 匸它们释放出高于80%,或者高于90%的汞量。
专利US 5,520,560、 US 5，830，026和US 5,876,205 乂>开了化合物 St 505的粉末与汞产生促进剂（分别是可添加少量其它过渡元素的 铜-锡合金；铜-硅合金；和铜-锡-稀土元素的合金）的组合；促进剂 的添加允许将来自化合物St 505的汞产率提高至80-90%的值，即使 是在其氧化之后，从而无需像单独使用化合物St 505时那样，使用 大过量的汞。
最后，美国专利第4,464,133号建议使用化合物Ti3Hg的粉末与 选自镍或铜中的元素的混合物；根据该文献中所述，通过这些混合物 在770X:的温度下可能已经实现汞的释放。
通常通过射频加热来获得从这些混合物和组合物的汞释放：将感 应线圏从灯的外部放置在包含含汞材料的装置附近的位置处；通过对 每个灯进行总共约20-30秒持续时间的热处理实现了良好的金属产 率。
但是，从已知组合物和混合物的汞释放的性质尽管是良好的，但 仍不能完全令灯制造商满意。对于灯制造而言最佳的汞分配体应该具 有下面的特征：
-高达至少5oox:，和可能高达约60ox:时的零金属散发，对于 此外用于环形灯的制造，其中一些操作需要比线形灯情况中更高的温
度；
-全部或者几乎全部的汞产率，使得对于在灯中释放相同的汞 量，装置中存在的初始汞量可能是最低的，从而符合关于有害材料在
工业制造中的使用的国际法规；-活化温度低于迄今所使用的活化温度，以便降低生产线中的能
量消耗（必须向感应线圏提供较低的功率）；
-较短的活化时间，相对于迄今所使用的组合物所需的活化时 间，以便提高生产率。
发明内容
根据本发明通过包含如下成分的组合物获得了这个和其它的目
的：
-第一组分，A,是含有汞以及选自钛和锆中的至少一种金属的 化合物；和
-第二组分，B,由铝组成或者由包含至少40重量％铝的并且 熔化温度等于或者低于该元素的熔化温度的化合物或合金组成， 其中组分A可以以等于或者低于90%的重量百分数存在。 此外，本发明的组合物可以任选地包含选自能够与铝放热反应的 金属或化合物中的第三组分，C。下面报道当存在这种第三组分时的 可能组合物。
在说明书的其余部分中，关于组分A、 B和C的组成的所有百 分数以及它们的比例均基于重量，除非另有说明。
本发明人已经发现，如果加热至650。C，（具有两种或三种组分 的）本发明的组合物能够发生放热反应，该放热反应可使局部温度在 几秒钟内升高几百摄氏度;从而引起由包含汞的化合物中的几乎完全 的汞散发，即使使用相对于目前所用方法持续时间减少的从外部的加 热。
附图说明
下面将参考附图说明本发明，附图中：
-图l显示了三元相图，其中以重量百分数显示了根据本发明的可能组合物的范围；
-图2至6显示了可以通过使用本发明的组合物制造的汞分配 装置的一些可能形状；且
-图7显示了表示加热时本发明组合物的温度上升的曲线。
具体实施方式
本发明组合物的组分B可以是铝；作为替代，可以使用包含至 少40重量％铝并且熔化温度不高于铝的化合物或合金。对于本发明 目的，Al-Cu已证实是合适的，特别是组成接近共晶Al 68% - Cu 32%的那些、组成为Al 46.6% - Cu 53.4%的金属间化合物或者组成 与其接近的Al-Cu合金；此外，Al-Si合金是合适的，例如组成对应 于或者接近共晶Al 87.3%-Si 12.7%的合金以及Al-Cu-Sn合金。
最后，本发明组合物的任选组分C是能够与铝放热反应的金属 或化合物（一般是氧化物）。该第三组分可以选自过渡金属，特别是 M、 Fe、 Y、 Ti和Zr、稀土元素、或者一些氧化物例如氧化4失（Fe203 )、 氧化铜（CuO )、或者氧化锰（Mn02)。
在组合物具有两种组分（A和B)的情况中，组分A的重量可 以达到组合物总重量的90%。在更富含组分A的组合物中，组分B 的量被过度降低并且由于放热反应引起的温度增加不足以使包含在 A中的汞完全释放。
还可以通过声明A和B间的重量比可以等于或者低于9:1 (A:B < 9:1)来表达组分A的存在达到两组分组合物的90重量°/。的条件。 出于与上述相同的原因，以该第二种方式表达的这种条件在还包含第
8三组分C的組合物的情况中同样适用。图1显示了可能的组合物 A-B-C的三元相图（重量百分数）。与A的最大含量对应的二元组 合物A-B是图中的点d;在该图中，连接点d与代表组分C的顶点 的虚线右侧的所有組成代表其中A:B<9:1的组成范围。
即使图1中线段d-C右侧的所有组成显示了包含在组分A中的 汞的快速且完全释放的效应，然而落在如此定义的区域的某些部分中 的组成据证实缺乏实际效用；例如组分A的存在小于10重量％的组 合物几乎不能使用，因为为了在灯中具有所需的汞量，这些组合物将 需要使用无益的大的重量和尺寸的装置；其中组分C的量大于60重 量％的组合物具有相似的问题。
因此，优选组成的范围由图1中的点d-e-f-g界定（交叉阴影线 区域），它们对应于如下重量百分数组成：
d ) A 90% - B 10% - C 0%
e ) A 36% - B 4% - C 60%
f) A 10% - B30% - C60%
g ) A 10% - B 90% - C 0%
在组分C是氧化物的情况下，因为铝与氧的反应的高放热性， 使用少量组分C是足够的并且是优选的，例如小于20重量％并且甚 至更优选小于5重量％。
可以以不同的物理形式^f吏用本发明組合物的两种（或三种）组分。 在组分是单质金属（例如铝用作组分B，或者一种金属用作组分C) 的情况下，可以以带材或者形成有其它结构的部件的形状使用这些组 分，使组分A与之接触或者附着到其上面；例如在相似的情况下本 发明的组合物可以由轧制在足够厚的铝片上或者包含在铝管（组分 B)中的组分A的粉末组成；或者此外，可以将组分A和B的粉末 (在此情况下B优选是具有足够硬度以便轧制的铝合金）轧制在金 属例如铁或镍的带材上。
但是，所有组分优选以颗粒尺寸一般小于500 jtm，优选小于250 Hm，并且更优选小于125 jim的粉末形式使用。如本领域中所已知的，在灯中通常需要使用用于吸收可能对其功
能有害的痕量气体（例如氧气、氢气或水）的吸气剂材料；本领域中 广泛使用的吸气剂材料的一个实例是美国专利第3,203,901号中公开 的组成为Zr 84% - Al 16%的合金。
利用具有本发明组成的粉末，可以制造各种形状的汞分配装置，
图2-6中显示了它们的一些实例；可以在这些装置中添加任选的吸气 剂材料，例如以粉末形式与本发明的组合物混合，或者单独加入该装 置中。
图2显示了仅由具有本发明组成的压制粉末的丸粒20组成的汞 分配器。图3显示了涂覆有具有本发明组成的粉末的金属带材30; 通过切割可以从该金属带材获得用于汞释放的分离的装置（图中未显 示）。图4以横截面显示了由其中存在本发明组合物42的容器41 组成的装置40。图5显示了灯工业中经常采用的主要用于吸气剂装 置的另一种可能的装置几何形状（即该装置几乎存在于每个灯中用于 吸收其中存在的有害气体）的断开视图；在此情况下装置50由具有 孔52的金属带51形成，孔的边缘53相对带平面凹陷；在这种形状 的空腔中制造本发明组合物的压制粉末的丸粒54;孔的存在还暴露 出丸粒的后表面，从而增加了暴露粉末的表面并且使汞的释放最大 化；装置50距孔52的最远部分用于固定到灯内的支架上。最后，图 6显示了根据美国专利第6，099，375号的教导集成了屏蔽电极、吸气 和汞释放功能的装置；通过将一片与图3中相似但是其上面有许多材 料痕迹的带材封闭成环（例如通过焊接点61)得到装置60;在该实 施例中图中显示了三条具有本发明的组合物的痕迹62， 62'和62"以 及两条吸气剂材料的痕迹63和63'。
为了获得图2、 4和5中所示类型的装置，可以优选地使用铝作 为组分B,铝因其塑性从而在压制期间变形并且有利于这些装置中存 在的粉末包（packet)的机械稳定性；反之亦然，在通常由冷轧制造 的图3和6中所示类型的装置的情况下，优选使用铝合金作为组分B， 因为相对于纯金属，合金的较高硬度有利于在轧制期间将粉末固定到金属带材上。
通过本发明的组合物，可以容易地获得在灯中具有低但精确并且
可重复的汞配给的装置。在图2、 4和6的类型的装置中，可以使用 具有低含量的组分A的组合物（例如组成接近图1中的段f-g)，从 而在装置的尺寸和重量相同的情况下降低汞量；通过图3和6的装置， 除了控制组成外，还可以控制不同材料痕迹的宽度，从而控制金属带 材每单位长度的汞加栽。
将通过下面的实施例进一 步说明本发明。这些非限制性实施例说 明了一些实施方案，这些实施方案的意图在于教导本领域技术人员如 何实践本发明以及显示了实施本发明的最佳方式。
实施例1
在本实施例中，证实在通过射频进行加热期间，用本发明组合物 制造的丸粒的温度变化。
制备由24毫克（mg ) Ti3Hg化合物粉末和16 mg铝粉末组成的 本发明组合物；两种粉末都具有小于128 nm的颗粒尺寸。使用1400 Kg/cm2的压力，在适当的圆柱形模具中压制粉末混合物，从而获得 直径4 mm且厚度约1 mm的丸粒。将该丸粒放入玻璃烧瓶中，然后 将该玻璃烧瓶抽空。然后通过射频从外部加热丸粒，并且用光学高温
计测量试验期间丸粒的温度。图7中以温度（x:)作为时间（秒，s)
的函数显示了温度变化。如图中所示，当达到650。C时发生温度的急 剧升高，这可能仅由系统中放热反应的触发引起的；就在温度的这种 增加开始之后，发生汞的蒸发，通过烧瓶玻璃壁的冷点中液态汞小滴 的形成观察到这种蒸发；由于放热反应，温度在约3秒内超过1000
x:,并且保持高于触发温度持续另外的约8秒。
实施例2
在本实施例中，测量本发明组合物各个样品的汞散发性质。
使用组分A、 B和C的不同混合物，按照实施例1中所述制造9
ii个直径等于4mm而重量和高度变化的丸粒；再次使用TisHg化合物 作为组分A;再次使用铝作为组分B;表1中给出不同丸粒的组成， 其中还显示了试验8和9中使用的组分C(仅其包含这种成分）。将 这些丸粒一次一个放入玻璃烧瓶中并且按实施例1中所述使汞蒸发。 在每个试验的末期，将系统冷却后，从烧瓶中取出丸粒并将其溶解到 包含硝酸和硫酸混合物的溶液中，使汞作以离子H^+进入溶液；然 后用硼氢化钠（NaBH4)将其还原成金属汞，并且将该金属的蒸气送 至原子吸收光镨仪，测量溶液中汞的浓度；从该数据可以推导出试验 后丸粒中残留汞的量，并且作为片中初始存在的汞量（从组分A的 量及其化学组成已知）与所测得的残留量之间的差异，获得蒸发的汞 的量。在下页的表1中，记录了每个丸粒的重量、其单一组成得重量、 试验开始时每个丸粒中包含的汞的（计算）总量、每个试验中达到的 最大温度、释放的汞量以及汞的产率（释放的汞相对于总量的百分 数）。在所有试验中，观察到触发温度包括在650t:和660。C之间。
本发明组合物的特征允许从外部加热丸粒并持续约3至5秒的时 间，然而在使用其中汞的释放在约800。C下开始的现有技术组合物的 情况下，则需要至少6秒并且一般约IO秒的加热时间；此外，汞的 完全释放要求温度处于所需值下持续约10秒，在使用现有技术组合 物的情况下需要在全部蒸发时间期间从外部进行加热，然而在使用本 发明组合物的情况下温度保持在高的值（高于8001:)下持续几秒而 不需要从外部进行加热。这就允许具有从外部的更短时间的加热，因 此提高了灯生产线的小时生产率。此外，本发明的所有组合物都表现 出非常高的汞释放产率，所有都高于93%并且在一种情况中等于 98.7%,因此允许仅将未使用的汞的量减少到较小值。
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