AT164016B - Leuchtstoff und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

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  Leuchtstoff und Verfahren zu dessen Herstellung 
Die Erfindung betrifft einen Leuchtstoff, ins- besondere für Quecksilberdampfentladungsröhren, der durch Strahlung von einer gewissen Wellen- länge angeregt werden kann und Strahlen von einer anderen Wellenlänge aussendet. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Her- stellung eines solchen lumineszierenden Stoffes. 



   Ein Leuchtstoff nach der Erfindung besteht aus einem lumineszierenden, glasartigen oder kristallinischen Stoff, der aus den Oxyden des
Siliziums und dreiwertigen Ceriums, gemeinsam mit einem oder mehreren der Oxyde des Calciums,
Zinks, Strontiums, Cadmiums oder Bariums und gegebenenfalls Aluminiumoxyd zusammengebaut ist. 



   Die neben Siliziumoxyd, Ceriumoxyd und Aluminiumoxyd vorhandenen Oxyde gehören alle zu der zweiten Gruppe des periodischen
Systems der Elemente. 



   In einem solchen Stoffe ist die gesamte, in
Grammolekül ausgedrückte Ceriumoxydmenge stets geringer als die Summe der Siliziumoxydmenge und der Aluminiumoxydmenge, sie beträgt mindestens   0-01 Grammolekülprozente   dieser Summe. Zweckmässig enthält der Stoff 1-5 Grammolekülprozente an Ceriumoxyd, da sich bei Verwendung dieser Menge die höchste Lichtausbeute ergibt. 



   Eine Vergrösserung des Ceriumoxydgehaltes wirkt sich auf die gesamte Lichtausbeute des lumineszierenden Stoffes schädlich aus. 



   Bei Verwendung dieses Leuchtstoffes in einer Strahlenquelle erweist es sich als möglich, eine lumineszierende Strahlung in dem langwelligen ultravioletten und dem daran anschliessenden Teil des sichtbaren Spektrums zu erhalten ; die Grenzen dieses Gebietes liegen annährend bei 3000 und 6000 A. Bei den meisten Leuchtstoffen nach der Erfindung liegt der Höchstbetrag der ausgesandten Strahlung annähernd bei 4200 A. 



   Der lumineszierende Stoff wird durch ultraviolette Strahlen sowohl im kurzwelligen als auch im langwelligen Gebiet angeregt. Bei seiner Verwendung in einer Quecksilberdampfentladungsröhre ergibt sich eine sehr starke Strahlung, da bekanntlich das Quecksilberspektrum bei 2537 A und 3650 A sehr intensive Linien   enthält.   
Die Verwendung des Ceriums als Aktivator ist aus einer Beschreibung von Untersuchungen bekannt, in der die Frage betrachtet wird, ob das Cerium in dreiwertigem oder in vierwertige
Zustande zu der Lumineszenz Anlass gibt. Fast ohne Ausnahme ist das Ergebnis dieser Unter- suchungen, dass das Ceriumion in dreiwertiger
Form vorhanden sein muss, soll Fluoreszenz auftreten können.

   In dieser Veröffentlichung ist auch ein Verfahren beschrieben, durch das leuchtendes Siliziumoxyd durch Niederschlagen aus einer Lösung von Äthylsilikat und Cerium- chlorid mittels Ammoniaks erhalten wird. Dieser
Niederschlag wird getrocknet und bei hoher
Temperatur in einer reduzierenden Atmosphäre erhitzt. Der so'erhaltene Stoff luminesziert bei
Bestrahlung mit der Linie des Quecksilber- spektrums von 2537 A in einer blauen Farbe. 



   Gegenüber den vorstehend erwähnten Leuchtstoffen zeichnet sich ein nach der in der Erfindung gegebenen Lehre aufgebauter Stoff durch eine sehr grosse Lichtausbeute aus. Ferner besteht die Möglichkeit, gleichzeitig mit dieser grossen Lichtausbeute das Verhältnis der Bestandteile des fluoreszierenden Stoffes derart zu wählen, dass die zuvor gestellten Anforderungen erfüllt werden können. Es ist beispielsweise möglich, die Farbe innerhalb der bereits gesetzten Grenzen zu ändern, ohne dass infolgedessen die Lichtausbeute vermindert wird. 



   Ein dritter, sehr bedeutender Vorteil der Erfindung liegt in der Tatsache, dass der neue Leuchtstoff eine erheblich geringere Temperaturabhängigkeit hat als die bisher bekannten, für den hier in Frage kommenden Anwendungsbereich verwendeten Stoffe. Diese bekannten Stoffe, beispielsweise mittels Silbers aktiviertes Zinksulfid, weisen mitunter zwar bei Zimmertemperatur eine hohe Lichtausbeute auf, die jedoch bei Temperatursteigerung so stark abfällt, dass die betreffenden Leuchtstoffe für manche Zwecke nicht brauchbar sind. Die Temperaturabhängigkeit ist deshalb wichtig, weil die Leuchtstoffe öfters an einer solchen Stelle gegenüber der primären Strahlenquelle angeordnet werden müssen, dass sie eine erhebliche Temperaturerhöhung erfahren.

   Es ist beispielsweise gefunden worden, dass ein gemäss der Erfindung aus Calciumoxyd, Siliziumoxyd und Ceriumoxyd 

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Gegenüber blauleuchtendem Zinksulfid bedeutet dies eine sehr erhebliche Verbesserung, da die Lichtausbeute des Zinksulfids bei 150  C nur noch 15% der Lichtausbeute bei Zimmertemperatur beträgt. In den weiter unten angeführten Beispielen ist für einige der dort angegebenen Stoffe die Verminderung der Lichtausbeute bei verschiedenen Temperaturen angegeben. 



   Zur Herstellung eines fluoreszierenden Stoffes nach einem Verfahren, das gleichfalls einen Teil der Erfindung bildet, wird ein Gemisch der Oxyde des Ceriums, Siliziums und eines oder mehrerer der Elemente Calcium, Zink, Strontium, Cadmium oder Barium, gegebenenfalls gemeinsam mit Aluminiumoxyd oder Stoffen, aus denen diese Oxyde durch Erhitzung entstehen, in einer nicht oxydierenden Atmosphäre, zweckmässig in einer reduzierenden Atmosphäre, erhitzt. 



  Zur Herstellung kristallinischer Erzeugnisse wird die Erhitzung zweckmässig bis nahe an den Schmelzpunkt des Stoffes geführt, während zur Herstellung eines glasartigen Stoffes bis über den Schmelzpunkt erhitzt wird. 



   Da ein nach der Erfindung aufgebauter Leuchtstoff durch Strahlen von sehr auseinanderlaufender Wellenlänge angeregt werden kann, lässt er sich vorteilhaft sowohl für Tief druckquecksilberdampfentladungsröhren als auch für Hochdruckquecksilberdampfentladungsröhren verwenden. Dabei ist unter der zuletzt erwähnten eine Röhre zu verstehen, bei welcher der Dampfdruck im Betrieb so hoch ist, dass die Entladung eingeschnürt ist. In gewissen Fällen kann man auch Entladungsröhren verwenden, die mit Edelgasen oder mit Zink-, Cadmium-oder Arsendampf oder mit Mischungen derselben gefüllt sind. 



   Zur Erzielung einer bestimmten spektralen Verteilung der ausgesandten Strahlen kann der erfindungsgemässe blaulumineszierende Stoff mit einem anderen lumineszierenden Stoffe kombiniert werden. Die Stoffe können dabei sowohl kristallinisch als auch glasartig sein. 



   Zur Erläuterung des Verfahrens nach der Erfindung und der mittels der erhaltenen Stoffe zu erzielenden Ergebnisse werden nachfolgende vier Beispiele gegeben. 
 EMI2.2 
 
<tb> 
<tb> 



  Beispiel <SEP> 1 <SEP> : <SEP> Ein <SEP> Gemisch <SEP> aus <SEP> :
<tb> 90 <SEP> g <SEP> präzipitiertem <SEP> Calciumcarbonat
<tb> 36. <SEP> 6 <SEP> g <SEP> präzipitiertem <SEP> Siliziumoxyd <SEP> und
<tb> 5 <SEP> g <SEP> Cerocarbonat
<tb> 
 
 EMI2.3 
 erhitzt. Der erhaltene Stoff ergibt bei ultravioletter Bestrahlung von einer Quecksilberdampfentladung eine starke blaue Emission (Wellenlänge 3600-6000 A mit einem Höchstwert bei 4250 A). 
Die Zusammensetzung des erhaltenen Stoffes kann durch 
 EMI2.4 
 dargestellt werden. 



   Die Temperaturabhängigkeit ergibt sich aus nachfolgender Tabelle : 
 EMI2.5 
 
<tb> 
<tb> Temperatur <SEP> in <SEP> 0 <SEP> C <SEP> Lichtausbeute <SEP> in <SEP> %
<tb> 20 <SEP> 100
<tb> 100 <SEP> 93
<tb> 200 <SEP> 82
<tb> 300 <SEP> 60
<tb> 400 <SEP> 40
<tb> Beispiel <SEP> 2 <SEP> : <SEP> Ein <SEP> Gemisch <SEP> aus <SEP> :
<tb> 67 <SEP> g <SEP> Calciumcarbonat
<tb> 34 <SEP> g <SEP> Aluminiumoxyd
<tb> 20 <SEP> g <SEP> Siliziumoxyd <SEP> und
<tb> 5. <SEP> 5 <SEP> g <SEP> Cerocarbonat
<tb> 
 wird während 1 Stunden in einer reduzierenden Atmosphäre auf 1470  C erhitzt. Der erhaltene Stoff ergibt bei ultravioletter Bestrahlung von 
 EMI2.6 
 nach dem Aufhören der Bestrahlung minutenlang nach. 



   Die Zusammensetzung des erhaltenen Stoffes kann durch 
 EMI2.7 
 dargestellt werden. 



   Die Temperaturabhängigkeit ergibt sich aus der nachfolgenden Tabelle : 
 EMI2.8 
 
<tb> 
<tb> Temperatur <SEP> in <SEP> 0 <SEP> C <SEP> Lichtausbeute <SEP> in <SEP> %
<tb> 20 <SEP> 100
<tb> 100 <SEP> 72
<tb> 200 <SEP> 41
<tb> 300 <SEP> 20
<tb> 
 
 EMI2.9 
 
<tb> 
<tb> Beispiel <SEP> 3 <SEP> : <SEP> Ein <SEP> Gemisch <SEP> aus <SEP> :
<tb> 49 <SEP> g <SEP> Strontiumcarbonat
<tb> 34 <SEP> Aluminiumoxyd
<tb> 40 <SEP> Siliziumoxyd <SEP> und
<tb> 9 <SEP> Cerocarbonat
<tb> 
 wird während   2t   Stunden in einer reduzierenden Atmosphäre auf 1360  C erhitzt. Der erhaltene Stoff ergibt bei ultravioletter Bestrahlung eine weissblaue Emission von 3000 bis 6000   A   mit Höchstwerten bei 3500 und 4300 A. 



   Die Zusammensetzung des erhaltenen Stoffes ist 
 EMI2.10 
 
 EMI2.11 
 
<tb> 
<tb> Beispiel <SEP> 4 <SEP> : <SEP> Ein <SEP> Gemisch <SEP> aus <SEP> :
<tb> 30 <SEP> g <SEP> Calciumcarbonat
<tb> 18 <SEP> g <SEP> Siliziumoxyd
<tb> 20 <SEP> g <SEP> Aluminiumoxyd <SEP> und
<tb> 3-3 <SEP> g <SEP> Cerocarbonat
<tb> 
 wird in einer reduzierenden Atmosphäre bei 1500  C geschmolzen. Bei Abkühlung entsteht ein klares Glas, das bei der ultravioletten Bestrahlung von einer Quecksilberdampfentladung stark hellblau luminesziert (Wellenlänge 3500 bis 6000 A).

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Leuchtstoff, dadurch gekennzeichnet, dass er aus den Oxyden des Siliziums und des dreiwertigen Ceriums, gemeinsam mit einem oder mehreren der Oxyde der Elemente Calcium, Zink, Strontium, Cadmium oder Barium und gegebenenfalls Aluminiumoxyd zusammengesetzt ist.

   2. Leuchtstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ceriumgehalt zwischen 0-01 und 100 Grammolekülprozenten, bezogen auf die Summe der Mengen des Siliziumoxyds und Aluminiumoxyds liegt.

   3. Leuchtstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ceriumoxydmenge zwischen 1 und 5 Grammolekülprozenten, be- zogen auf die Summe der Mengen des Siliziumoxyds und Aluminiumoxyds, liegt.

   4. Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffes nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch der Oxyde des Ceriums, Siliziums und eines oder mehrerer der Elemente Calcium, Zink, Strontium, Cadmium oder Barium, gegebenenfalls gemeinsam mit Aluminiumoxyd oder Stoffen, aus denen diese Oxyde durch Erhitzung entstehen, in einer nicht oxydierenden Atmosphäre, zweckmässig in einer reduzierenden Atmosphäre, erhitzt wird.

   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzung bis nahe dem Schmelzpunkt des Stoffes vorgenommen wird.