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Source lumineuse comportant un silicate activé par du cérium et du manganèse et procédé de préparation de ce silicate.
L'invention concerne une source lumineuse contenant une substance luminescente qui, lorsqu'elle est excitée par des rayons d'une longueur d'onde déterminée, émet des rayons d'une autre longueur d'onde. L'invention concerne en outre un procédé de préparation d'une telle substance luminescente.
Pour donner une idée précise de la présente invention, on rappellera que le métasilicate de calcium peut cristalliser sous deux formes, à savoir en structure de wollastonite et en structure de pseudo-wollastonite. Lorsque le silicate s'obtient par chauffage d'oxyde de calcium et d'oxyde de silicium ou de carbonate de calcium et d'oxyde de silicium à une température su- périeure à 1200 C, on obtient la structure de pseudo-wollastonite, alors qu'endeça de 1200 C on obtient la structure de wollastonite.
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On sa.it déjà que le métasilicate de calcium à structure de wollastonite, activé par du manganèse et du plomb fournit un rayonnement partiellement compris dans la partie rouge-orange et partiellement dans la partie ultra-violette (entre 2800 et 400 ) du spectre lorsqu'il est excité par des rayons ultra- violets à ondes courtes (2537 #). Une même excitation de la substance à structure de pseudo-wollastonite rend aussi celle-ci luminescente, mais l'intensité de cette luminescence est si faible qu'elle n'est guère utilisable en pratique.
Il y a lieu de noter que, dans le procédé de prépara- tion de ce métasilicate de calcium à structure de wollastonite activé par du plomb et du manganèse, la température de prépara- tion est d'environ 1000 à 1250 C. Le fait que l'on peut chauffer ici au-delà de la température de transition précitée, (l200 C) peut s'expliquer par le fait, que le manganèse augmente quelque peu la température de transition entre la structure de wollasto- nite et la structure de pseudo-wollastonite (l'addition de plomb n'exerce pratiquement pas d'influence sur la position du point de transition.
Une source de rayons conforme à l'invention est constituée par la combinaison d'un tube à décharge dans le gaz, en particulier un tube à décharge dans la vapeur de mercure, et de métasilicate de calcium, à structure de pseudo-wollastonite, luminescent activé par du manganèse et du cérium. Les essais qui ont conduit à la présente invention ont prouvé que ce métasilicate de calcium peut fournir une luminescence parfaite- ment utilisable, Contrairement au métasilicate de calcium connu, activé par du manganèse et du plomb, le métasilicate de calcium activé par du manganèse et du cérium, doit présenter la structure de pseudo-wollastonite. La structure de wollastonite ne fournit pas une luminescence pratiquement utilisable.
La substance à utiliser dans une source de rayons conforme à l'inven- ion, émet deux bandes l'une dans la partie bleue, et l'autre
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dans la partie jaune du spectre. Les intensités de ces bandes sont du même ordre de grandeur. On peut modifier légèrement leur rapport en variant le rapport de la teneur en manganèse et de la teneur en cerium.
En général, on s'efforcera d'obtenir de la lumière pratiquement blanche et, à cet effet, la teneur en manganèse exprimée en molécules-grammes, doit être à peu près la même que la teneur en cérium; de préférence, les deux teneurs sont comprises entre 2 et 10% rapporté à la quantité totale d'oxyde de calcium.
L'un des grands avantages du métasilicate de calcium activé par du manganèse et du cérium, est que l'excitation peut s'effectuer tant par des rayons à longueur d'onde 2537 # que par des rayons à longueur d'onde de 3650 . La substance peut donc s'utiliser tant en combinaison avec un tube à dé- charge dans la vapeur de mercure à haute pression qu'avec un tube à décharge dans la vapeur de mercure à basse pression.
Lorsque l'excitation s'effectue par des rayons de 2537 #, le ren- dement en quanta est si élevé que l'efficacité lumineuse est pratiquement égale à celle des mélanges de silicate et de tungstate, utilisés jusqu'à présent, qui fournissent la même couleur. Cepen- dant, comparativement à ces mélanges, on obtient le grand avan- tage que la couleur blanche s'obtient à l'aide d'une seule substance luminescente.
Pour préparer une substance luminescente suivant un procédé qui fait aussi partie de la présente invention, un mé- lange d'oxydes de calcium., de silicium, de cérium et de manganèse ou de matières dont le chauffage fournit ces oxydes, est chauffé dans une atmosphère non oxydante, de préférence réductrice, à une température telle que l'on obtienne la structure de pseudo- wollastonite. La température requise dépend quelque peu de la teneur en manganèse. Ceci résulte du fait que, tout comme dans
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le cas du métasilicate de calcium connu activé par du manganèse et du plomb., la température de transition entre la structure de wollastonite et la structure de pseudo-wollatonite, est influen- cée par la quantité de manganèse.
L'atmosphère réductrice peut consister, par exemple, en un mélange d'azote et d'hydrogène.
Comme matières dont le chauffage peut fournir les oxydes précités, on peut mentionner les carbonates et les nitrates.
Le procédé conforme à l'invention sera expliqué à l'aide de l'exemple suivant.
On mélange 96 g. de carbonate de calcium, 2,3 g. de carbonate de manganèse et 5,5 g. de carbonate de cérium
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(Cez(C03)3.5T0) avec une quantité d'acide sili#iclue correspondant à 61 g. de SiO2 exempt d'eau. On broie ce mélange pendant une heure dans un broyeur à boulets rempli d'acétone. Après aspira- tion sur un entonnoir de Büchner, on sèche le mélange, puis on le chauffe pendant deux heures à 1400 C dans un four électrique que traverse un mélange d'azote et d'hydrogène.
On peut aussi partir de solutions contenant les di- vers constituants dans le rapport désiré, par exemple des chlorures ou des nitrates. On y ajoute un excès d'une solution de carbonate d'ammonium ce qui provoque un mélange intime des trois carbonates. On mélange le tout avec de l'acide silicique et pour le reste, la préparation s'effectue de la même manière que ci-dessus.
Comme c'est toujours le cas pour la préparation des substances luminescentes, les matières premières utilisées doi- vent être très pures et de plus, il est avantageux de partir de matières finement divisées.