Verfahren zur Herstellung eines Silikat-Leuchtstoffes, welcher unter der Einwirkung der in einer Gas- und/oder Dampfentladungsrühre erzeugten Strahlung kurzwellige Ultraviolettstrahlen emittiert Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Silikat-Leuchtstoffes, welcher unter der Einwirkung der in einer Gas- und/oder Dampfentladungsröhre erzeugten Strahlung kurzwel lige Ultraviolettstrahlen emittiert. Die Erfindung be zieht sich ferner auf den auf diese Weise herge stellten Silikat-Leuchtstoff.
Es ist bekannt, dass eine Strahlung mit einer Wellenlänge von etwa 2900 A auf Menschen und Tiere einen günstigen Einfluss ausübt. Diese Strah lung wird häufig als Erythemstrahlung bezeichnet. Es wurden daher Strahlenquellen entworfen, welche diese Strahlung mit hinreichender Intensität aus senden. Eine bekannte Strahlenquelle dieser Art be steht aus der Kombination einer Gas- und/oder Dampfentladungsröhre und eines Schirmes mit Leuchtstoffen, die von der in der Entladung er zeugten Strahlung erregt werden können und dann die Erythemstrahlung aussenden.
Die Zahl der zu diesem Zweck verwendbaren Leuchtstoffe, das heisst Stoffe, die durch Strahlung mit einer Wellenlänge unter 2900 A leicht erregt werden und dann die gewünschte Strahlung aussenden, ist nicht beson ders gross, insbesondere, wenn auch noch die An forderung gestellt wird, dass die Umsetzung in die Erythemstrahlung mit befriedigender Ausbeute er folgen muss.
Bekannt sind mit Cer aktivierte Verbindungen, die durch Strahlung mit einer Wellenlänge unter 2900 A erregt werden und diese in Erythemstrah- lung umsetzen, aber sie haben den Nachteil, dass sie bei Anbringung in einer Entladungsröhre diese Umsetzung nur während verhältnismässig kurzer Zeit mit einer angemessenen Ausbeute vollführen.
Einer der geeignetsten Stoffe für den oben beschriebenen Zweck ist ein mit Thallium aktiviertes Orthophosphat von Calcium und Zink. Ein wei terer zien-lich guter Stoff für den gleichen Zweck ist ein mit Thallium aktiviertes Orthophosphat von Calcium und Magnesium.
Mit Rücksicht auf die grosse Bedeutung für die Gesundheit von Menschen und Tieren ist es erwünscht, die Anzahl der für den oben beschrie benen Zweck verwendbaren Leuchtstoffe auszu dehnen.
Der Leuchtstoff kann sich innerhalb oder ausser halb der Entladungsröhre befinden. Wenn der Stoff sich ausserhalb der Röhre, zum Beispiel auf einem Reflektor, befindet, so ist es erforderlich, dass die Erregungsstrahlung die Entladungsröhre verlassen und den Leuchtstoff erreichen kann. Die Hülle der Entladungsröhre kann zu diesem Zweck zum Beispiel aus Quarz hergestellt werden.
Beim Verfahren nach der Erfindung zur Herstel lung eines Silikat-Leuchtstoffes, welcher unter der Einwirkung der in einer Gas- und/oder Dampferitla- dungsröhre erzeugten Strahlung eine kurzwellige Ultraviolettstrahlung aussendet, wird ein Gemisch von Verbindungen von Barium, Zink, Silicium und Blei, welches bei Erhitzung ein mit Blei aktiviertes Barium-Zink-Silikat ergibt, einige Stunden auf eine zwischen 900 und 1100 C liegende Temperatur erhitzt, wobei die Atomverhältnisse im Gemisch derart sind, dass folgende Bedingungen erfüllt wer den:
EMI0001.0031
EMI0002.0001
Der nach dem oben angegebenen Verfahren her gestellte Leuchtstoff kann besonders gut in Verbin dung mit einer Niederdruckquecksilberdampfentla- dungsröhre verwendet werden, da die Entladung einer solchen Röhre sehr viel Strahlung mit einer Wellen länge von etwa 2537 A aussendet. Diese Strahlung wird dann mit guter Ausbeute in eine kurzwellige Ultraviolettstrahlung umgesetzt. Der Stoff kann sich dabei in Form einer Schicht auf der Innenseite der Hülle dieser Entladungsröhre befinden.
Das Verfahren nach der Erfindung bietet gegen über dem Verfahren zur Herstellung der oben be schriebenen, mit Thallium aktivierten Leuchtstoffe, die eine Erythemstrahlung aussenden, den Vorteil, dass der Aktivator weniger flüchtig und auch weniger giftig als das Thallium ist. Die spektrale Zusammen- setzung der ausgesandten Strahlung und die Aus beute der Umsetzung sind nahezu gleich denen dieser bekannten Stoffe.
Die günstigsten Ergebnisse werden erzielt, wenn bei der Herstellung die Atomverhältnisse derart ge wählt werden, dass
EMI0002.0011
Ein besonders gutes Erzeugnis, das mit dem Verfahren nach der Erfindung erzielt wird, weist folgendes Röntgendiffraktionsdiagramm auf:
EMI0002.0013
<I><U>d <SEP> I <SEP> d <SEP> 1 <SEP> d <SEP> 1</U></I>
<tb> 11 <SEP> 20 <SEP> 2,38 <SEP> 15 <SEP> 1,71 <SEP> 25
<tb> 6,4 <SEP> 15 <SEP> 2,28 <SEP> 45 <SEP> 1,67 <SEP> 10
<tb> 4,66 <SEP> 25 <SEP> 2,15 <SEP> 15 <SEP> 1,66 <SEP> 10
<tb> 3,32 <SEP> 15 <SEP> 2,12 <SEP> 15 <SEP> 1.60 <SEP> 10
<tb> 3,24 <SEP> 100 <SEP> 2,02 <SEP> 15 <SEP> 1,57 <SEP> 25
<tb> 3,16 <SEP> 100 <SEP> 1,97 <SEP> 40 <SEP> 1,51 <SEP> 20
<tb> 3,01 <SEP> 100 <SEP> 1,94 <SEP> 25 <SEP> 1,40 <SEP> 15
<tb> 2,89 <SEP> 15 <SEP> 1,92 <SEP> 10 <SEP> 1,38 <SEP> 10
<tb> 2,56 <SEP> 15 <SEP> 1,85 <SEP> 10 <SEP> 1,33 <SEP> 5
<tb> 2,50 <SEP> 60 <SEP> 1,82 <SEP> 20 <SEP> 1,28 <SEP> 20
<tb> 2,41 <SEP> 20 <SEP> 1,77 <SEP> 10 <SEP> 1,27 <SEP> 10 Es ist wahrscheinlich,
dass mit dem Verfahren nach der Erfindung immer eine solche Menge des Stoffes mit dem oben angegebenen Röntgendiffrak- tionsdiagramm gebildet wird, dass das Erzeugnis des Verfahrens nach der Erfindung seine kurzwellige ultraviolette Emission grösstenteils diesem Stoff ver dankt. Neben diesem Stoff befinden sich wahrschein lich im Reaktionsprodukt noch Überreste der Aus gangsstoffe oder Zersetzungsprodukte, zum Beispiel Oxyde, dieser Stoffe und geringe Mengen von Ver bindungen, die keine oder eine weniger starke Ultra violettstrahlung aussenden, zum Beispiel Willemit.
Der Einfluss des Bleigehaltes ist derart, dass bei grösseren Bleimengen mehr Strahlung mit längerer Wellenlänge ausgesandt wird. Dies wird an Hand einer Zeichnung im nachfolgenden illustriert.
Für die beim Verfahren nach der Erfindung ver wendeten Verbindungen können als sehr geeignet Oxyde, Nitrate und Karbonate von Barium, Zink oder Blei gewählt werden. Das Silicium wird vor zugsweise als Oxyd zugesetzt. Auch Gemische dieser Verbindungen lassen sich sehr gut verwenden. Das Blei kann auch als Fluorid zugesetzt werden, wobei ein Teil desselben gleichzeitig als Flussmittel wirkt, wodurch die Herstellungstemperatur herabgesetzt und die Kristallisierung begünstigt wird.
Nachstehend folgen einige Beispiele von Her stellungsarten, wobei gleichzeitig auf die Zeichnung verwiesen wird, die zwei Kurven des Zusammenhan ges zwischen den Wellenlängen und der Intensität der ausgesandten Strahlung in beliebigen Einheiten darstellt. Die Kurven wurden bei Erregung durch Strahlung mit einer Wellenlänge von 2537 A auf gezeichnet.
<I>Beispiel I</I> Man bereitet ein Gemisch von 2,96g BaCO, 2,43 g Zn0 2,70 g SiO,, und mahlt dieses Gemisch in einer Kugelmühle mit Steatitkugeln, in 30 bis 50 ein- Alkohol suspen diert, während 16 Stunden. Dieser Suspension wird 5 cm?, einer wässerigen Lösung von Pb(N03)" zu gesetzt (Konzentration -10-5 gMol Pb je cm3). Nach gutem Mischen wird die Suspension trocken gedampft, in einem Mörser pulverisiert und in einem Alundumbecher 4 Stunden bei einer Temperatur von etwa 1050 C in Luft in einem Ofen erhitzt.
Dann lässt man den Becher mit Inhalt im Ofen auf Zimmer temperatur abkühlen. Das erhaltene Erzeugnis wird nötigenfalls pulverisiert und gesiebt. Die Spektralver- teilung bei Erregung durch eine Strahlung mit einer Wellenlänge von 2537 A ist in der Zeichnung durch die Kurve 1 dargestellt, woraus ersichtlich ist, dass das Maximum bei etwa 3030 A liegt.
<I>Beispiel 11</I> Man bereitet ein Gemisch von 12,35 g BaC03 14,15g Zn0 15,8 g Si0z und mahlt dieses Gemisch in 150 bis 250 cm3 Al kohol suspendiert, während 16 Stunden in einer Kugelmühle, nachdem auch noch 25 cm3 einer wässe rigen Lösung von Pb(N03)2 mit einer Konzentra tion von 10-4 gMol Pb je cm3 zugesetzt worden ist. Die erhaltene Suspension wird trockengedampft und das trockene Erzeugnis in einem Mörser pulveri siert, worauf das Pulver in einem Quarzbecher zwei Stunden auf eine Temperatur von 700 C in Luft in einem Ofen erhitzt wird.
Nach dem Abkühlen des Bechers mit Inhalt im Ofen wird das erhaltene Re aktionserzeugnis aufs neue in einem Mörser pulveri siert. Das entstandene Pulver wird darauf in einem Ofen vier Stunden bei einer Temperatur von 10l0 C von neuem erhitzt. Diese Erhitzung erfolgt gleich falls in einem Quarzbecher mit verschlossenem Deckel. Man lässt darauf den Becher mit Inhalt auf Zimmertemperatur abkühlen. Das erhaltene Erzeug nis wird nötigenfalls gemahlen und gesiebt. Die Spektralverteilung bei Erregung durch eine Strah lung mit einer Wellenlänge von 2537 A ist nahezu gleich der des Beispiels I.
<I>Beispiel</I> III Man bereitet ein Gemisch von 3,30 g Si02 4,24 g ZnC03 und suspendiert dieses Gemisch in 50 cm3 einer wässerigen Lösung von 2,94 g Ba(N03)z. Der Sus pension wird 5 cm3 einer wässerigen Lösung von Pb(N03).' zugesetzt, die eine Konzentration von 10-4 gMol Pb je cm3 hat. Die erhaltene Suspension wird trockengedampft, der Trockenrest in einem Mörser pulverisiert und in einem Alundumbecher vier Stunden in einem Ofen auf 1000 C in Luft erhitzt.
Darauf lässt man den Becher mit Inhalt im Ofen abkühlen. Das erhaltene Erzeugnis wird nötigenfalls gemahlen und gesiebt. Die Spektralver teilung bei Erregung durch eine Strahlung mit einer Wellenlänge von 2537 A ist praktisch gleich der des mit dem Verfahren von Beispiel I erhaltenen Re aktionserzeugnisses.
<I>Beispiel IV</I> Man bereitet ein Gemisch von 8,00 g Ba(N03)2 3,05g Zn0 4,79 g Si02 0,14 g PbF2 und pulverisiert dieses Gemisch in einem Mörser. Das erhaltene Pulver wird eine Stunde in einem Alundumbecher in einem Ofen auf 950 C in Luft erhitzt. Das Erzeugnis dieser Erhitzung wird von neuem in einem Mörser pulverisiert und eine Stunde lang in einem Alundumbecher in einem Ofen auf 1050 C erhitzt. Man lässt den Becher mit Inhalt im Ofen auf Zimmertemperatur abkühlen.
Die Spektralverteilung bei Erregung durch eine Strah- lung mit einer Wellenlänge von 2537 A ist nahezu gleich der von Beispiel I.
<I>Beispiel V</I> Man bereitet ein Gemisch von 0,98g BaC03 5,65 g ZnC03 3,00 g Si02 und suspendiert dieses Gemisch in 30 bis 50 cm3 Alkohol, worauf es 16 Stunden lang in einer Kugel mühle gemahlen wird. Der erhaltenen Suspension wird 5 cm3 einer wässerigen Lösung von Pb(N03)2 mit einer Konzentration von 10-4 gMol Pb je cm3 zugesetzt.
Die so erhaltene Suspension wird trocken gedampft, und das trockene Erzeugnis wird vier Stunden in einem Alundumbecher auf eine Tem peratur von 1000 C in einem Ofen in Luft er hitzt. Darauf lässt man den Becher mit Inhalt im Ofen abkühlen. Das erhaltene Erzeugnis wird nöti genfalls feingemahlen und gesiebt. Die Spektralver teilung bei Erregung durch eine Strahlung mit einer Wellenlänge von 2537 A ist praktisch gleich der des Beispiels I.
<I>Beispiel</I> VI Ein Gemisch von 2,96 g BaC03 2,43 g Zn0 2,70 g Si02 wird in 100 cm3 Alkohol suspendiert und in einer Kugelmühle gemahlen. Der erhaltenen Suspension wird 14 cm3 einer wässerigen Lösung von Pb(N03)2 zugesetzt, die 10-4 gMol Pb je cm3 enthält. Die so erhaltene Suspension wird trockengedampft und der Trockenrest wird in einem Alundumbecher vier Stunden in einem Ofen auf eine Temperatur von 1000 C in Luft erhitzt.
Darauf lässt man den Becher mit Inhalt im Ofen abkühlen. Der erhaltene Leucht- stoff wird nötigenfalls gemahlen und gesiebt. Die Spektralverteilung bei Erregung durch eine Strah lung mit einer Wellenlänge von 2537 A ist durch die Kurve 2 dargestellt.
Die nach einem der oben angegebenen Verfah ren erhaltenen leuchtenden Reaktionserzeugnisse können auf die normalen bekannten Weisen als Leuchtschicht in bzw. auf eine Entladungsröhre oder auf einen Reflektor aufgebracht werden.
Wie es aus einem Vergleich der Kurven 1 und 2 hervorgeht, hat der höhere Bleigehalt des nach Beispiel VI hergestellten Stoffes zur Folge, dass etwas mehr Strahlung mit längeren Wellenlängen aus gesandt wird.