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Verfahren zur Herstellung von Leuchtstoffen Die Erfindung bezieht
sich auf Leuchtstoffe, deren Emission im roten Bereich des Spektrums liegt, wenn
sie durch kurzwellige ultraviolette Strahlung, z. B. durch die Strahlen eines Niederdruckquecksilberdampflichtbogens,
oder durch langwellige ultraviolette Strahlung, z. B. von einem Hochdruckquecksilberdampflichtbogen
ausgehend, erregtwerden.
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Die erfindungsgemäß erzeugten Leuchtstoffe stellen zusammengesetzte
Körper dar, die als vorwiegende Bestandteile Magnesium, Arsen, Sauerstoff und Mangan
sowie gegebenenfalls Fluor enthalten. Es wurde festgestellt, daß derartig zusammengesetzte
Körper gute Ergebnisse liefern, wenn das Molverhältnis Magnesiumoxyd zu Arsenpentoxyd
3 : = übersteigt und sich vorzugsweise in einem Bereich von 8 : 1 bis io : i hält.
Der Mangangehalt kann dabei in weiten Grenzen, z. B. zwischen o,ooi und 5 Molprozent,
bezogen auf Magnesiumoxyd, schwanken und liegt vorzugsweise zwischen o,o5 und o,6
Molprozent.
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Das bisherige Verfahren zur Herstellung von Leuchtstoffen mit den
erwähnten Bestandteilen erforderte die Erhitzung eines innigen Gemisches von Magnesiumoxyd,
Arsenpentoxyd, Mangancarbonat und Fluorwasserstoffsäure während ungefähr 15 Stunden
bei etwa 115o°. Beispielsweise wurden die folgenden Mengenverhältnisse verwendet:
9 bis io Mol Mg 0, 1 Mol As. 06, o,oo6 bis o,oo7 Mol Mn C 0, und a ml einer
4o°/oigen Lösung von HF. Die trockenen Ausgangsstoffe wurden gemischt und mit destilliertem
Wasser zu einer Paste angerührt. Die Paste wurde mit der Fluorwasserstofflösung
versetzt, getrocknet
und anschließend längere Zeit erhitzt, um die
zur Entwicklung der Leuchtfähigkeit führenden chemischen und physikalischen Änderungen
zu bewirken.
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Zweckmäßig wird die Masse in oxydierender Atmosphäre geglüht, um die
volle Leuchtfähigkeit zu entwickeln. Dabei wurde gefunden, daß günstige Ergebnisse
erzielt werden, wenn das Glühen in Luft bei 115o° unter Benutzung des vorstehend
geschilderten Verfahrens erheblich, selbst bis zu ioo Stunden, ausgedehnt wurde.
Ein derartig langes Glühen bei derartig hohen Temperaturen stellt notwendigerweise,
besonders bei einer Erzeugung im großen Maßstabe, hohe Anforderungen und bedingt
zusätzliche Kosten.
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Die Erfindung strebt eine Verkürzung der ausgedehnten Erbitzungszeit
an. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß Magnesiumperoxyd oder ein Gemisch von Magnesiumperoxyd
und Magnesiumoxyd als Ausgangsmaterial für den Magnesiumgehalt des zu entwickelnden
Leuchtstoffes benutzt.
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Bei der Ausführung der Erfindung kann das bisher bei der Herstellung
von Leuchtstoffen verwendete Mg O, welches oben erwähnt wurde, durch eine gleiche
Menge von handelsüblichem, chemisch reinem Magnesiumperoxyd ersetzt werden, das
eine Zusammensetzung von ungefähr 25"/, Mg02 und 750/, M90 hat. Dadurch wird die
Erhitzungsdauer bei Verwendung der oben angegebenen Bestandteile auf 2 bis 5 Stunden
herabgesetzt. Werden größere Mengen der Mischung zubereitet, so ist eine längere
Erhitzungszeit erforderlich.
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Wird ein niedrigerer Gehalt an Mg 02 verwendet, z. B. 15 °/o, so ist
der erzielte Nutzen proportional geringer.
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Bei teilweisem oder vollständigem Ersatz von MgO durch Mg 02 ist es
für bestimmte Verwendungszwecke vorteilhaft, das in der ersten Methode erwähnte
H F wegzulassen. Ebenso wird vorzugsweise eine äquivalente Menge von Mn (N 03)2
in Form einer io°/oigen Lösung in Wasser an Stelle von MnC03 verwendet.
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Im folgenden sind vier Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Herstellung eines Leuchtstoffes beschrieben
| Beispiel 1 |
| Magnesiumperoxyd (mit 25 Gewichts- |
| prozent Mg 02) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 g |
| As205 ............................. 76 g |
| Mn (N03)2 - 6 H20 als io°/oige Lösung |
| in Wasser . . .. .. . . .. ..... . .. . : . 1,8 ml. |
Man löst das Ase
0, in destilliertem Wasser auf und fügt es mit dem in Lösung
befindlichen Mn (N03)2 dem Magnesiumperoxyd zu, um eine Paste zu erzielen. Es werden
im ganzen etwa 36o ml Wasser benötigt. Danach wird bei 105 bis 14o° getrocknet.
Nach Abkühlen wird die zusammengebackene Masse gemahlen, bis sie durch ein 2oo-Maschen-Sieb
geht. Dieses Pulver wird dann gebrannt, um die zur Erzielung der Leuchtfähigkeit
erforderlichen chemischen und physikalischen Änderungen zu bewirken. Das Brennen
erfolgt in Quarztiegeln bei iioo bis ii5o° während 2 bis 3 Stunden unter solchen
Bedingungen, bei denen eine Reduktion vor Erreichen der maximalen Leuchtfähigkeit
vermieden wird.
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Im allgemeinen genügt ein zweimaliges Brennen. Das Brennen kann in
einem Ofen erfolgen, zu dem die Außenluft Zutritt hat. Das sich ergebende, gebrannte
Pulver ist zur Verwendung als Leuchtstoff geeignet. Beispiel 2 In diesem Beispiel
sind die verwendeten Bestandteile dieselben wie die im Beispiel i mit der Ausnahme,
daß an Stelle von Ase 05 eine äquivalente Menge (66 g) von As, 0, verwendet
wird, die durch Kochen in 65 bis 7o ml konzentrierter Salpetersäure (»rein« nach
D. A. B. 6), vermischt mit 65 bis 7o ml destilliertem Wasser, aufgelöst wird. Mit
dieser Lösung und der Mn (N O3)2 Lösung wird das Magnesiumperoxyd wie im Beispiel
i angepastet. In diesem Fall ist es notwendig, nach dem Trocknen der Paste eine
Vorerhitzung einzuschieben, um die Nitrate, die sich durch den 1_Tberschuß von Salpetersäure
bildeten, zu zersetzen. Dieses Vorerhitzen wird unter Luftzutritt in Quarztiegeln
so durchgeführt, daß man die Ofentemperatur im Verlauf von 2 Stunden von q.oo auf
8öo° steigert. Die dadurch gebildete, zusammengebackene Masse wird nach dem Abkühlen
so lange gemahlen, bis sie durch ein 2oo-Maschen-Sieb geht. Das Pulver wird dann
zur Erzeugung der Leuchtfähigkeit dem normalen Brennprozeß unterworfen, der im Beispiel
i beschrieben ist. Beispiel 3 In diesem Beispiel sind die verwendeten Bestandteile
dieselben wie im Beispiel i, jedoch wird an Stelle von 26o rnl destilliertem Wasser
zur Herstellung der Magnesiumperoxydpaste eine ähnliche Menge von destilliertem
Wasser, enthaltend o,6 ml einer 4o°/oigen Fluorwasserstofflösung, zugesetzt. Die
übrigen Schritte des im Beispiel s erwähnten Verfahrens werden alsdann in gleicher
Weise ausgeführt. Beispiel q. Dieses Beispiel wird mit den im Beispie12 verwendeten
Bestandteilen durchgeführt, jedoch wird an Stelle des destillierten Wassers der
Magnesiumperoxydpaste destilliertes Wasser mit einem Gehalt von o,6 ml einer 4o°/oigen
Fluorwasserstofflösung verwendet wie im Beispiel3. Die übrigen Schritte sind dieselben
wie im Beispie12.
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Die Anwesenheit von Fluor im Leuchtstoff gibt dem Leuchtstoffkörper
eine gelbere Farbe und kann ihm eine höhere Absorbtionskraft für langwellige ultraviolette
Strahlen erteilen.
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Die nachfolgende Tabelle zeigt die Wirkung der Herabsetzung des Mg0,-
Gehalts in dem verwendeten Magnesiumperoxyd auf die Geschwindigkeit, mit der sich
die Leuchtfähigkeit bei kurzwelliger ultravioletter Erregung in Abhängigkeit von
der Brenndauer bei
Leuchtstoffen der oben beschriebenen Art entwickelt
| Gehalt an @@@a in Gewichtsprozent |
| Gesamtbrenn- |
| 25 15 g o dauerin Std. |
| Relative Leucht- |
| fähigkeit in |
| Prozent ...... 92 76 59 40 2 |
| Relative Leucht- |
| fähigkeit in |
| Prozent ....... 103 86 75 52 43I4 |
| Relative Leucht- |
| fähigkeit in |
| Prozent ....... 103 93 75 59 8 |