荧光灯用核-壳阴极发射材料及其制备方法

摘要

一种荧光灯用核-壳阴极发射材料，其特征在于：为固体粉末，粉体以(BaSrCa)CO3为核、碳酸稀土为壳，核的中心粒径5～10μm。本发明珠阴极发射材料产品粒度小、比表面积大，活性高，有较好的电子发射效果；可较大程度地增加荧光灯的使用寿命和降低荧光灯光衰；提高了荧光灯的产品品质，改良荧光灯制造工艺。

权利要求

1.一种荧光灯用核-壳阴极发射材料，其特征在于：为固体粉末，粉体以(BaSrCa)CO3为核、碳酸稀土为壳，核的中心粒径5～10μm。

2.根据权利要求1所述的一种荧光灯用核-壳阴极发射材料，其特征在于：所述的稀土为单一稀土元素Ce或Y，或混合稀土元素富铈轻稀土或富钇重稀土。

3.一种荧光灯用核-壳阴极发射材料的制备方法，其特征在于，以分析纯的可溶于水的钡、锶、钙盐和可溶于水的稀土盐为原料；由钡、锶、钙盐与碳酸铵在水溶液中反应沉淀得的钡锶钙三元碳酸盐；将沉淀用可溶于水的稀土盐的水溶液在50-80℃处理，过滤、洗涤和干燥，即得壳层阴极发射材料。

4.根据权利要求3所述的一种荧光灯用核-壳阴极发射材料的制备方法，其特征在于，所述的稀土盐溶液与钡锶钙三元碳酸盐固体的液固比为5-10。

5.根据权利要求3所述的一种荧光灯用核-壳阴极发射材料的制备方法，其特征在于，所述的稀土盐溶液浓度控制在0.5～1.5mol/L。

6.根据权利要求3所述的一种荧光灯用核-壳阴极发射材料的制备方法，其特征在于，所述的稀土盐为钇、铈、富铈混合轻稀土、富钇重稀土或混合稀土的可溶于水的盐。

7.根据权利要求6所述的一种荧光灯用核-壳阴极发射材料的制备方法，其特征在于，所述钡、锶、钙盐和钇、铈、富铈混合轻稀土、富钇重稀土或混合稀土的可溶盐为硝酸盐或氯化物。

8.根据权利要求3所述的一种荧光灯用核-壳阴极发射材料的制备方法，其特征在于，所述的钡锶钙三元碳酸盐中钡、锶、钙的比例按BaCO3:SrCO3:CaCO3＝55～60:30～35:5～10以重量比计。

9.根据权利要求3所述的一种荧光灯用核-壳阴极发射材料的制备方法，其特征在于，钡、锶、钙总浓度与碳酸铵浓度等同，为0.2～1.5mol/L。

10.根据权利要求3所述的一种荧光灯用核-壳阴极发射材料的制备方法，其特征在于，所述的碳酸铵是由碳酸氢铵与氨水反应而得。

说明书

技术领域

本发明涉及一种荧光灯用阴极发射材料及其制备方法。

背景技术

荧光灯属气体放电光源，是目前照明的主流光源，全球年产销时超过100亿只。紧凑型节能荧光灯则全球绿色照明的主要光源，其制造成工艺日趋成熟[1]；目前其产品品质的提高依赖于其生产原材料(如荧光粉、阴极发射材料等)性能的提高。
阴极是气体放电光源的一个重要部件，它对气体放电光源的性能(特别是寿命)有着决定性影响，可以说大多数气体放电光源的损坏都是由阴极性能变劣或失效而引起的。
目前荧光灯用阴极由钨灯丝与涂覆其上的阴极发射材料组成；荧光灯阴极的发射材料通常是以钡(Ba)、锶(Sr)和钙(Ca)三元碳酸盐为基础加入适量的添加物(如ZrO2)制成。这一传统的配方目前仍无多大变化，因为对低压汞蒸气放电灯来说，钡、锶、钙的氧化物由于其逸出功低而仍不失为较为理想的发射材料[2]；普遍使用的成分组成为BaCO3:SrCO3:CaCO3＝56:38:6(重量比)、ZrO2占三元碳酸盐的5％。
但三元碳酸盐发射材料存在直流发射小、涂层强度差、抗中毒能力和抗离子轰击能力差和分解激活时放气量大等缺点。这些缺点在紧凑型节能荧光灯中显得尤为突出，直接影响产品质量、发光效率和使用寿命。为了改善阴极发射材料的性能，现行的研究大多是调整三元碳酸盐中钡、锶和钙的比例[3]及改变的添加量ZrO2。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种荧光灯用核-壳阴极发射材料可较大程度地增加荧光灯的使用寿命和降低荧光灯光衰；提高了荧光灯的产品品质。
本发明的另一目的旨在提供上述荧光灯用核-壳阴极发射材料简单实用的制备工艺。
本发明的目的是通过下述方式实现的：
一种荧光灯用核-壳阴极发射材料，为固体粉末，粉体以(BaSrCa)CO3为核、碳酸稀土为壳，核的中心粒径5～10μm。
所述的稀土为单一稀土元素(如Ce、Y等)或混合稀土元素(如富铈轻稀土、富钇重稀土、混合稀土)。
本发明的材料表观为白色或略带灰白固体粉末。
本发明的制备工艺为：
以分析纯的可溶于水的钡、锶、钙盐和可溶于水的稀土盐为原料；由钡、锶、钙盐与碳酸铵在水溶液中反应沉淀得的钡锶钙三元碳酸盐；将沉淀用可溶于水的稀土盐的水溶液在50-80℃处理，过滤、洗涤和干燥，即得壳层阴极发射材料。
所述的稀土盐溶液与钡锶钙三元碳酸盐固体的液固比为5-10。
所述的稀土盐溶液浓度优选控制在0.5～1.5mol/L。
所述的稀土盐优选钇、铈、富铈混合轻稀土的可溶盐。
所述钡、锶、钙盐和钇、铈、富铈混合轻稀土的可溶盐优选硝酸盐或氯化物。
所述的钡锶钙三元碳酸盐中钡、锶、钙的比例按BaCO3:SrCO3:CaCO3＝55～60:30～35:5～10以重量比计。
钡、锶、钙总浓度与碳酸铵浓度等同，优选0.2～1.5mol/L。
所述的碳酸铵是由碳酸氢铵与氨水反应而得。
本发明的具体的制备过程为：
(1)将一定配比量的硝酸钡、硝酸锶和硝酸钙溶于水，配制成一定浓度；将计量的碳酸氢铵与氨水反应制成碳酸铵；采用并流加料的液相反应沉淀法制备(BaSrCa)CO3。钡、锶、钙的比例按BaCO3:SrCO3:CaCO3＝55～60:30～35:5～10(重量比)；钡、锶、钙总浓度与碳酸铵浓度等同，选用0.2～1.5mol/L；反应温度20～60℃；按反应计量，碳酸铵过量10～15％；通过加料速度控制产物中心粒度5～10μm。
(2)反应完成后，产物经过滤、略加洗涤后，入下工序进行处理。
(3)将稀土盐(硝酸盐或氯化物)溶于水，配制成一定浓度；将新制(BaSrCa)CO3放入稀土溶液中，搅拌反应指定时间。液固(湿)比为5～10；稀土浓度控制0.5～1.5mol/L；处理温度50～80℃，处理时间0.5～2小时。
(4)将处理后的固体过滤、纯水多次洗涤；于烘箱中60～90℃烘干。
(5)干粉经分级；得产物成品；
制得的产品经批量制灯测试其特性：采用5分钟开/5分钟关循环周期测试节能灯的寿命(以10只灯为一组，组中有50％的灯熄灭时所对应的开关次数为灯的平均寿命)；以连续点亮灯测量灯的光通量衰减(以5只灯为一组，光衰取平均值)。与市售阴极发射材料对比。
用激光粒度仪测定其表观粒度及其分布。
本发明通过液相沉淀法制得锶钙三元碳酸盐、并经稀土溶液处理得到以钡锶钙三元碳酸盐为核、碳酸稀土为壳的核—壳阴极发射材料。
发明的优点和积极效果
本发明的优点：
1)采用液相控制反应沉淀法制备钡锶钙碳酸盐，操作方便，产物为球形、粒度可控；
2)采用稀土盐的水溶液处理三元碳酸稀土，通过沉淀转化反应在三元碳酸盐颗粒表面原位生成碳酸稀土壳；过程简单，操作极为方便；
阴极发射材料产品粒度小、比表面积大，活性高，有较好的电子发射效果；
本发明的材料，较大程度地增加荧光灯的使用寿命和降低荧光灯光衰；提高了荧光灯的产品品质，改良荧光灯制造工艺。
具体的实施方式
以下为本发明的部分具体实施例。这些实施例的给出决不是限制本发明。
实施例1：
按配比(质量比)为Ba(NO3)2:Sr(NO3)2:Ca(NO3)2＝56:34:10配制总浓度1.0mol/L硝酸盐水溶液；用氨水与碳铵反应制得(NH4)2CO3水溶液，浓度为1.0mol/L；两种物料并流加入反应器，在60℃下搅拌反应沉淀3.0小时，得到共沉淀结晶；过滤、洗涤。得新生(BaSrCa)CO3三元碳酸盐，中心粒径6.4μm。
实施例2
将氯化铈配制成0.5mol/L溶液；取定量实施例1得到的(BaSrCa)CO3，按液固(湿)比10加入氯化铈溶液中，80℃下搅拌处理2.0小时；过滤、洗涤至Ag+检验无Cl-；80℃烘干；得产物成品。
与市售产品比较，制成的2U-11W紧凑型荧光灯的200小时平均光衰降低61.1％，平均寿命增加21.6％。
实施例3：
将氯化钇配制成1.5mol/L溶液；取定量实施例1得到的(BaSrCa)CO3，按液固(湿)比5加入氯化钇溶液中，65℃下搅拌处理0.5小时；过滤、洗涤至Ag+检验无Cl-；90℃烘干；得产物成品。
与市售产品比较，制成的2U-11W紧凑型荧光灯的200小时平均光衰降低47.3％，平均寿命增加16.7％。
实施例4：
将富铈混合轻稀土氯化物配制成1.0mol/L溶液；取定量实施例1得到的(BaSrCa)CO3，按液固(湿)比8加入氯化钇溶液中，50℃下搅拌处理1.0小时；过滤、洗涤至Ag+检验无Cl-；60℃烘干；得产物成品。
与市售产品比较，制成的2U-11W紧凑型荧光灯的200小时平均光衰降低52.1％，平均寿命增加18.3％。