ГЛАВА ПЯТАЯ
ТЕХНОХИМИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ
В производстве источников света к технохимическим относят операции, связанные с приготовлением суспензий эмиттеров и люминофоров, цоколевочных и маркировочных составов, материалов покрытий и т. п.
5.1. ПРИГОТОВЛЕНИЕ СУСПЕНЗИИ ЭМИТТЕРОВ
Эмигрирующие покрытия катодов газоразрядных ламп обычно наносятся из суспензий, представляющих собой дисперсную систему частиц эмиттера, равномерно распределенных между частицами связующего вещества, взятого в виде раствора—биндера. Биндер обеспечивает сцепление частиц эмиттера с керном и друг с другом. В процессе обработки катода биндер должен разлагаться без остатка.
В зависимости от типа катода состав и технология приготовления эмиттера могут сильно различаться.
а) Оксидная суспензия для люминесцентных ламп.
Для оксидирования катодов люминесцентных ламп по типовой технологии используется оксидная суспензия из смеси карбонатов щелочноземельных металлов бария, стронция и кальция, нитролака и двуокиси циркония или цирконата магния или кальция.
Получение тройного карбоната.
Получение карбонатов ведется на установке, изображенной на рис. 5.1.
В бак 1 засыпают азотнокислые соли и из бака 2 поступает дистиллированная вода. В бак подают пар и нагревают раствор до 90—95 °C при непрерывном перемешивании. В баке 3 аналогично приготавливают 30—40%-ный раствор углекислого аммония, нагревая его до 40 °C. Горячие растворы в порядке изготовления заливают через фильтры в реактор 5. После осаждения карбонатов жидкость сливают, а осадок несколько раз промывают горячей водой. Полученные карбонаты просушивают на воронке 4 с вакуумным отсосом при 250 °C 8—10 ч и хранят в стеклянной посуде с притертой пробкой. Средний размер зерен карбоната должен быть 1—5 мкм.
Рис. 5.1. Схема установки для получения карбонатов:
1 — бак для раствора азотнокислых солей щелочноземельных металлов; 2—бак для дистиллированной воды;
3 — бак для раствора осадителя; 4 — воронка с вакуумным отсосом; 5 — реактор
Допускаемая сумма примесей к карбонату не должна превышать нескольких десятых долей процента.
Приготовление нитролака (биндера).
В качестве биндеров для оксидной суспензии используют нитролак— раствор коллоксилина в органическом растворителе: бутилацетате, амилацетате и т. п. Коллоксилин представляет собой волокнистое вещество белого цвета. Для приготовления нитролака используются в основном три сорта коллоксилина с условной вязкостью 0, 5, 35 и 60 с.
Перед приготовлением нитролака проводят промывку и сушку коллоксилина. С этой целью его заливают этиловым спиртом крепостью не менее 96% и тщательно перемешивают. Промытый коллоксилин сушат на воронке Бюхнера с вакуумным отсосом, а затем в паровом шкафу при температуре не выше 60—80 °C.
Для приготовления нитролака в стеклянную бутыль загружают растворитель и высушенный коллоксилин, закрывают бутыль пробкой или крышкой с винтовой резьбой и вращают на валковой мельнице до полного растворения коллоксилина (до исчезновения пузырьков).
Возможно приготовление нитролака в шаровой мельнице без мелящих шаров. При этом под крышку барабана следует ставить полиэтиленовую прокладку, чтобы исключить контакт нитролака с резиновым уплотнителем, так как сернистые соединения, присутствующие в резине, могут загрязнить нитролак и ухудшить эмиссионные свойства катода.
Полученный нитролак обычно содержит 11% коллоксилина и 89% изоамилацетата по массе. Его проверяют по плотности с помощью ареометра и по вязкости с помощью вискозиметра или калиброванной пипетки, при этом условно выражают вязкость в секундах—времени вытекания определенного объема раствора через стандартное отверстие.
Готовый нитролак процеживают через шелковое сито и хранят в стеклянных бутылях с притертой пробкой. Для стабилизации свойств нитролак выдерживают около 3 сут. В качестве биндеров могут использоваться растворы полибутилметакрилата в бутилацетате или водные растворы поливинилового спирта, карбоксилметилцеллюлозы и т. п.
Приготовление оксидной суспензии.
Тройной карбонат прокаливают в камерной электрической печи на никелевых противнях при 350—400 °C в течение 2 ч, также прокаливают двуокись циркония при 700 °C в течение 2 ч. Затем двуокись циркония промывают дистиллированной водой до полного исчезновения запаха хлора и сушат при 150 °C примерно 1 ч до постоянной массы. Берут выдержанный нитролак и все подготовленные компоненты согласно рецепту. загружают в фарфоровый барабан шаровой мельницы вместе с мелющими телами (ситалловыми шарами) и размалывают при герметично закрытой крышке в течение примерно 48—50 ч.
После размола суспензию проверяют на вязкость и плотность, процеживают через мелкое капроновое сито. Хранят суспензию в стеклянных бутылях с притертой пробкой, а перед употреблением дополнительно размешивают на валках 30—40 мин до полного исчезновения осадка.
В процессе приготовления и хранения оксидной суспензии на основе нитролака следует предотвращать попадание в нее влаги, так как это может привести к «свертыванию» раствора.
б) Суспензия эмиттера для ртутных ламп высокого давления.
Для активирования катодов ряда ртутных ламп высокого давления применяется суспензия на основе смеси окиси иттрия с циркониевокислым барием. В качестве связующего вещества применяется раствор оксинитрата алюминия в дистиллированной воде. Предварительно окись иттрия прокаливают в электрической муфельной печи при 700 °C в течение 2 ч, а затем охлаждают до комнатной температуры. Также заранее отдельно приготавливают водный 2,5%-ный раствор оксинитрата алюминия.
Приготовление суспензии эмиттера производится в шаровой мельнице с ситалловыми шарами. В барабан мельницы загружается циркониевокислый барий и примерно половина требуемого по рецепту объема раствора оксинитрата и производится размол в течение 48 ч. Затем мельница останавливается и производится загрузка в барабан окиси иттрия и оставшейся части раствора оксинитрата алюминия. Размол ведется примерно 3 ч. После этого суспензия сливается через мелкое сито и контролируется. Суспензия должна иметь вид белой однородной жидкости без посторонних включений. Хранят суспензию в стеклянной или фарфоровой посуде с плотно прилегающей крышкой.
Для ртутных ламп высокого давления применяется также суспензия на основе углекислой соли бария, приготовление которой близко к приготовлению оксидной суспензии для люминесцентных ламп.
Для металлогалогенных ламп применяются суспензии на основе окиси иттрия, без добавки соединений бария, так как галоиды активно взаимодействуют со щелочноземельными металлами.