EL CUARZO FUNDIDO QUE CONTIENE TANTO DIOXIDO DE TITANIO COMO OXIDO DE CERIO COMO DOPANTES ABSORBENTES DE LOS RAYOS ULTRAVIOLETA HA DEMOSTRADO SER PARTICULARMENTE EFECTIVO PARA CUBIERTAS DE LAMPARAS PARA LAMPARAS DE ALTA TEMPERATURA TALES COMO LAMPARAS HALOGENAS INCANDESCENTES Y LAMPARAS DE DESCARGA DE ARCO DE ALURO DE METAL QUE EMITEN TANTO LUZ ULTRAVIOLETA COMO RADIACION VISIBLE.

EL CUARZO CO-DOPADO TRANSMITE LA RADIACION VISIBLE Y ABSORBE UNA PARTE SUBSTANCIAL DE LA RADIACION ULTRAVIOLETA EMITIDA. LA ABSORCION DE LA RADIACION ULTRAVIOLETA ES MUY SUPERIOR A TEMPERATURAS POR ENCIMA DE 500 (GRADOS) C Y EL CUARZO CO-DOPADO NO REACCIONA CON EL INTERIOR DEL RELLENO

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Campo de la invención

La presente invención se refiere a lámparas que operan a altas temperaturas y poseen una fuente de luz que emite radiación de luz visible y UV que está circundada por una envoltura de cuarzo absorbente de UV codopada con dióxido de cerio y titanio. Más particularmente, la presente invención se refiere a lámparas que comprenden una envoltura de cuarzo fundido absorbente de UV codopada con bióxido de cerio y titanio que está a una temperatura de al menos 500°C durante la operación de la lámpara y que encierra una fuente de luz que emite radiación de luz visible y UV.

Antecedentes de la divulgación

Tal como se sabe también, se utiliza sílice fundido o cuarzo fundido como material de envoltura vítreo, transmisor de luz para lámparas de alta intensidad, tal como lámparas de descarga de gas y lámparas incandescentes halógenas, debido a su excelente transmisión de luz visible y su capacidad de soportar altas temperaturas de operación de hasta aproximadamente 1100°C. Casi todas las lámparas de descarga de arco y muchas lámparas con filamento de alta intensidad, tal como lámparas halógenas de tungsteno, emiten radiación ultravioleta (UV) que es dañina para los ojos y la piel del ser humano y que también causa el debilitamiento de los tejidos, plásticos y pintura y el amarilleo y/o fatiga de muchos tipos de plásticos empleados en los dispositivos y lentes de las lámparas. El cuarzo fundido es un excelente transmisor de radiación UV y por ello no proporciona ninguna pantalla contra la emisión de dicha radiación por parte de una fuente de luz de filamento o arco encerrada dentro de la envoltura de la lámpara hecha de cuarzo fundido. Como resultado, se han desarrollado lámparas que comprenden una fuente de luz que emite radiación de luz visible y UV encerrada dentro de una envoltura vítrea de cuarzo fundido o vidrio que contiene materiales absorbentes de UV, o dopadores tal como se denominan, de manera que la envoltura de la lámpara, por si misma, absorberá la radiación UV emitida por la fuente de luz. Se desvelan ejemplos ilustrativos, pero no restrictivos de dichos esfuerzos previos en las Patentes Estadounidenses Núm. 2.895.839; 3.148.300; 3.848.152; 4.307.315 y 4.361.779. Sin embargo, aún existe una necesidad de un material vítreo útil para las envolturas de lámparas que son calentadas a una temperatura por encima de 500°C durante la operación de la lámpara y que también absorberá la radiación UV en longitudes de onda de 200-380 nm junto con la mínima adsorción de la radiación de luz visible de 380-750 nm. Dicho material también debe ser un material homogéneo, incoloro, vítreo, y los dopadores presentes deben ser de un tipo y en una cantidad que minimice o evite las reacciones químicas entre la envoltura de la lámpara dopada y haluros de metal y otros productos químicos presentes tanto en la lámpara de descarga de arco como en una lámpara incandescente halógena. La capacidad del material de ser utilizado a temperaturas superiores a 500°C no debe ser deteriorada por los dopadores, o el material no será útil para las lámparas de alta temperatura.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Conforme a la invención, se proporciona una lámpara que comprende una fuente de luz que emite radiación de luz visible y UV circundada por una envoltura de cuarzo fundido transmisora de luz visible y absorbente de UV, caracterizada porque dicha envoltura de cuarzo está dopada con dióxido de titanio y óxido de cerio, y en la que la cantidad de titanio y cerio en dicho dopador no excede el 0,5% en peso de la composición de cuarzo fundido para una lámpara que opera con su envoltura a una temperatura de hasta 800°C, o 0,3% en peso para una lámpara que opera con su envoltura a una temperatura de hasta 1100°C.

Ahora se ha descubierto que una envoltura de lámpara fabricada de cuarzo fundido que contiene dióxido de titanio y óxido de cerio como dopadores absorbentes de UV es útil a altas temperaturas, transmite radiación de luz visible y absorbe radiación UV, siendo la absorción UV mayor a temperaturas por arriba de 500°C que a temperaturas por debajo de 500°C. Por cuarzo fundido se quiere decir cuarzo que posee un alto contenido de SiO2 de al menos 96% en peso y preferentemente al menos 99% en peso.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La FIG. 1 es un gráfico que ilustra los espectros de transmisión UV de cuarzo fundido codopado con dióxido de titanio y óxido de cerio en función de la temperatura.

La FIG. 2(a) ilustra los Espectros de emisión UV para una lámpara y ensamblaje reflector ilustrado esquemáticamente en la FIG. 2(b) que posee una envoltura de lámpara de cuarzo fundido no dopado y uno codopado con dióxido de titanio y óxido de cerio.

La FIG. 3(a) ilustra los espectros de transmisión UV para una lámpara de arco de haluro de metal que posee una cámara de arco de cuarzo fundido no dopado y uno codopado con dióxido de titanio y óxido de cerio y la FIG. 3 (b), ilustra esquemáticamente el tipo de lámpara de arco empleada.

La FIG. 4 ilustra esquemáticamente un tipo de lámpara de arco protegida empleada en conformidad con la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

Se preparó el cuarzo fundido codopado con absorbentes de UV dióxido de titanio y óxido de cerio mezclando las cantidades apropiadas de arena de cuarzo natural de alta pureza con dióxido de titanio (TiO2) y dióxido de cerio (CeO2) de grado reactivo en forma de polvo suspendido en acetona. Los niveles típicos de impureza en la arena de cuarzo utilizada para fabricar cuarzo fundido no dopado y codopado con dióxido de titanio y óxido de cerio se exponen en la tabla a continuación.

El cuarzo fundido no dopado de esta pureza en la forma de tubo útil para fabricar envolturas de lámpara está disponible en GE Lighting en Cleveland, Ohio, denominado como 5 Cuarzo Fundido GE214.

En la fabricación de cuarzo codopado, se molió una suspensión espesa de arena de cuarzo, TiO2 y CeO2 hasta que pareció homogénea y el polvo seco resultante se fundió durante dos horas a 2000°C bajo una atmósfera de hidrógeno para formar el cuarzo fundido codopado. Las lámparas se fabricaron a partir de cuarzo fundido no dopado y codopado. Los lotes del cuarzo fundido codopado que contenían dióxido de titanio y óxido de cerio se fabricaron utilizando el procedimiento anterior y conteniendo las siguientes cantidades de titanio y cerio expresadas en partes por millón por peso (ppm en peso) de la composición total de cuarzo. Aunque las mediciones reflejan la cantidad de titanio y cerio elementales presentes, en el cuarzo fundido éstos están en forma de dióxido de titanio y óxido de cerio, respectivamente.

Se utilizó el Lote A para fabricar envolturas de lámpara para lámparas de descarga de arco de haluro de metal del tipo ilustrado en la Figura 3(b) en la que la porción de pared de la cámara del arco alcanzó una temperatura de aproximadamente 925°C durante la operación de la lámpara. Se utiliza el Lote B para fabricar la envoltura de vidrio de lámparas incandescentes halógenas de tungsteno, que incluyen el tipo ilustrado en la Figura 2(b) en la que la temperatura de la envoltura puede variar de aproximadamente 550°C a 900°C durante la operación de la lámpara (dependiendo del vatiaje) y el Lote C se fabricó para la porción de protección de la lámpara de descarga de arco de haluro de metal protegida del tipo ilustrado en la Figura 4 y para lámparas halógenas de tungsteno de bajo vatiaje en las que la temperatura del cuarzo puede variar de aproximadamente 550 a 650°C.

La cantidad total de dopadores de dióxido de titanio y óxido de cerio en el cuarzo fundido está determinada por dos factores. Uno es la reacción de la atmósfera o relleno encerrado dentro de la envoltura de la lámpara con el titanio y cerio presentes en el cuarzo fundido y el otro es la temperatura alcanzada por el cuarzo fundido durante la operación de la lámpara. En el primer caso la reacción con la envoltura de la lámpara puede acusar cambio de color, pérdida de lumen, vida corta de la lámpara y devitrificación, mientras que en el último caso, el incremento de las cantidades de los dopadores disminuye la temperatura de trabajo útil del cuarzo fundido debido a la devitrificación,...

1. Una lámpara que comprende una fuente de luz que emite radiación de luz visible y UV rodeada por una envoltura de cuarzo fundido transmisora de luz visible y absorbente de UV, caracterizada porque dicha envoltura de cuarzo está co-dopada con dióxido de titanio y óxido de cerio, y en la que la cantidad de titanio y cerio en dicho dopador no excede el 0,5% en peso de la composición de cuarzo fundido para una lámpara que opera con su envoltura a una temperatura de hasta 800°C, o 0,3% en peso para una lámpara que opera con su envoltura a una temperatura de hasta 1100°C.

2. La lámpara de la reivindicación 1 en la que dicha fuente de radiación de luz visible y UV comprende un filamento, y la lámpara comprende una lámpara incandescente halógena.

3. La lámpara de la reivindicación 1 en la que dicha fuente de radiación de luz visible y UV comprende una descarga de arco, y la lámpara incluye al menos un haluro de metal en dicha descarga de arco.

4. La lámpara de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en la que dicho óxido de cerio se selecciona del grupo que consiste en CeO2, Ce2O3 y mezclas de los mismos.