電極和方法及其製造裝置的製作方法

2023-09-21 11:04:30

專利名稱：電極和方法及其製造裝置的製作方法
根據權利要求1的前序部分，本發明的出發點為一種電極。在此，尤其涉及一種用於高壓放電燈的電極，這种放電燈如氙燈或汞燈等。
眾所周知，鎢電極的製造方法是建立在鎢粉的壓制及密封燒結的基礎上。通常，這種製作出的坯件還要經歷一個成型與壓縮過程，譬如，採用錘鍛與/或軋輥等方法。此處，關係到一個圓柱坯件的徑向錘鍛問題。在DE-OS2519014及US-A 4 859 239中典型地講述了這些基礎知識。
在材料通過平面錘鍛夾具中，採用徑向錘鍛圓柱坯件使得材料變形。這種方法的目的為，在材料長度相同的情況下，均勻地縮小坯件的外徑。類似的方法也可當作軋輥和抽拉的方法步驟。典型地，在錘鍛時，每個方法步驟將外徑縮小為原來的20％。
如果最終需要的外徑還要更小的話，另外可再通過一種抽拉方法將外徑約為4mm的材料進行變形。
在US-A 5422539中已公布有一種高壓放電燈電極及其製造方法。製造電極尖端時，通常通過切削加工模型來實現，也可採用車削或磨削。根據該著作理論，另外還可以通過軸向錘鍛(鐓鍛)進行改良，由此對電極尖端進行另一種壓縮處理。
根據該技術水平，這種電極坯件的穩定性結構迄今已沒有什麼作用。在電極的柱形區域，晶粒聯接結構與導線的軸線保持平行，在電極的尖端區域也是如此。如果電極尖端幾何形狀是通過大家所知的切削加工模型製成的話，譬如車削與磨削等，那麼，晶粒聯接結構在注入尖端斜面時將呈均勻分布狀，如附

圖1所述。
因此，迄今為止，在電極尖端區域，晶粒聯接結構要偏向或對準軸線是不可能的，同時，要指向電極尖端的平頂段也是不可能的。現有方法的缺點為，除產生大量的廢品外，還必須買進切削加工方法。這種廢料是由於做成的電極尖端與相應圓柱坯件間的差異造成的。
本發明的目的為，提供一種權利要求1前序部分講述的電極，採用該種方法，生產的廢品少，且在生產中的燃燒特性比較好。
該目的由權利要求1特徵部分的特徵得以實現。在從屬權利要求中存在特別有利的實施例。
至今，採取徑向錘鍛技術只適合於用可塑性金屬(鐵)製作極小開角的(10°以下的近似針形)尖端。對於這種使用方法，鎢被認作為易碎物質。作出10°以下的開角是不可能的。
在利用本發明的徑向錘鍛方法製作電極尖端時，不採用平面夾具，而採用與所需尖端形狀相應的錘鍛夾具，例如，可使用此類夾具來對一種燒結坯件進行圓柱形錘鍛，這是大家所知的。方法的首先步驟為，在燒結坯件進行最後一次外徑變形後，繼而通過上述方式對各個電極坯件進行拉長。
本發明的電極材料由高熔點物質組成，尤其是鎢材料。原理也適合於錸、鋨、鉭(-碳化物)或其它類似物。它們當中可添加一種類似於釷的摻雜材料，以作為激活物質。通常，也添加一些如鋁的氧化物、鉀或矽等摻雜材料。但是，還可以考慮使用合金，優先採用鎢合金。
本發明的電極由一個柱形基體和一個錐形尖端組成，基體也稱為柱柄，其尖端基本上是通過徑向變形而製成的。
本發明提供下列優點a)在電極尖端區域，結構穩定性提高了；b)晶粒聯接結構在尖端排列時指向電極軸線，特別是能夠指向電極尖端的平頂段；c)直接實現電極尖端成型；d)電極材料的廢品減少；e)在電極尖端區域實現結構調整；f)在利用工具成型時可減少材料磨損(例如，採用車刀、砂輪等)。
其一個決定性的優點為，晶粒聯接作為摻雜材料的通道，且在徑向變形之前，晶粒聯接就已對準軸線，徑向變形也可以節省，實際上，晶體聯接只是在尖端附近區域就結束了，這樣，燃燒特性就極為平滑。在晶粒聯接區域，促進放射的摻雜物可以進行很好地散射。
尖端為一種鈍錐形，且帶有一個錐形護筒和一個平頂，這樣做是比較有利的，在此，該種晶粒聯接優選地採取在到達平頂區域後再結束。這樣，摻雜物可優選地送至平頂區域。反過來，摻雜物的氣化損耗可通過錐形護筒而得到減少。這對延長燈具的壽命是有好處的。
通過徑向變形，電極尖端可製成簡單的幾何形狀。這種變形可以優選地採用徑向錘鍛或橫向滾軋的方法。在通過自由選擇變形參數(如溫度，開角，變形程度)進行變形操作後，還可由附加的變形操作實現理想的結構。這對燃燒特性和電極的壽命都是有利的。
在VDI-Nachichten Nr.20,17.5.96,S.11中，已典型地公布了橫向滾軋的一般原理。但是，它是用於生產外徑有較大斷續跳躍的元件(鈦合金鍛壓工件)。此外，橫向軋輥還需裝備圓形夾具，夾具剖面呈銷狀。該剖面是對稱的。在應用本發明時，需安裝剖面不對稱的圓形夾具。這種剖面形成的電極尖端不會有斷續跳躍。
在一定情況下，通過確定電極外徑及變形參數，經過徑向錘鍛後可產生一種優良的結構(晶粒數量明顯減少)，再由附加的變形操作使結構的強度加大(硬度顯著增加，有時密度也增加)。尖端的晶粒數量及密度同柱柄處相比是不相同的，典型地，採用一個2或比2大的因數表示，有時該因數達3～10。
另外，該電極還可優選地摻雜有特殊的氧化性。現表明，另外摻入的這種摻雜物通過徑向變形後，其強度也會被磨得更大。由此，摻雜物產生的色散變得更好，更均勻。
經過尖端的變形，可得到理想的結構形式，因此，在電極尖端區域，這種穩定性結構將會改善其耐高溫性能。與之相對的是，通過附加的變形操作，柱柄也能做出其理想的結構。
通過採用近乎最後成形的模型，就省略了切削加工這個步驟，這也表明，最後可能只是進行一些無關緊要的校正。因此，很明顯地減少了可能多用的材料(5％至25％)。減少的數量取決於開角的大小，總之，若採用鍍釷材料將會很有用處，因為這樣可以降少處理一些放射性垃圾廢料。
同時，金剛石砂輪的需要量和損耗急劇減小，而金剛石砂輪是非常昂貴的。
電極的外徑越小，進行的徑向變形方法就越容易，特殊地，如錘鍛方法。但是，在外徑高達約50mm時，該方法在原理上仍然適用。這種方法應用於直流電極時可取得非常好的效果。但也可用該方法來製造交流燈具的陰極與陽極。
徑向變形(錘鍛)總是含有一個正切分量。因此，在製造這種總開角α可大到90°的尖端時，優選選用α小於60°。當開角較大時，變形力只作用於表面附近。晶粒區域不會接觸到它。由此，在低洼的晶粒區域，表面附近的膜層將形成一種蠕變。在此過程中就可能產生不理想的空腔。
尖端優選採用錐形或鈍錐形。優選採用後一種，因為晶粒聯接可在一個平頂上結束，以提供一個放電面，摻雜材料是沿著晶粒聯接進行傳送的。
下面根據幾個實施例本發明可得到更詳盡的闡述，其中附圖1為一種鎢電極的剖面，其尖端被削磨過(先有技術)；附圖2為一種鎢電極的剖面，其尖端經過徑向錘鍛；附圖3講述了附圖2電極的原理(附圖3a)，在此，分別放大了尖端區域(附圖3b)和柱柄區域(附圖3c)；附圖4為一對用於徑向錘鍛的錘鍛夾具，它帶有側視圖(附圖4a)、前視圖(附圖4b)和俯視圖(附圖4c)；附圖5為一種高壓放電燈，它帶有附圖2所示的徑向變形陰極；附圖6放大了附圖5中的陰極。
附圖1中，電極由鎢材料製成，並摻雜有鉀、矽和鋁，其外徑詳細尺寸為1.5mm，其尖端經過削磨。採用金剛石砂輪，它可通過常規的方法做成。
同上述相比，附圖2為一種均勻摻雜的鎢材料電極，外徑詳細尺寸為1.5mm，其尖端經過圓形錘鍛。它是根據本發明方法經過徑向錘鍛而成。
採用典型的鍍釷鎢材料，附圖3展示了一種可以實現理想結構的方法，它是通過在錐形尖端進行徑向錘鍛而製成的。電極4的外徑為3mm，且尖端開角為40°。附圖3a展示了尖端9(變形區)和柱柄5區域內的兩個剪圖位置。在尖端上(附圖3b)，通過變形產生一種圓形捏合結構，這種結構在生產時形成了一種再結晶。這種結構比柱柄區域內的結構(附圖3c)要好，主要在於它形成了大家都知道的普通拉拔結構。在經過一種再結晶熱處理後，它還是有效。
根據本發明的製作方法，在製作電極時，通常是先對鎢粉進行壓制，然後再燒結。燒結後的棒狀坯件進行密封輥軋、錘鍛，必要時需進行抽拉，直至達到最終理想的外徑尺寸。在上述方法生產的電極坯件基礎上，通過徑向錘鍛製造出電極尖端，其錘鍛夾具中加有理想的尖端幾何輪廓。
附圖4用三個視圖展示了一對錘鍛夾具15。它由長方六面體工件組成，其同面向電極柱柄的前面16備有半圓形凹口17，該凹口沿著狹長面14延伸。凹口17向裡後變窄，而且從原理上講為錐形。凹口17由三段組成，一個是進口18，它外形呈一個強大的錐形，另一個是導柱19(為電極柱柄所用)，其外徑是恆定的，還有一個是尖形段20，其錐形形狀根據需要的電極尖端開角製成。夾具15的兩個狹長面14拉開一定的間距，圓柱形電極坯件便伸進其間進行加工。在徑向錘鍛之前，電極坯件同普通方法一樣被加熱到一個適合於加工的溫度。然後由夾具15對尖端進行錘鍛。
附圖5用圖解方式展示了一種短弧氙燈1，工作方式為直流，功率為150W，其目的為用於照像光學。橢圓形放電室2由石英玻璃製成，且包含一個陽極3與一個陰極4。每個電極都有一個柱柄5，柱柄上連有一種鉬膜6。這種電極在放電室2的末端是通過真空密封封接起來的。
附圖6展示了放大幾倍的陰極4。它由鎢製成，且摻雜有重量百分比為0.4的ThO2。為確保產生高度穩定的電弧，陰極上由柱柄5構成的柱形基本可通過一種平截頭圓錐體技術進行縮小以生成一個尖端9，其錐形護筒11套至放電平頂面10。尖端9通過徑向錘鍛製成，且帶有附圖3所示的結構。此處開角α為20°。只有平頂10是在最後進行削磨加工處理的。
權利要求
1．用於高壓放電燈的電極(4)，它由高熔點材料做成，特別如鎢材料，它帶有一個柱形柱柄(5)以及一個錐形尖端(9)，其特徵在於，尖端(9)基本上是通過徑向變形而製成的。
2．根據權利要求1的電極，其特徵在於，鎢材料有摻雜。
3．根據權利要求1的電極，其特徵在於，變形是通過徑向錘鍛或橫向滾軋形成的。
4．根據權利要求1的電極，其特徵在於，尖端(9)區域的硬度、有時還有密度要比柱柄(5)處的大。
5．根據權利要求1的電極，其特徵在於，尖端(9)通向一個平頂(10)。
6．根據權利要求1的電極，其特徵在於，尖端區域的晶粒平均數量比柱柄區域的少。
7．高壓放電燈，帶有根據上述權利要求之一的電極。
8．製造高壓放電燈鎢電極的方法，其中，電極帶有一個柱柄(5)及一個錐形尖端(9)，其特徵在於，尖端(9)基本上是通過徑向變形而製成的。
9．根據權利要求8的方法，其特徵在於，徑向變形是通過錘鍛或橫向滾軋形成的。
10．對權利要求1的電極進行徑向錘鍛的裝置，它由一對長方六面體錘鍛夾具(15)組成，該種夾具帶有一個前面(16)和一個面向電極的狹長面(14)，其中，近似半圓形狀的凹口(17)向內變窄，為了接受電極的一部分從前面(16)起沿著狹長面延伸。
全文摘要
一種用於高壓放電燈的鎢質電極,它含有一個柱形柱柄(5)和一個錐形尖端(9)。該尖端基本上是通過徑向變形(徑向錘鍛或橫向滾軋)製成。
文檔編號H01J61/073GK1210360SQ9811513
公開日1999年3月10日 申請日期1998年6月26日 優先權日1997年9月4日
發明者B·阿爾特曼, R·裡赫特, K·斯特德勒 申請人:電燈專利信託有限公司