帶陶瓷放電室的金屬滷化物燈的製作方法
2023-09-21 11:03:45
專利名稱：帶陶瓷放電室的金屬滷化物燈的製作方法
本專利申請涉及以下專利申請內部案卷標號97P5540，97P5541，97-1-001，93-1-430。
根據權利要求1的前序部分，本發明的出發點為一種帶陶瓷放電室的金屬滷化物燈。在此，尤其涉及到一種帶放電室的燈，其工作溫度相當高，數量級可達1000℃。
這種燈的決定性問題在於，用一種陶瓷填塞方法將引線持續密封於陶瓷放電室中。對此，已有許多建議的方法。通常，採用一種金屬(鎢或鉬)管或針作為引線，我們焊接或燒結在陶瓷填塞中。
EP-A 587238中公布了一種帶陶瓷放電室的金屬滷化物燈，其中，引線由兩部分構成，通過填塞的放電遠端處的玻璃焊劑，該引線被密封於一個長形填塞細管中。引線外面部分由磁導材料製成(鈮針)，內部部分為抗滷化物材料(例如由鎢或鉬製成的針)。根據附圖2，引線內部部分可以是一種其它類型的抗滷化物金屬塗層。還有一種可能性，針上可以纏繞一種螺旋部件(附圖8)。但是，該文件講述的方案只適用於不大於150W的小功率。原因在於，由於高功率及其高溫交流負荷的存在，發熱膨脹係數匹配得不好就經常會使陶瓷細管的器壁開裂。當鉬針的外徑加大時，這種開裂情況更會增多。作為範例，附
圖1給出了一種功率為70W的燈，其引線為一根外徑為0．7mm的鉬針。
EP-A639853中公布了一種帶陶瓷放電室的金屬滷化物燈，其中，電極內部本身就是一個長形填塞部件(附圖4)，它由一個鋁的氧化物製成的套筒包著。因此燈的點燃特性得到改善。電極柱柄處的外徑為1．2mm。
本發明的目的為，根據權利要求1的前序部分，提供一種帶陶瓷放電室的金屬滷化物燈，其引線作如下設計，它不但適用於小功率級，而且特別適用於大功率級(典型地，150～400W)。
該目的通過權利要求1的特徵可以實現。特殊地，優選實施方案位於附屬權利要求之中。
正常情況下，功率級數愈高，填塞細管的外徑與內徑也便愈大。儘管如此，為避免密封區域開裂，因此另外發明了一種方法。
具體地，本發明涉及一種金屬滷化物燈，其陶瓷放電室由鋁的氧化物製成，放電室有兩個由陶瓷填塞密封的端子，每個端子帶有一個拉長的細管(下文稱作填塞細管)，並且，還有一根導電的引線真空穿過該填塞細管，導電引線跟其內部針狀部分和其外面部分形成的放電有關。引線在填塞時由外邊的玻璃焊劑進行密封。帶柱柄的電極固定在引線上，且伸入放電室內部。
引線的內部部分為一種抗滷化物金屬針，其最大外徑為0．4mm，且它由一種陶瓷或金屬材料製成的管狀護筒包住(下文稱為護筒)。這種陶瓷護筒的材料含有鋁。優選採用鋁的氧化物(Al2O3)。但也可採用氮化鋁(AlN)或氮氧化鋁(AlON)，這是因為這些材料抗滷化物的性能比較好。作為金屬材料，鎢是非常適合的。具體地說，護筒也可由多個陶瓷和／或金屬部分連接而成。
引線的外面部分在通過玻璃焊劑密封時，它要大於其位於填塞細管內的長度。此外，引線的內部部分有一段是通過玻璃焊劑同其外面部分連接起來的，這一段的長度至少要超過護筒一小段(約1～2mm)。結果表明，通過下述方法可以基本延長使用的壽命，即引線的內部部分採用上述細小的針，這樣，不管該引線同含鋁材料的發熱特性匹配與否，它都能經受得住發熱的交流負荷，而且陶瓷及玻璃焊劑不會發生開裂和裂縫。因此，外面部分中易腐蝕的鈮可受到可靠保護。
燈的功率優選採用150～400W之間，但也可以使功率做得更小些。
在引線的內部部分上，其放電側裝設了一種停止裝置，它是為護筒而設的，在進行熔接工藝時，該裝置可阻止護筒向下移位。這可由內部部分形成一個彎曲來做成，或裝設一個橫嚮導電塊，或採用一個焊瘤等等。在燈的功率較小且同時採用足夠長電極針(大於3mm)的情況下，也可在電極柱柄的末端採用一個長形梯級作為停止裝置。要避免護筒由於灼熱的電極而造成過熱現象，這是很重要的。
在各種情況下，護筒距離外面部分(鈮針)的軸向間距應該儘可能小(典型地為0．1～0．5mm)。另外，出於上述原因，護筒距離電極柱柄至少為0．5mm，優選地，採取大於1mm。
在一種具體實施方案中，護筒至少是由兩個軸向串聯排列的部件組成。在護筒的外面部件與內部部件之間，有一個小間隙阻止玻璃焊劑流動。由此，護筒外面部件的內端便確定了玻璃焊劑在護筒外的熔接長度。繼而，護筒內強大的毛細力可以將玻璃焊劑向前吸至電極附近。護筒帶有兩個軸向部件有一個十分突出的優點，就是護筒其外面部件也可以作為位於端子內的玻璃焊劑的屏障。因此，護筒的內部部件在高溫工作時一直與玻璃焊劑保護隔開。
引線的外面部分優選地在放電側帶有一個停止工具，它是為內部部分而設的，具體可採用一個梯級，或一個橫向槽，或一個盲孔等。在另一種實施方案中，引線的整個外面部分形成為一種管(具體地講，由鈮製成)。
在所有實施方案中，內部部分的外徑基本上都比外面部分的外徑小(大於50％)。
若照如下方法確定內部部分的外徑尺寸，便可較好地實現延長使用壽命的目的，即通過內部部分的電流密度最大值為80A／mm2。由此，可以避免內部部分、尤其是護筒發生過熱現象。
當燈的功率較大時，通過細管內的電極也將增大，細管的內徑也就有必要加大。倘若護筒由一段或兩段同心管組成，那麼此處對隔離體的填充常常是有利的。護筒長度的數量級優選採取至少為引線內部部分長度的60％，優選地，採取80％～90％，這樣，它的兩端就可以保持自由的電氣接觸。在引線內部部分的前端區域，其隔離體優選採用一種緊鄰的螺紋來實現，它由鎢或鉬製成。
本發明採用一種由兩段組成的引線，它由一個外面部分(具體為由鈮製成的針或管，但也可採用鉭製成)及一個內部部分組成，外面部分通過玻璃焊劑掩蔽和密封起來，而內部部分則為抗滷化物材料，在其外端，只有一部分由玻璃焊劑進行掩蔽和熔接。該內部部分為一種極薄的鉬質導線，或由高熔點鎢製成。在鎢的表面上可以附加一種錸作為合金或電鍍。錸可以提高鎢的耐高溫性能及抗腐蝕性能。
內部部分有一面同外面部分(鈮針)連接，另一面則與電極相連。該導線的上方延伸有一個護筒，它由一個或多個薄鋁細管組成，細管的外部直徑儘可能與外面部分的外徑相等。這樣，在填塞細管中可凝結填料組分的環狀間隙裡，可減少大量的隔離體。此外，結果顯示，若環狀間隙儘可能做得小的話，便可改善玻璃焊劑的熔接作用。另外還有一個優點，即護筒的外部直徑只與填塞細管保持一個很小的間隙。該間隙寬約30μm。這處決於內部部分的選擇尺寸(≤0．45mm)，還處決於護筒與填塞細管尤其要採用相同的材料(鋁的氧化物)。因此，護筒的外部直徑可作如下選擇，它恰好同填塞細管的內部直徑相匹配(小於μm級誤差)，通過這種方式來減少隔離體。
可以實施單段填塞，也可以實施多段填塞。譬如，通過一種熟悉的方法，填塞細管可由一種環狀填塞部件進行包封。
就象外面部分裝入填塞細管的深度一樣，如果背離了技術水平，最終將起不到作用。為了可靠進行密封，上述深度有必要做到不小於2mm。考慮到發熱條件，裝入的最大深度不超過填塞細管長度的50％。
外面部分在其位於填塞細管內的長度上由玻璃焊劑進行完全熔接，鎢導線(及護筒)在其外端約有1～2mm的長度被熔接。重要的是，由於填料對鈮的腐蝕作用，鈮針便完全由玻璃焊劑掩蔽了起來。
內部部分的優點為，在使用相對厚點的鈮針時(可到2mm)，只有一根較薄的鉬導線或鎢導線與之溶接。因此，由Mo和Al2O3發熱膨脹係數不完全匹配所引起的電壓大大減小，這是由於絕對膨脹微乎其微的緣故。同鎢或鉬相反，鈮有一個顯著的特點，就是與鋁的氧化物發熱膨脹匹配得很好。
作為導電材料，鎢要優於鉬，尤其在電極較短時更能體現出來(此內部部件短)。由於鉬的熔點較低(相對於鎢)，所以危險就比較大，即在焊接過後，焊合處及鉬針會由於距離灼熱的電極接近而形成過熱現象。這將產生下述後果，焊接鬆動，或鉬針發軟並由於電極的重量而導致彎曲，於是，電極便接觸到放電室器壁而形成局部過熱。此外，鎢的抗腐蝕性能較鉬好。在很大程度上，結果驚人地顯示出，在採用含溴的填充物時(溴在滷化物(溴，碘)中的摩爾含量至少為10％)，鎢基本上比鉬更為適合，原因是鉬會同溴發生反應。可優選地採用一整塊鎢制的導電塊，它不但承擔引線內部部分的作用，而且還作電極柱柄使用。由此，可以去掉一種焊合連接。
結果表明，在鋁的氧化物製成的陶瓷管中，鉬或鎢質導電線的外徑達到約為0．4mm時容易被焊接。當外徑較大時，膨脹的絕對值就比較大，會導致裂縫及不密封。
另外，厚度為0．4mm的導線其截面允許流經一個高約10A的起動電流。這與最大電流密度為80A／mm2是相符的。如果大於這些值，將產生嚴重的電阻過熱。因此，本發明允許電燈功率不超過400W。
在一個具體優選實施方案中，內部部分的包皮由一個陶瓷的雙重管組成。這在製造技術上比較有優點。此外，護筒的內部部件與外面部件也可很容易地採用其它不同材料(如帶有不同摻雜的鋁的氧化物等)。
下面，根據幾個實施範例，本發明可得到較詳盡的闡述。其中圖解附圖1為一種帶陶瓷放電室的金屬滷化物燈，附圖2為附圖1所示燈的端子區域詳圖，附圖3為端子區域的另一種實施範例，附圖4為端子區域的又一種實施範例。
附圖1採用圖解的形式講述了一種金屬滷化物燈，其功率為150W。它由一個按燈軸定義的柱形石英玻璃外殼1組成，外殼1通過兩面擠壓(2)而插入管座(3)。軸向布置的放電室4呈柱形或凸起形，由Al2O3陶瓷製成，且帶有兩個端子6。它通過兩個電流引線7固定在外殼1上，電流引線7經過薄膜8同插入部件3連接起來。電流引線7與引線9、10焊接在一起，在放電室的端子6上，引線9、10均被裝配在末端填塞12之中。填塞部件實施為一個拉長的細管12(填塞細管)。放電室的端子6和填塞細管12直接燒結在一起。
引線9、10均由兩部分組成。外面部分13在實施時為一種鈮針，它在伸入細管12時，其伸入長度約佔細管12長度四分之一以內。內部部分14位於細管12內且延伸至放電體。它將位於放電側的電極16固定住，電極16由一個鎢制電極柱柄15和一個推在放電端子上的螺紋17組成。引線的內部部分14與電極柱柄15焊接在一起，同時也與引線的外面部分13焊接起來。
放電室內的填充物由汞和金屬滷化物輔助劑組成，附加有惰性可燃氣體，如氬等。例如，也可以採用一種不帶汞的金屬滷化物作為填充，其中，可燃氣體氙具有較高的氣壓。
附圖2詳細展示了放電室的端子區域。系統作為引線9使用，它由一個作為外面部分13的鈮針和一個作為內部部分14的簿形鎢針(外徑0．25mm)組成，外面部分13的外徑為1．1mm，在內部部分14的上方，推入兩個配合好的Al2O3細管20、21以作為護筒。外部細管21的外部直徑為1．1mm，內部直徑為0．62mm，而內部細管20的外部直徑為0．58mm，內部直徑為0．3mm。細管12的總長約為17mm，鎢針14長約15mm，電極長約5mm，其柱柄15外徑為0．5mm。
在鈮針的放電側，梯級22被拋光。鎢針14通過電阻焊19固定在梯級22上。梯級有一定高度，使得它可以給鎢針14提供足夠的導板，這樣，鎢針便準確地位於中心位置。對此，整個系統可以同軸地排成一行，而且能很好地導入由兩個部件構成的護筒(細管20、21)之中，這是很重要的。
在放電側，鎢針以相同的方法焊接在電極柱柄15上，其中，根據上述相同的原理，電極柱柄15也帶有一個梯級。
鈮針13在填塞細管12內的安裝深度約為3mm，且由玻璃焊劑18密封。護筒20、21在鈮針附近結束(間距0．1～0．5mm)，由此玻璃焊劑可很容易浸溼這種間隙，並且，鈮被完全覆蓋，而內部部分的始端(1～2mm)也由琉璃焊劑掩蔽住。
在垂直熔接時，為阻止細管由於重力而向下移位，細管必須通過在一個地方裝設一停止裝置來阻住。在此，由鎢針形成一個曲線彎曲23來實現。但是，鎢針14的末端也可以彎成一種螺紋。優選地，採用一至二個繞匝就夠了。
在一種實施範例中，附圖2的燈功率為250W，鈮針13的外徑為1．3mm。鎢針14的外徑為0．35mm。內部細管20的外部直徑為0．8mm，外部細管21的外部直徑為1．2mm。鎢針總長度為14．5mm，電極總長度為3．5mm，且外徑為0．7mm。細管20、21距鈮針和電極的間距均為0．5mm。填塞細管12的長度約為18mm。鈮針在它裡面的深度約為2．5mm。
附圖3表示了另一種實施方案範例。在此，鈮針13在放電側帶有一個盲孔24，鎢針14裝入其中並焊接上。這種排列確保了對中的準確性。這裡的停止裝置為一個導電塊25，它位於鎢針的放電端子附近，固定在鎢針上，且與燈軸垂直。結果表明，由於熱負荷經常可能導致鋁的氧化物同填料組分發生反應，所以護筒沒有與電極直接保持接觸。由此，在一般情況下，建議細管至電極的最小間距至少要為0．5mm。此間距優選採取大於1mm。
該停止裝置也可以是在鎢制的針狀引線上做一個平板或焊瘤，以及其它與之類似的東西。
在使用鈮管作為外面部分時，又可產生一種使引線內部部分準確對中的可能性。鈮管的內部直徑作如下選擇，即內部部分(鎢針)在匹配時能夠較好地裝進鈮管的內孔。
附圖4展示了放電室端子區域的又一種實施方案範例，其功率為70W。在此，一個簡單實施的護筒30(外部直徑0．6mm)將外徑為0．2mm的鎢針31包住。護筒由三個部分組成，有兩個是軸向串聯排列的外面部件3a、30b，還有一個是內部螺紋部件34。最靠外的部件30b較短，作為玻璃焊劑18滲透的阻塞設備。
鎢針31固定在電極柱33的梯級32上。在此，梯級32至少高為0．5mm，同時還作為護筒30其中間部件34a的停止裝置。在護筒30其長形中間部件30a前的放電區域附近，隔離體由一個鉬制的螺紋部件34來實現。
但是，這種技術只能用於小功率(100W以下)，原因是通至護筒的熱流常常會變得過高。除此之外，採取長形的電極針是比較適合的(典型地，長為5mm)。
此外的外面部分為一個帶孔29的鈮管13』，內部部分鎢針31伸進其前端並在此焊接。
在另一種與附圖4相似的實施方案範例中，鎢針延伸過鈮管的整個長度，且在鈮管的一個端子處焊接。該護筒為一種鋁的氧化物套管，或者為一種摻雜有錸的鎢質螺紋。
權利要求
1．帶陶瓷放電室(4)的金屬滷化物燈，陶瓷放電室(4)由鋁的氧化物製成，其中，放電室帶有兩個由陶瓷填塞進行密封的端子(6)，每個端子都包含一種長形細管(12)一下文稱為填塞細管，而且，導電引線(9、10)經過該填塞細管(12)而導入燈內，其外部由玻璃焊劑密封，該引線與由針形的內部部分(14)和外面部分(13)所組成的放電相聯繫，其中，帶有柱柄(15)的電極(16)固定在引線上，電極(16)伸至放電室內部，其特徵在於，內部部分(14)為一種抗滷化物金屬製成的針，它的最大外徑為0．4mm，並被一種管狀護筒(20、21)一下文稱為護筒一包住，護筒由含鋁的金屬或陶瓷材料製成，其中，在進行玻璃焊劑(18)密封時，引線的外面部分(13)至少要大於其位於填塞細管內的長度，引線的內部部分(14)有一段在與外面部分連接時，要大於一定的長度，該長度至少要超過護筒(20、21)一小段。
2．根據權利要求1的帶陶瓷放電室金屬滷化物燈，其特徵在於，內部部分(14)由鎢製成，也可以附加有錸，外面部分(13)由鈮製成。
3．根據權利要求1的帶陶瓷放電室金屬滷化物燈，其特徵在於，護筒(20，21；30)至少超過內部部分(14)長度的60％。
4．根據權利要求1的帶陶瓷放電室金屬滷化物燈，其特徵在於，護筒由多個軸向部件組成。
5．根據權利要求1的帶陶瓷放電室金屬滷化物燈，其特徵在於，在內部部分放電側上裝有一個為護筒(20，21；30)而設的停止裝置(23，25)。
6．根據權利要求1的帶陶瓷放電室金屬滷化物燈，其特徵在於，護筒(20，21；30)距電極柱柄的最小間距為0．5mm。
7．根據權利要求1的帶陶瓷放電室金屬滷化物燈，其特徵在於，引線外面部分(13)為一種管(13』)，內部部分(14)固定在其孔(29)中。
8．根據權利要求1的帶陶瓷放電室金屬滷化物燈，其特徵在於，引線外面部分(13)為一種針，它帶有一種為內部部分(14)而設的放電面停止工具，具體為一個梯級(22)、一個槽或一個盲孔(24)。
9．根據權利要求1的帶陶瓷放電室金屬滷化物燈，其特徵在於，內部部分(14)由鎢製成，其中，在滷化物填料中，溴的摩爾百分含量大於10％。
10．根據權利要求1的帶陶瓷放電室金屬滷化物燈，其特徵在於，內部部分(14)的外徑小於外面部分(13)外徑的50％。
11．根據權利要求1的帶陶瓷放電室金屬滷化物燈，其特徵在於，確定內部部分(14)的外徑時，使得通過內部部分的電流密度最大不超過80A／mm2。
12．根據權利要求1的帶陶瓷放電室金屬滷化物燈，其特徵在於，護筒(20，21；30)由一個或兩個同心管部件構成。
全文摘要
放電室具有兩個端子(6),每個端子包括一個拉長形細管(12),內部部分(14)為一種由抗滷化物金屬(鎢)製成的針,其最大外徑為0.4mm,而且被一種陶瓷材料製成的管狀護筒(20、21)包住,這種陶瓷材料為一種同心的鋁的氧化物管(護筒),其中,外面部分(13)採用玻璃焊劑(18)通長密封,而內部部分(14)在用玻璃焊劑(18)密封時,距離護筒(20,21)始端的長度至少要超過1mm。
文檔編號H01J61/36GK1204138SQ9811513
公開日1999年1月6日 申請日期1998年6月26日 優先權日1997年6月27日
發明者R·胡廷格, S·朱恩斯特 申請人:電燈專利信託有限公司