專利名稱：陶瓷弧光管組件及一種陶瓷弧光管的制造方法
相關(guān)申請的交叉引用本申請要求申請日2/23/01的美國臨時(shí)申請No.60/271,153的權(quán)利。
最近，陶瓷弧光管也應(yīng)用于金屬鹵素?zé)?。例如，美國專利No.5,424,609描述了一種用于金屬鹵素?zé)舻奈宀考沾苫」夤艿臉?gòu)造。這種五部件陶瓷弧光管包括一個(gè)圓筒狀的主體、一對端密封環(huán)扣和一對密封在環(huán)扣上的毛細(xì)管。這些陶瓷弧光管的制造需要對單個(gè)部件進(jìn)行擠壓，還要進(jìn)行多次組裝和熱處理，這些步驟導(dǎo)致操作增加，進(jìn)而提高了制造成本。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種陶瓷弧光管組件，它方便并簡化了陶瓷弧光管的制造。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種陶瓷弧光管的制造方法，它可以減少制造過程中處理和燒結(jié)的工序數(shù)。
依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)目的，本發(fā)明提供了一種陶瓷弧光管組件，它具有一個(gè)中空的主體，該主體具有至少一個(gè)包括了端蓋的開口端，端蓋上有一個(gè)毛細(xì)管和一個(gè)過渡組裝環(huán)扣，毛細(xì)管從中空的主體向外伸出，并具有插入到開口端的一定長度而與中空的主體形成密封，過渡組裝環(huán)扣環(huán)繞毛細(xì)管固定并與開口端的一個(gè)邊接觸，過渡組裝環(huán)扣和開口端的邊緣的相互作用決定了毛細(xì)管插入開口端的長度，過渡組裝環(huán)扣可以從毛細(xì)管上拆除而不會對弧光管組件造成損害。
依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)目的，本發(fā)明提出了一種制造陶瓷弧光管的方法，其步驟包括(a)環(huán)繞一毛細(xì)管固定一個(gè)過渡組裝環(huán)扣以形成一個(gè)端蓋；(b)將該端蓋插入到一個(gè)中空弧光管主體的一個(gè)開口端，直到過渡組裝環(huán)扣接觸到開口端的一個(gè)邊；(c)加熱該組件從而在毛細(xì)管和中空主體的開口端之間形成一個(gè)機(jī)械密封；(d)將過渡組裝環(huán)扣拆除而不損害該組件；(e)燒結(jié)該組件以形成陶瓷弧光管。
圖2是一個(gè)三部件陶瓷弧光管組件的剖面圖。
圖3是一個(gè)完成的三部件陶瓷弧光管的剖面圖。
圖4是一個(gè)五部件陶瓷弧光管組件的一端蓋的剖面圖。
圖5是一個(gè)五部件陶瓷弧光管組件的剖面圖。
圖6是一個(gè)完成的五部件陶瓷弧光管的剖面圖。
圖7是一個(gè)五部件陶瓷弧光管組件另外一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。
圖8示出了一個(gè)帶凹槽的過渡組裝環(huán)扣。
圖9示出了一個(gè)帶槽口的過渡組裝環(huán)扣的說明圖。
優(yōu)選實(shí)施例說明為了更好地理解本發(fā)明以及其他和進(jìn)一步的目的、優(yōu)點(diǎn)和性能等，可以結(jié)合上述附圖參考以下披露的內(nèi)容和附加權(quán)利要求。
本發(fā)明的陶瓷弧光管組件及其制造方法通過減少操作和熱處理工序的數(shù)量從而簡化了陶瓷弧光管的制造，這些工序是在最終的燒結(jié)過程前將弧光管組裝起來所需要的。在一個(gè)實(shí)施例中，陶瓷弧光管組件包含有一個(gè)中空弧光管主體，該主體具有至少一個(gè)包括了端蓋的開口端。端蓋包括一個(gè)過渡組裝環(huán)扣和一個(gè)用來容納電極的毛細(xì)管。過渡組裝環(huán)扣通過初期的熱處理環(huán)繞毛細(xì)管固定，熱處理使環(huán)扣收縮后壓在毛細(xì)管上。當(dāng)這些部件被組裝時(shí)，過渡組裝環(huán)扣與開口端的邊緣相互作用限制了端蓋進(jìn)入弧光管主體內(nèi)。這種相互作用確定了毛細(xì)管插入弧光管主體的長度。在這些部件組裝結(jié)束后，端蓋在第二次熱處理工序中被連接到弧光管主體上，該工序?qū)⒍松w機(jī)械地密封在弧光管主體上。隨后將過渡組裝環(huán)扣拆除并在最終的燒結(jié)工序中對組裝過的弧光管進(jìn)行燒結(jié)，完成的弧光管就制造出來了。
在另一個(gè)實(shí)施例中，毛細(xì)管具有一個(gè)輻射狀延伸的密封件，該密封件插入弧光管主體的開口端并密封與其中。密封件可以包括一個(gè)單獨(dú)零件，它在初期的熱處理工序與過渡組裝環(huán)扣一起連接到毛細(xì)管，密封件也可以是一個(gè)一體部件。過渡組裝環(huán)扣最好是具有環(huán)形盤的形狀，毛細(xì)管通過它插入中央孔徑中。但是，其他形狀的過渡組裝環(huán)扣也同樣有效，只要它可以在最終的燒結(jié)程序之前被拆除而并不對弧光管組件造成損害就可以。
當(dāng)弧光管的兩端都需要端蓋來密封時(shí)，使用過渡組裝環(huán)扣就特別有利，因?yàn)樗试S在一個(gè)垂直方向上對弧光管組件的兩端同時(shí)進(jìn)行密封。這就簡化了組裝過程，因?yàn)樗恍枰脙蓚€(gè)不同的溫度下的兩個(gè)連續(xù)的熱處理程序來將主體部分的每端都與一個(gè)端蓋密封在一起。
本發(fā)明提出的陶瓷弧光管組件最好由含有少量氧化鎂的多晶體氧化鋁構(gòu)成，在有些情況下可以含有少量氧化釔和氧化鋯。這種材料在美國專利No.5,682,082中有說明。如同本技術(shù)領(lǐng)域所知的，還可以包括的其他的少量組分。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，弧光管組件(毛細(xì)管、過渡組裝環(huán)扣和密封件)的端蓋由含有0.05重量百分比的氧化鎂的貝科夫斯基(Baikowski)等級CR-6氧化鋁粉制成，且主體部分由含有0.05重量百分比的氧化鎂的貝科夫斯基等級CR-6或貝科夫斯基等級CR-30氧化鋁粉制成。陶瓷弧光管組件的部件可以用許多種傳統(tǒng)的方式形成，例如擠壓法、沖壓法或注模法。
弧光管組件各部件的相對位置在一個(gè)熱處理步驟中固定，熱處理的溫度等于或者低于大約1350℃。熱處理導(dǎo)致各部件密度增加并收縮，從而產(chǎn)生擠壓力將各部件的位置固定。由于此熱處理步驟的溫度相對較低，在部件之間不會產(chǎn)生交叉擴(kuò)散或晶粒長大，從而不會使它們化學(xué)性地粘結(jié)在一起。另外，在低于1350℃的溫度下，過渡組裝環(huán)扣仍保持相當(dāng)大的孔隙度，從而限制了它們的強(qiáng)度。這使過渡組裝環(huán)扣可以非常容易地從毛細(xì)管上拆下，并且不會損害弧光管組件。


圖1到3說明了用本發(fā)明描述的方法制造一個(gè)三部件的陶瓷弧光管的不同階段。在圖1中，將毛細(xì)管2放置到限定厚度為L的穿孔陶瓷板5(如圖中虛線所示)的孔眼中，形成一個(gè)由毛細(xì)管2和過渡組裝環(huán)扣11構(gòu)成的端蓋3。穿孔的陶瓷板5放在實(shí)心的陶瓷板10(圖中也用虛線表示)上，以防止毛細(xì)管完全從穿孔的陶瓷板中穿過。過渡組裝環(huán)扣11放在毛細(xì)管2上并由穿孔的陶瓷板5支撐。然后陶瓷板和受支撐的端蓋被移至爐中在空氣中從大約1200℃加熱到大約1250℃。這個(gè)初期的熱處理使過渡組裝環(huán)扣11收縮并環(huán)繞毛細(xì)管固定。穿孔的陶瓷板的厚度L要與將被插入到弧光管主體的毛細(xì)管2的長度相一致。
在附圖2中，將一個(gè)端蓋3a的毛細(xì)管2a穿過穿孔的陶瓷板5(如圖中虛線所示)的孔眼，毛細(xì)管2a伸出的一端延伸到陶瓷板和過渡組裝環(huán)扣11a的下面，由此制成一個(gè)弧光管組件。一個(gè)具有開口端7a、7b的中空的橢圓形主體部分4被放置在端蓋3a的毛細(xì)管部分之上。第二個(gè)端蓋3b插入到中空主體的相對端7b。每個(gè)端蓋3a、3b的過渡組裝環(huán)扣11a、11b的外圍17a、17b在組裝之前必須要比開口端7a、7b的內(nèi)徑要大。插入到中空主體的開口端7a、7b的毛細(xì)管2a、2b的長度由開口端的邊緣13a、13b和過渡組裝環(huán)扣11a、11b之間的相互作用決定。優(yōu)選的情況是，組裝之后過渡組裝環(huán)扣11a、11b的外圍17a、17b比開口端7a、7b的外圍19a、19b大一些，這樣使拆除過渡組裝環(huán)扣很方便。其中優(yōu)選的情況是，過渡組裝環(huán)扣延伸超出開口端外圍大約1mm。隨后組裝過的部件在空氣中從大約1250℃加熱到大約1350℃，在此過程中主體部分的密度充分增加，收縮靠在毛細(xì)管上，形成機(jī)械密封9a、9b和一個(gè)完整的弧光管組件。
隨后過渡組裝環(huán)扣從毛細(xì)管上除去，并且不會損害弧光管組件。這個(gè)組件可以在最終的燒結(jié)工序中水平燒結(jié)，也可以用優(yōu)選的方法垂直燒結(jié)，燒結(jié)的溫度要高于大約1800℃，并要在含氫的空氣中。優(yōu)選方法是，最終的燒結(jié)過程在百分之百氫氣的環(huán)境中在大約1880℃的溫度下加熱大約180分鐘。完成后的弧光管在附圖3中示出。最終的燒結(jié)工序與進(jìn)一步的收縮一起，在弧光管組件現(xiàn)有的機(jī)械密封處促進(jìn)晶粒生長和互相擴(kuò)散。這些作用在燒結(jié)后的組件上形成真空且氣密的密封接口9a’、9b’。
圖4到6示出了用本發(fā)明描述的方法制造一個(gè)五部件的陶瓷弧光管的不同階段。如圖4所示，端蓋23包含毛細(xì)管2、密封件25和過渡組裝環(huán)扣11。過渡組裝環(huán)扣11的外圍17伸展超出密封件25的外圍21。端蓋部件組裝在一個(gè)陶瓷板(圖中未顯示)上，并在空氣中從大約1200℃加熱到大約1250℃。在熱處理過程中，密封件25和過渡組裝環(huán)扣11的密度充分增加，收縮靠在毛細(xì)管上，并施加一個(gè)擠壓力使得各部件的相對位置得以固定。
如圖5中所示的弧光管組件，將端蓋23a的毛細(xì)管2a穿過一個(gè)穿孔的陶瓷板5(如圖中虛線所示)的孔眼，毛細(xì)管2a伸出的一端延伸到陶瓷板和支撐在陶瓷板上的過渡組裝環(huán)扣11a的下面，由此制成此弧光管組件。一個(gè)具有相對開口端27a、27b的圓柱形中空弧光管主體24放置在端蓋23a的密封件25a上。
第二個(gè)端蓋23b插入到圓柱形主體部分的相對開口端27b。過渡組裝環(huán)扣11a、11b的外圍17a、17b在組裝之前必須要比圓柱形主體的開口端27a、27b的內(nèi)徑要大。毛細(xì)管2a、2b的插入長度由開口端的邊緣33a、33b和過渡組裝環(huán)扣11a、11b之間的相互作用決定。優(yōu)選的情況是，組裝之后過渡組裝環(huán)扣11a、11b的外圍17a、17b延伸超出開口端27a、27b的外徑，這樣使除去過渡組裝環(huán)扣很方便。
隨后弧光管組件在空氣中從大約1250℃加熱到大約1350℃，使得圓柱形主體收縮靠在密封件25a、25b上，形成機(jī)械密封29a、29b。隨后過渡組裝環(huán)扣從毛細(xì)管上除去，并對組件進(jìn)行最后的燒結(jié)，形成一個(gè)如圖6所示完成的弧光管。
圖7示出的是本發(fā)明的一個(gè)五部件弧光管組件的另一實(shí)施例，這個(gè)五部件弧光管組件與圖5所示的組件相似，不同之處在于底部的端蓋23a不是由過渡組裝環(huán)扣制成。使用了過渡組裝環(huán)扣11的端蓋23b只插入到中空主體24的上開口端27b中。毛細(xì)管2b的插入長度由過渡組裝環(huán)扣11和開口端的邊緣33b之間的相互作用決定，而毛細(xì)管2a的插入長度由穿孔陶瓷板5的表面(如圖中虛線所示)和邊緣33a之間的相互作用決定。經(jīng)過熱處理程序?qū)⒚芊饧?5a、25b機(jī)械密封到開口端27a、27b內(nèi)，隨后單一的過渡組裝環(huán)扣從上毛細(xì)管2b處除去，形成一個(gè)完整的組件。
在另一個(gè)實(shí)施例中，毛細(xì)管2在與過渡組裝環(huán)扣11或密封件25結(jié)合前需要進(jìn)行一個(gè)熱預(yù)處理。這個(gè)熱預(yù)處理使毛細(xì)管的密度增加并導(dǎo)致收縮，使得它們可以適合穿過過渡組裝環(huán)扣或密封件的開口。預(yù)處理可以在空氣中從大約1250℃的溫度加熱到大約1350℃。
為了能更方便地除去過渡組裝環(huán)扣，通常需要在環(huán)扣上開設(shè)凹槽或槽口以進(jìn)一步減小其強(qiáng)度。過渡組裝環(huán)扣上的凹槽通常是開在環(huán)扣的一個(gè)面上，深度從環(huán)扣厚度的50％到75％。凹槽可以通過在環(huán)扣上用研磨鋸床模壓加工或者切割成一定形狀制成。圖8示出的是一個(gè)由一個(gè)帶凹槽的環(huán)形圓片構(gòu)成的過渡組裝環(huán)扣。凹槽58是沿著環(huán)扣51的一個(gè)直徑方向切割出來的。當(dāng)使用帶凹槽的過渡組裝環(huán)扣時(shí)，在端蓋組裝過程中最好把凹槽調(diào)整好方向使之在端蓋插入后朝向弧光管主體的開口端。這種方位使凹槽在去除過程中處于最大的張應(yīng)力之下。
減少過渡組裝環(huán)扣強(qiáng)度的第二種方法是在環(huán)扣上開設(shè)槽口。在附圖9顯示的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，槽口68延伸穿過環(huán)扣61的一半長度。在這種情況下端蓋上過渡組裝環(huán)扣的方位并不重要。
對于更厚的過渡組裝環(huán)扣，可以采用很多凹槽和槽口的組合方式來實(shí)現(xiàn)方便地拆除。
雖然已經(jīng)示出和說明了目前所考慮到的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但顯然對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言在不脫離所附權(quán)利要求所確定的本發(fā)明范圍的條件下，還可以進(jìn)行許多的變型和修改。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷弧光管組件，包括具有至少一個(gè)包括了端蓋的開口端的中空的主體，端蓋具有一個(gè)毛細(xì)管和一個(gè)過渡組裝環(huán)扣，毛細(xì)管從中空的主體向外延伸，并具有一定的插入到開口端內(nèi)的長度從而與中空主體形成密封，過渡組裝環(huán)扣被環(huán)繞毛細(xì)管固定并與開口端的一個(gè)邊接觸，過渡組裝環(huán)扣與開口端的邊緣之間的相互作用決定了插入到開口端中的毛細(xì)管的長度；過渡組裝環(huán)扣可以被從毛細(xì)管上除去而不會給弧光管組件造成損害。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述過渡組裝環(huán)扣的外圍延伸超出開口端的外圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述過渡組裝環(huán)扣開有凹槽使其易于拆除。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述過渡組裝環(huán)扣開有槽口使其易于拆除。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述槽凹槽面對所述的開口端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述過渡組裝環(huán)扣是一個(gè)環(huán)形圓片。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述過渡組裝環(huán)扣的表面沿一直徑方向開有凹槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述過渡組裝環(huán)扣開凹槽的表面面對所述的開口端。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述凹槽的深度為過渡組裝環(huán)扣厚度的大約50％到大約75％。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述過渡組裝環(huán)扣開有槽口。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述過渡組裝環(huán)扣的直徑比開口端的外徑大。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述毛細(xì)管插入開口端的區(qū)段具有一個(gè)輻射狀延伸的密封件，該密封件可以與中空主體形成密封。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述中空主體具有兩個(gè)相對的開口端，每個(gè)開口端包括一個(gè)端蓋。
14.一種陶瓷弧光管組件，包括具有至少一個(gè)包括了端蓋的開口端的中空的圓筒狀主體，端蓋具有一個(gè)毛細(xì)管和一個(gè)過渡組裝環(huán)扣，毛細(xì)管從中空主體中向外延伸，并具有一定的插入到開口端內(nèi)的長度，插入到開口端的區(qū)段具有一個(gè)輻射狀延伸的密封件，與中空的主體形成密封，一個(gè)過渡組裝環(huán)扣被環(huán)繞毛細(xì)管固定并與開口端的邊緣接觸，過渡組裝環(huán)扣與開口端的邊緣之間的相互作用決定了插入到開口端中的毛細(xì)管的長度；過渡組裝環(huán)扣可以被從毛細(xì)管上拆除下來而不會給弧光管組件造成損害。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述過渡組裝環(huán)扣是一個(gè)環(huán)形圓片。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述過渡組裝環(huán)扣的表面沿一直徑方向開有凹槽。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述過渡組裝環(huán)扣開有凹槽的表面面對所述的開口端。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述凹槽的深度為過渡組裝環(huán)扣厚度的大約50％到大約75％。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述過渡組裝環(huán)扣開有槽口。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述過渡組裝環(huán)扣的直徑比開口端的外徑大。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述中空主體具有兩個(gè)相對的開口端，每個(gè)開口端包括一個(gè)端蓋。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述密封件作為與毛細(xì)管一體的部分制成。
23.一種用于制造陶瓷弧光管的方法，包括以下步驟(a)環(huán)繞毛細(xì)管固定一個(gè)過渡組裝環(huán)扣以形成一個(gè)端蓋；(b)將該端蓋插入到一個(gè)中空的弧光管主體的一個(gè)開口端，直到過渡組裝環(huán)扣接觸到開口端的一個(gè)邊；(c)加熱該組件從而毛細(xì)管和中空主體的開口端之間形成機(jī)械密封；(d)將過渡組裝環(huán)扣除去而不損害該組件；(e)燒結(jié)該組件以形成陶瓷弧光管。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，通過在處于或者低于大約1350℃的溫度下加熱將過渡組裝環(huán)扣固定在毛細(xì)管上。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述組件在處于或者低于大約1350℃的溫度下加熱以形成機(jī)械密封。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，步驟(b)中的中空主體具有兩個(gè)相對的有插入的端蓋的開口端，且步驟(c)中每個(gè)端蓋的毛細(xì)管同時(shí)被密封到各自的開口端。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述組件在高于大約1800℃的溫度下在含氫的空氣中燒結(jié)。
28.一種用于制造陶瓷弧光管的方法，包括以下步驟(a)環(huán)繞毛細(xì)管固定一個(gè)過渡組裝環(huán)扣和一個(gè)密封件以形成一個(gè)端蓋；(b)將端蓋的密封件插入到一個(gè)中空弧光管主體的一個(gè)開口端，直到過渡組裝環(huán)扣與所述開口端的一個(gè)邊接觸；(c)加熱組件從而在密封件和中空主體的開口端之間形成機(jī)械密封；(d)將過渡組裝環(huán)扣除去而不損害該組件；(e)燒結(jié)該組件以形成陶瓷弧光管。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，通過在處于或者低于大約1350℃的溫度下加熱將過渡組裝環(huán)扣固定在毛細(xì)管上。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述組件在處于或者低于大約1350℃的溫度下加熱以形成機(jī)械密封。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述組件在高于大約1800℃的溫度下在含氫的空氣中燒結(jié)。
32.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述毛細(xì)管在步驟(a)之前經(jīng)受熱預(yù)處理使毛細(xì)管的密度增加。
33.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，所述毛細(xì)管在步驟(a)之前經(jīng)受熱預(yù)處理使毛細(xì)管的密度增加。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種陶瓷弧光管組件及一種制造陶瓷弧光管的方法,其通過減少在最終的燒結(jié)工序之前組裝弧光管所需的操作和熱處理的數(shù)量,從而簡化了陶瓷弧光管的制造過程。特別是,本發(fā)明在中間的組裝程序中使用過渡組裝環(huán)扣,此環(huán)扣在最終的燒結(jié)工序之前可以被拆除。
文檔編號H01J9/24GK1372299SQ02105169
公開日2002年10月2日 申請日期2002年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月23日
發(fā)明者J·T·內(nèi)爾, M·A·施托 申請人:奧斯蘭姆施爾凡尼亞公司