專利名稱：用于高壓短弧放電燈的密封管材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及在用于高壓短弧放電燈的密封管結(jié)構(gòu)中使用鉬錸合金。
本發(fā)明涉及在高密度多晶陶瓷主體內(nèi)的密封管，尤其涉及高壓放電燈的密封。特別是，本發(fā)明涉及由鉬錸合金制成的密封管，其用于密封高壓放電燈例如高壓電弧放電燈。
背景技術(shù)：
放電裝置(例如高壓短弧燈)通常使用由氧化鋁形成的透明或半透明的高溫耐熔管。在該氧化鋁管中，電弧在兩個(gè)電極之間延伸，電流通過(guò)密封的引入端組件導(dǎo)入。因?yàn)檠趸X和鈮金屬具有相似的熱膨脹系數(shù)，該熱膨脹系數(shù)是選擇用于高壓短弧放電燈的鈮引入端以便經(jīng)氧化物電弧管的端部導(dǎo)入電流的一個(gè)因數(shù)。
近來(lái)，對(duì)于短弧放電燈存在著更大的光照功率的需要。為了滿足這個(gè)需要，必需增大密封在發(fā)光管內(nèi)的氣體量，例如汞的量，這導(dǎo)致這樣的問(wèn)題，即，當(dāng)密封在短弧放電燈的發(fā)光管內(nèi)的氣體量增大時(shí)，密封在發(fā)光燈泡內(nèi)的氣體的壓力增大到145psi或更高，并且當(dāng)燈發(fā)光時(shí)可能高達(dá)2500psi。因此，增大了對(duì)于能承受在這種燈中產(chǎn)生的高壓的材料的要求。此外，這種材料還必須能耐受在放電燈的化學(xué)劑量中所使用的鹵化物的侵蝕。
由于鉬可耐受在短弧放電燈的化學(xué)劑量中通常使用的鹵化物的侵蝕，所以可在用于高壓放電燈的密封管的制造過(guò)程使用純的鉬。然而，純的鉬沒(méi)有足夠的展延性使得通過(guò)機(jī)械壓接來(lái)密封該密封管。由于純的鉬在機(jī)械壓接過(guò)程中具有較大的變形應(yīng)變，所以純的鉬通常在機(jī)械壓接以便密封該密封管時(shí)出現(xiàn)破裂。
如上所述，相對(duì)于用于制成高壓含鹵素的放電燈中所使用的密封管的材料，存在對(duì)新材料的要求，其中該材料可耐受鹵化物侵蝕，可承受在放電燈內(nèi)產(chǎn)生的高壓和高溫，并且具有足夠的變形展延性，以便在機(jī)械壓接操作以形成該密封管的氣密密封時(shí)不破裂。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種由鉬錸合金構(gòu)造成的密封管。
本發(fā)明的另一方面涉及一種用于含鹵素的高壓放電燈的密封管，該高壓放電燈例如為短弧高壓放電燈和陶瓷金屬氧化物燈，其中該密封管由鉬錸合金構(gòu)造成。
本發(fā)明的再一方面涉及一種包含35-55％重量百分比的錸的鉬錸合金。
本發(fā)明的又一方面涉及一種用于通過(guò)將鉬與錸組合以形成鉬錸合金從而增大鉬的線性熱膨脹系數(shù)的方法。
本發(fā)明的另一方面涉及一種用于改變鉬錸合金的延展性和硬度的方法，其包括對(duì)該鉬錸合金進(jìn)行熱處理。
本發(fā)明的再一方面涉及高壓放電燈，其包括含短弧鹵化物的高壓放電燈和陶瓷金屬氧化物燈，該放電燈包括由鉬錸合金構(gòu)造成的密封管。
通過(guò)閱讀并理解本發(fā)明的詳細(xì)描述，使本發(fā)明的這些和其它方面清晰呈現(xiàn)出來(lái)。


本發(fā)明采用不同的部件和部件布置的形式，以及不同步驟和步驟組合的形式。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件，附圖僅僅是示意性的而不是限定本發(fā)明。
圖1示出了真空密閉組件的截面圖，該真空密閉組件包括依據(jù)本發(fā)明的密封管。
圖2示出了真空密閉組件的替代實(shí)施例的截面圖，該真空密閉組件包括依據(jù)本發(fā)明的密封管。
圖3是鉬、鉬錸合金、和氧化鋁隨溫度變化的線性熱膨脹系數(shù)的圖表。
具體實(shí)施例方式
具有一空腔的多晶陶瓷主體(例如高壓放電管)由鉬合金和密封材料進(jìn)行密封，以便形成真空密閉組件。多晶氧化鋁在溫度為25-1000℃之間具有8.1×10-6/℃的平均熱膨脹系數(shù)，多晶氧化鋁通常用于高壓放電燈的放電管。氧化釔在溫度為25-1000℃之間具有8.5×10-6/℃的平均熱膨脹系數(shù)，氧化釔也可用于放電管的制造。另外，釔鋁石榴石或YAG在溫度為25-1000℃之間具有8.35×10-6/℃的平均熱膨脹系數(shù)，釔鋁石榴石或YAG也可用于放電管的制造。
高壓放電燈的密封區(qū)域的工作溫度通常在室溫25℃或大約到700-1400℃之間，當(dāng)燈關(guān)斷時(shí)處于室溫25℃，當(dāng)燈完全升溫時(shí)處于700-1400℃。為了避免在陶瓷主體與封閉件之間的氣密密封的破裂或其它破壞，必需使得封閉件和密封材料的熱膨脹系數(shù)與陶瓷主體的熱膨脹系數(shù)在密封區(qū)域的工作溫度范圍內(nèi)精密地匹配。盡管高壓放電燈的工作溫度通常為大約25-1400℃之間，但是依據(jù)本發(fā)明的真空密閉組件可承受更高或更低的工作溫度范圍，因此需要在相應(yīng)的更高或更低的工作溫度范圍內(nèi)使得熱膨脹系數(shù)匹配。該封閉件和該密封材料的熱膨脹系數(shù)應(yīng)接近陶瓷主體的熱膨脹系數(shù)，以便提供可靠的密封并消除由于熱膨脹系數(shù)不同而引起的機(jī)械應(yīng)力。
依據(jù)本發(fā)明，提供了放電燈組件10，其包括陶瓷、金屬陶瓷、或金屬板端塞12，該端塞具有密封管14，以便形成如圖1所示的真空密閉組件。由例如為鎢的材料制成的電極桿16從密封管14延伸到放電燈10的氣體填充腔20中。該電極可焊接到密封管14中。連接引線18從密封管1 4的在放電燈組件10外側(cè)的一部分中延伸出來(lái)。在用氣體填充該燈并且隨后點(diǎn)焊之后，該密封管被壓接。在替代實(shí)施例中，該密封管可簡(jiǎn)單地焊接，而沒(méi)有壓接。
在替代實(shí)施例中，提供了放電燈組件28，其包括如圖2所示的偏置密封管30(或化學(xué)劑量配送部分)。電極32可由例如鎢(W)的材料制成。端塞38借助密封材料34來(lái)密封陶瓷電弧管的一端。在對(duì)該放電燈進(jìn)行化學(xué)劑量配送之后，密封管30隨后通過(guò)在密封管端部40處進(jìn)行機(jī)械壓接從而被密封，并且其后對(duì)該機(jī)械壓接部進(jìn)行點(diǎn)焊。
依據(jù)本發(fā)明，鉬與錸形成合金，以便形成用于放電燈的密封管。鉬是難熔金屬，鉬的熱膨脹系數(shù)低于錸的熱膨脹系數(shù)。通過(guò)在合金中適當(dāng)?shù)剡x擇所使用的鉬和錸的比率，使得鉬的熱膨脹系數(shù)增大。因此，該合金的增大的熱膨脹系數(shù)接近在放電燈制造中所使用的材料的熱膨脹系數(shù)，該材料例如為氧化鋁和其它陶瓷材料。圖2示出了純的鉬、50％-50％重量百分比的鉬-錸合金的混合物、和多晶氧化鋁的線性熱膨脹系數(shù)。此外，鉬-錸(Mo-Re)合金提供增強(qiáng)的延展性，同時(shí)錸(Re)在熱膨脹方面具有有利的效果。
其中錸的含量在35-55％重量百分比范圍內(nèi)的鉬錸合金適于這種應(yīng)用。鉬錸合金的選擇基于幾個(gè)原因。盡管純的鉬可耐受鹵化物的侵蝕，但是其沒(méi)有足夠延展性，以便使得通過(guò)鉬管的壓接來(lái)進(jìn)行密封。鉬管由于產(chǎn)生較大的變形應(yīng)變所以在壓接時(shí)破裂。鉬錸合金可耐受鹵化物的侵蝕，并且具有比純鉬更高的延展性。在冷拔成的狀態(tài)下，鉬錸合金比純鉬管具有非常高的延展性，但是其延展性對(duì)于壓接仍然不足夠大。
為了實(shí)現(xiàn)氣密壓接密封，必需對(duì)鉬錸合金進(jìn)行某種熱處理，以便獲得足夠的延展性并且消除由于例如拉制和擠壓的機(jī)械加工而產(chǎn)生的加工硬化。4小時(shí)的1200℃的熱處理對(duì)于明顯改變鉬錸合金的延展性和硬度來(lái)說(shuō)是不足夠的。大約0.5-4小時(shí)的處于大約1200-1900℃的處于干氫氣環(huán)境(露點(diǎn)＜-50℃)的熱處理可導(dǎo)致具有更大延展性的鉬錸合金，其可以進(jìn)行壓接，并且沒(méi)有破裂的跡象，且可承受至少2000psi(每平方英寸磅)的壓力。在熱處理之后，該鉬錸合金在制造用于放電燈的密封管時(shí)是有用的。
測(cè)試結(jié)果顯示出，進(jìn)行了大約0.5-4小時(shí)的處于大約1200-1900℃的處于干氫氣環(huán)境(露點(diǎn)＜-50℃)的熱處理的鉬錸管可成功地進(jìn)行壓接，并且沒(méi)有破裂的跡象。對(duì)于壓接成的管的破裂試驗(yàn)顯示出，該密封可承受100-1700psi壓力，這取決于所用的壓接壓力。壓接密封在壓接位置處用激光焊接進(jìn)行固定，該壓接密封可承受超過(guò)8500psi的壓力。這些結(jié)果表明，如以下示例所述，鉬錸合金管的密封與使用在常規(guī)高壓鈉制品中的鈮管中實(shí)現(xiàn)的密封一樣地良好。鉬錸合金超越鈮的優(yōu)點(diǎn)是其具有增強(qiáng)的鹵化物耐受性。
以下數(shù)據(jù)表明在形成依據(jù)本發(fā)明的可進(jìn)行機(jī)械壓接的密封管的過(guò)程中使用鉬錸合金的能力。
示例1mm外徑×0.5mm內(nèi)徑的鉬錸合金管包含47.5％重量百分比的錸，該管在壓接密封之前在1800℃時(shí)熱處理2小時(shí)。一些情況下，對(duì)壓接區(qū)域進(jìn)行激光焊接，以便強(qiáng)化機(jī)械密封。該鉬錸合金管的密封在一設(shè)備內(nèi)進(jìn)行測(cè)試，該設(shè)備在該管內(nèi)施加達(dá)到1000psi的水壓。當(dāng)發(fā)現(xiàn)水經(jīng)密封逸出時(shí)，記錄該壓力作為以下的破裂壓力。
表1壓接的鉬錸管與壓接的鈮管的破裂壓力結(jié)果比較

*在機(jī)械壓接/激光焊接部破裂之前，密封管的其它部分裂開(kāi)盡管鈮管與本發(fā)明的鉬錸管相比具有稍微增大的抗破裂性，但是鉬錸管與鈮管相比具有增強(qiáng)鹵化物耐受性，同時(shí)可承受與鈮管相當(dāng)?shù)膲毫Α?br> 通過(guò)使用本發(fā)明的鉬錸合金可獲得其它的優(yōu)點(diǎn)，而且不限于在壓接進(jìn)行氣密密封的過(guò)程中變形而不破裂以及能夠承受在放電燈內(nèi)產(chǎn)生的高溫的能力。
盡管已經(jīng)對(duì)本發(fā)明的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，可在不脫離本發(fā)明的原理和精神的基礎(chǔ)上對(duì)實(shí)施例進(jìn)行改變，本發(fā)明的保護(hù)范圍是由權(quán)利要求及其等同形式限定的。
附圖標(biāo)記10放電燈12端塞14密封管16電極18連接引線20氣體填充腔28放電燈30密封管32電極34密封材料36陶瓷電弧管38端塞40密封管端部
權(quán)利要求
1.一種由包含鉬錸合金的材料構(gòu)造成的密封管(14)。
2.如權(quán)利要求1所述的密封管(14)，其特征在于，該鉬錸合金包含的錸的含量大約為35-55％重量百分比。
3.如權(quán)利要求1或2所述的密封管(14)，其特征在于，該密封管(14)具有機(jī)械壓接密封或焊接密封。
4.如權(quán)利要求1-3所述的密封管(14)，其特征在于，該密封管(14)可承受至少大約2000psi的壓力，優(yōu)選為可承受至少9000psi的壓力。
5.如權(quán)利要求1-5所述的密封管(14)，其特征在于，該鉬錸合金在溫度為大約0-1200℃的范圍內(nèi)具有的線性熱膨脹系數(shù)大于純鉬的熱膨脹系數(shù)。
6.一種包括如權(quán)利要求1-5所述的密封管(14)的放電燈(10)。
7.如權(quán)利要求6所述的放電燈(10)，其特征在于，其包括鹵化物放電材料。
8.一種通過(guò)在大約1200-1900℃下對(duì)鉬錸合金進(jìn)行大約0.5-4小時(shí)的熱處理從而改變?cè)撱f錸合金的延展性和硬度的方法，其中該鉬錸合金的延展性增大，并且其硬度降低。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，該鉬錸合金在所述熱處理之前擠壓到管中。
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，該熱處理在露點(diǎn)低于-50℃的氣體環(huán)境下進(jìn)行。
11.一種用于增大鉬的線性熱膨脹系數(shù)的方法，其包括將鉬與錸組合以形成鉬錸合金。
全文摘要
本發(fā)明涉及在構(gòu)造用于高壓放電燈(10)密封管(14)中使用鉬錸合金。
文檔編號(hào)H01J7/22GK1516228SQ20031012423
公開(kāi)日2004年7月28日 申請(qǐng)日期2003年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月27日
發(fā)明者L·E·艾里奧, B·A·科諾森, B·P·比尤利, J·S·瓦圖里, T·J·薩默爾, L E 艾里奧, 比尤利, 瓦圖里, 科諾森, 薩默爾 申請(qǐng)人:通用電氣公司