專利名稱：具有密封箔的電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電燈，包括具有至少一個密封端的石英玻璃燈泡、至少部分地嵌入在所述密封端中的包括鉬的薄箔、連接到所述箔的延伸到所述燈泡內(nèi)部的第一電流導體和連接到所述箔的延伸到所述燈泡外部的第二電流導體。
在具有石英玻璃，也就是具有重量至少為95％的SiO2含量的玻璃的燈泡的燈中，經(jīng)常用鉬箔作為電流引入導體。雖然石英玻璃(大約7×10-7/℃)和鉬(54×10-7/℃)的熱膨脹系數(shù)明顯不同，但是仍然獲得了具有真空密閉封裝的燈。這是由于鉬的延展性、箔的形狀、箔的刃形邊緣沿密封的縱向延伸、以及箔的小厚度，其是幾十微米。
具有玻璃燈泡的電燈的電流引入導體或電流饋電線的材料和形狀基本上決定了這種燈的制造、功能和質(zhì)量。術(shù)語“燈”尤其包括鹵素白熾燈和放電燈，諸如水銀蒸汽高壓燈、鹵素-金屬蒸氣燈和氙高壓放電燈。
在過去人們非常關(guān)注這個技術(shù)領(lǐng)域。通常，取決于燈中的壓力，將具有或沒有氣體填充物的燈中用來饋送電流的電導體熔合到石英玻璃中或擠壓到石英玻璃中。這分別導致緊裹密封、收縮密封。由于鉬的高熔點及其與石英玻璃相比有利的熱膨脹系數(shù)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)鉬是適合用于饋送電流的導體材料。
期望鉬導體令人滿意的其它材料必要條件是延展性、良好的可塑性、可焊性、優(yōu)化的機械強度、抗氧化和/或抗腐蝕尤其是抗鹵素，以及與電流導體的易熔性。
為了實現(xiàn)鉬箔在玻璃中的真空密閉封裝而不管特別是石英玻璃或具有高SiO2含量的玻璃材料與鉬的熱膨脹系數(shù)顯著不同，將箔成形為很薄(典型為15到50μm)，具有高的寬厚比(典型為＞50)，且具有切削刀片形式的逐漸變細的側(cè)邊。
必須將明顯比箔厚的電流導體焊接到這個薄鉬箔上。在很多情況中第一電流導體由鎢形成。特別是在電流導體由鎢制成時，這需要很高的焊接溫度，可能導致鉬箔的脆化并從而導致其斷裂。也可能在密封過程中在箔中形成裂紋。這種裂紋可以由玻璃和箔之間的相對運動或由冷卻過程中在低于玻璃的應(yīng)力松弛溫度以下的溫度所累積的張應(yīng)力所引起。
為了提高鉬箔的機械強度，已經(jīng)使用摻雜的鉬合金來代替純鉬。
根據(jù)美國專利US 4,254,300，少量的氧化釔顯著增加了箔在執(zhí)行焊接操作之前和之后的強度以及施加在焊縫上使其破裂所需要的力。在被收縮到燈泡中之前，如果需要的話，可以將根據(jù)該發(fā)明的具有焊接到其上的電流導體的箔在還原氣氛中加熱直到大約1300℃的溫度而不損失電流引入導體的機械強度。
在美國專利US 4,559,278中，為了確保與在電流引入導體周圍使用的玻璃質(zhì)材料的高可焊性和氣密封裝，將中間金屬涂層涂覆到電流引入導體上。電流引入導體的基本金屬是鉬，其全部表面或其需要焊接的表面部分用由錸制成的中間金屬涂層所覆蓋。
根據(jù)EP-A-0 275 580，提出了用摻雜了重量為0.01到2％的氧化釔和重量為0.01到0.8％的硼化鉬的鉬來制備用于燈的電流引入導體。這種摻雜意圖用來對鉀硅摻雜的鉬進行改進；然而，它沒有產(chǎn)生任何改進，特別在抗氧化方面。這種材料的嚴重缺點是它經(jīng)常在其熔合或擠壓入的區(qū)域內(nèi)的玻璃中引起凹口裂紋，這種裂紋是在熔合步驟中在玻璃的再結(jié)晶過程中由材料強度的變化所引起的。
還從專利AT-B 395 493中已知了一種在燈中用于電流引入導體的摻雜的鉬，其中摻雜物由重量為0.01到5％的鑭系元素的一種或幾種氧化物組成，其余為Mo。
在美國專利US 5,606,141中認為，收縮區(qū)域中的裂紋經(jīng)常是在熔合步驟中由再結(jié)晶過程中材料強度的變化所引起的，并且這個問題可以通過將作為燈中電流饋電線的由基于鉬-氧化釔的蝕刻條帶材料所制成的電導體與金屬/玻璃密封相結(jié)合而得以解決。除了Mo-Y2O3外，該條帶材料含有重量達1.0％的氧化鈰，由此氧化鈰∶氧化釔的比為0.1到1。
德國專利DE-A-196 03 300描述了一種摻雜了重量為0.01到1％的從元素周期表的IIIb和/或IVb族中選擇的一種或多種元素的富堿和富堿土硅酸鹽和/或鋁酸鹽和/或硼酸鹽的鉬箔。這種摻雜防止了收縮密封中由鉬/石英玻璃復合材料中的高機械應(yīng)力所引起的裂紋的形成。然而，與摻雜了Y2O3混合氧化物或Y混合氧化物的箔相比，這沒有改進箔的粘附。
此外，如歐洲專利公開EP-A-0 871 202中所描述的，也已經(jīng)試圖通過例如噴砂處理使箔粗糙化來改進SiO2/Mo的粘附。然而，這種工藝非常復雜且導致內(nèi)應(yīng)力引入到鉬箔中。
美國專利US 6,753,650描述了一種包括對未完成的箔進行后續(xù)處理以便形成材料團塊的基本上不相鄰的孤立區(qū)域的方法。材料團塊由鉬、鉬合金、鈦、硅、氧化物、混合氧化物和/或包括化合物的氧化物在每種情況中在2000℃下用小于10mbar的蒸汽壓力形成。基本上不相鄰的孤立區(qū)域在箔表面的至少5％和至多60％的區(qū)域上形成。按照這種方式，可以顯著改進箔和玻璃之間的粘附強度以及由此還改進了燈的使用壽命。
然而，目前的電燈并且尤其是UHP燈的重要限制是在燃燒室內(nèi)能夠獲得的最大壓力。燃燒室內(nèi)的較高壓力對于改進光輸出很重要。然而，增加的爆炸敏感性造成最大壓力的限制。
本發(fā)明的目的是提供一種在開始段落中提到的類型的燈，其不僅具有高亮度和令人滿意的光輸出，而且具有對爆炸的低敏感性。
根據(jù)本發(fā)明，用于這個目的的如開始段落中所定義的類型的燈具有權(quán)利要求1中所述的特征。
通過使用具有低于300MPa的屈服應(yīng)力的再結(jié)晶箔，可以在燈的燈泡中獲得較高的工作壓力，而不顯著增加對爆炸的敏感性。具有與現(xiàn)存的燈相似的內(nèi)部壓力的本發(fā)明的燈顯示出相當?shù)偷膶Ρǖ拿舾行浴?br> 在本發(fā)明的燈中，再結(jié)晶鉬箔顯示了在0.2％的屈服強度低于300Mpa。本發(fā)明者已經(jīng)認識到，對爆炸的敏感性與在密封步驟中發(fā)生的再結(jié)晶之后鉬箔的屈服強度有關(guān)。在上面描述的現(xiàn)有技術(shù)的燈中應(yīng)用金屬和金屬氧化物的添加物均導致鉬的屈服強度增加。
在本發(fā)明中，將屈服強度定義為按照ASTM E 8M-91的7.4.1章中的在0.2％偏移量的屈服強度。
優(yōu)選在包括摻雜了0.01到5wt％的錸或0.01到2wt％的鎢的鉬的箔中獲得再結(jié)晶箔的屈服強度的顯著降低。超過0.01wt％的錸或鎢，屈服強度降低的效果足以獲得降低的對爆炸的敏感性。分別超過5wt％的錸或2wt％的鎢，屈服強度超過了商業(yè)應(yīng)用在燈中的鉬的屈服強度。因此，典型的鉬錸合金的屈服強度遠高于根據(jù)本發(fā)明的燈的屈服強度，典型的鉬錸合金包括大約26 at eq.％的錸，并且其例如用在GB 1,313,531中描述的金屬-鹵素燈的收縮密封中。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過增加錸或鎢的摻雜量，由此形成的摻雜的和再結(jié)晶的鉬的屈服強度經(jīng)歷最小值。因此鉬中錸的摻雜量優(yōu)選在0.02和2wt％之間，更優(yōu)選在0.05和1.0wt％之間，而鉬中鎢的摻雜量優(yōu)選在0.02和1wt％之間，更優(yōu)選在0.05到0.5wt％之間。
包括0.01和5wt％之間的錸摻雜的鉬的另一優(yōu)點是顯著改進的對于金屬蒸氣尤其是金屬鹵化物氣體的抗腐蝕。然而這種改進的抵抗性也可以在包括0.01到0.1wt％的Ce、Ti、或0.01到1wt％的Al、Co、Fe、Hf、Ir或Y、或0.01到5wt％的Cr的摻雜的鉬中獲得。
如具有收縮或緊裹密封中的鉬箔的燈中通常的那樣，根據(jù)本發(fā)明的燈中使用的鉬箔的厚度取決于燈的類型且在大約15到大約80μm之間，優(yōu)選在25到50μm之間。在這些范圍內(nèi)得到箔的強度和屈服性能之間的最佳平衡。為了避免在密封的縱向方向中的箔的每一側(cè)邊存在毛細通道，如在現(xiàn)有技術(shù)通常的那樣，腐蝕鉬箔以形成刃形邊緣，從而密封的石英玻璃易于包含箔。
通過本領(lǐng)域充分已知的金屬摻雜方法可以制備本發(fā)明的燈中使用的摻雜的鉬。
當鉬另外含有下列氧化物Y2O3、SiO2、HfO2、ZrO2、TiO2、Al2O3或鑭系金屬之一的氧化物中的一種或者幾種的達到1wt％的摻雜時，可以得到改進的焊接性能。本發(fā)明的優(yōu)點是通過摻雜錸或鎢可以充分補償由這些氧化物被添加到純鉬中所引起的屈服強度的增加。
將用一些實施例來說明本發(fā)明。
實施例I根據(jù)已知的混合和燒結(jié)方法制備了含有不同摻雜的鉬箔。在氫氣中在2000℃對箔進行再結(jié)晶處理10分鐘。根據(jù)ASTM E 8M-91的章7.4.1測量這些箔的屈服強度。結(jié)果見表1。
表1在Y2O3的添加增加了Mo的屈服強度的同時，0.9wt％錸的添加明顯降低了Y2O3摻雜的Mo的屈服強度。
實施例II將表1中提及的材料的箔在不同的緊裹密封(及由此的再結(jié)晶)條件下安裝到UHP電燈中，其在150W工作8小時。

圖1中示出了燈的相對爆炸水平與相應(yīng)的摻雜的箔的屈服強度的關(guān)系。圖1清楚地表明屈服強度低于300Mpa的燈與屈服強度高于300Mpa的燈相比具有更低的爆炸水平。由于相關(guān)爆炸水平直接與電燈的使用壽命有關(guān)，也可以推斷本發(fā)明的燈具有較長的使用壽命。
圖1還表明對于具有屈服強度高于300Mpa的材料，爆炸水平強烈取決于屈服強度并由此取決于密封條件。本發(fā)明的另一優(yōu)點是爆炸水平或使用壽命幾乎不取決于密封條件。根據(jù)本發(fā)明的燈不僅具有較長的使用壽命，而且可以更好地預測其使用壽命。本發(fā)明的燈優(yōu)選包括再結(jié)晶的箔，其展示了根據(jù)ASTM E 8M-91的屈服強度(偏移量＝0.2％)低于290Mpa、更優(yōu)選低于275Mpa。
實施例III在空氣氣氛中將厚度為80μm的箔放入熱處理爐中。將樣品加熱到600℃并保溫12小時。測量樣品的重量并且考慮樣品的原始重量來計算相對重量的變化。結(jié)果見表2。
表2實施例IV將不同摻雜的箔用于制備Masterline ES型電、燈。用金屬鹵化物鹽填充這些燈。將實驗用的燈放入溫度為475℃的熱處理爐中。根據(jù)收縮密封中由腐蝕導致的裂紋的出現(xiàn)確定電燈壽命。
結(jié)果見表3。
表3實施例V將不同摻雜的箔用于制備氙前燈。將燈放入溫度為1030℃的熱處理爐中，目視估計腐蝕損壞程度。具有參考箔(0.5wt％Y2O3+0.1wt％Ce2O3摻雜的Mo)的燈的損壞程度明顯高于含有0.9wt％Re+0.3wt％Y2O3摻雜的鉬箔的燈。
這些結(jié)果清楚表明低于1wt％Re摻雜的鉬具有較高的抗氧化和抗腐蝕能力。
權(quán)利要求
1.一種電燈，其包括具有至少一個密封端的石英玻璃燈泡的，至少部分地嵌入到所述密封端中的含有鉬的薄箔，連接到所述箔的延伸到所述燈泡內(nèi)部的第一電流導體，連接到所述箔的延伸到所述燈泡外部的第二電流導體，其特征在于再結(jié)晶的箔展現(xiàn)根據(jù)ASTM E 8M-91的屈服強度(偏移量＝0.2％)低于300Mpa。
2.權(quán)利要求1所述的電燈，其中箔含有摻雜了0.01到5wt％的錸的鉬。
3.權(quán)利要求1所述的電燈，其中箔含有摻雜了0.01到2wt％的鎢的鉬。
4.權(quán)利要求1-3的任一項所述的電燈，其中鉬還含有下列氧化物的一種或幾種的達到1wt％的摻雜Y2O3、SiO2、HfO2、ZrO2、TiO2、Al2O3或鑭系金屬之一的氧化物。
5.一種電燈，其包括具有至少一個密封端的石英玻璃燈泡，至少部分地嵌入到所述密封端中的含有鉬的薄箔，連接到所述箔的延伸到所述燈泡內(nèi)部的第一電流導體，連接到所述箔的延伸到所述燈泡外部的第二電流導體，其特征在于箔含有摻雜了0.01到0.1wt％的Ce和/或Ti、或摻雜了0.01到1wt％的Al、Co、Fe、Hf、Ir和/或Y、或摻雜了0.01到5wt％的Cr的鉬。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有高的光輸出和低的對爆炸的敏感性的電燈，其包括具有至少一個密封端的石英玻璃燈泡，至少部分地嵌入到所述密封端中的含有鉬的薄箔，連接到所述箔的延伸到所述燈泡內(nèi)部的第一電流導體，連接到所述箔的延伸到所述燈泡外部的第二電流導體，其中再結(jié)晶的箔展現(xiàn)根據(jù)ASTM E 8M－91的屈服強度(偏移量＝0.2％)低于300MPa。這可以通過摻雜了0.01到5wt％的錸或0.01到2wt％的鎢的鉬來獲得。本發(fā)明還涉及一種具有抗氧化和抗腐蝕的含有摻雜了0.01到0.1wt％的Ce和/或Ti、或摻雜了0.01到1wt％的Al、Co、Fe、Hf、Ir和/或Y、或摻雜了0.01到5wt％的Cr的鉬箔的電燈。
文檔編號H01J61/36GK101031991SQ200580033378
公開日2007年9月5日 申請日期2005年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月30日
發(fā)明者C·H·M·馬里, J·王 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司