專利名稱：具有用含有3wt%以下錸的鎢合金制成的電極的放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓氣體放電燈，該燈包含具有氣體填充物(gas filling)透光放電容器和布置在該放電容器中的電極。
背景技術(shù)：
由于高壓氣體放電燈的良好照明性能，其應(yīng)用日益廣泛。這些放電 燈一般包含具有引線(feedthroughs )的放電容器，電極通過(guò)引線延伸進(jìn) 入放電容器中，或進(jìn)入由放電容器包圍的放電腔中。當(dāng)放電燈處于工作 狀態(tài)時(shí)，在電極自由端之間就激發(fā)電弧放電。放電腔一般含有氣體充填物(燈充填物(lamp filling)),該氣體填 充物包含起動(dòng)氣體(starter gas)(例如氬氣)；；故電氣體(例如一種或幾 種金屬卣化物，如碘化鈉和/或碘化鈧)，其形成實(shí)際上的發(fā)光材料；以 及電壓梯度產(chǎn)生體(voltage gradient generator)或緩沖氣體(例如汞)， 其主要作用是通過(guò)提高溫度或壓力來(lái)促進(jìn)發(fā)光物質(zhì)蒸發(fā)，并提高燈的效 率和燒毀電壓(burning voltage )。由于放電燈電極在燈工作時(shí)暴露在苛刻條件下，所以對(duì)這些電極的 材料和結(jié)構(gòu)就有很高要求。EP-A 0343625公開了包含在燈泡一端形成的密封部分，以及在另一 端形成以圍繞放電空間的外殼部分的弧形管燈泡。 一對(duì)金屬箔埋在密封 部分中。在放電空間中加入用于起動(dòng)的稀有氣體、汞和金屬卣化物。一 對(duì)電極包含連接到所述金屬箔的一對(duì)電極棒和布置在所述棒尖端的線 圈(coils )。這些線圈相互隔開并相互面對(duì)布置在放電區(qū)內(nèi)。錸-鵠合金 可用作棒材料。對(duì)于這種合金，錸與鴒的混合比應(yīng)為0.05%重量或更高， 以降低電極在工作期間斷裂的危險(xiǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)的該鴒-錸合金電極的缺點(diǎn)是在燈工作期間可能有相當(dāng)數(shù) 量的錸蒸發(fā)。對(duì)于高溫，例如高于280(TC的溫度尤其如此，而這正是現(xiàn) 有放電燈電極的工作溫度。錸的蒸發(fā)影響燈氣氛并使放電腔變黑。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明 一 個(gè)目的是提供具有在電極加工以及在燈工作時(shí)都具有相 當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度，且具有降低的黑化行為的電極的放電燈。該目的通過(guò)高壓氣體放電燈實(shí)現(xiàn)，該燈包含具有氣體充填物的放電 腔和布置在放電腔內(nèi)的電極，其中至少一個(gè)所述電極是鴒合金電極，該鴒合金電極基本上由(a)超高純鴒和(b)數(shù)量為鵠數(shù)量的0.01-3%重 量的錸、鋨、鉭、鉿、銥和鋯中的至少一種組成。超高純鵠是脆而弱的材料，特別是在退火狀態(tài)下，這妨礙了電極加 工。用例如錸(Re)摻雜鶴材料得到鴒-錸合金，增加了所得合金的延 展性，其有益于電極加工例如線拉伸和電極成形(例如磨削，焊接)， 并且也有益于電極工作時(shí)的機(jī)械強(qiáng)度。低數(shù)量的錸降低了電極對(duì)放電腔 的黑化影響。低數(shù)量的錸還降低了線拉伸期間加工硬化的影響，從而消 除或減少了線拉伸期間額外退火步驟的必要性。預(yù)計(jì)鋨也有類4以的作 用。總之，本發(fā)明的鵠合金在例如獲得允許電極加工并減少燈壽命期間 電極斷裂的足夠延展性的足夠高錸含量，與減少燈工作期間造成放電腔 內(nèi)部黑化的錸蒸發(fā)量的足夠低錸含量之間，達(dá)到了適當(dāng)?shù)钠胶狻Ｗ⒁獬呒冩u粉含有至少99.99%的鎢原子，優(yōu)選至少99.999%或甚 至99.9999%的鶴(除氧、碳和氮以外)。用于制造所述合金的粉末含有 至少0.01%重量(除氧、碳和氮以外)的選自錸、鋨、鉭、鉿、銥和鋯 的組分(b)。組分(b)包含至少50%重量的錸或鋨，或它們的混合物。 最多50%重量的組分(b)可以是鉭，最多10%重量的組分(b)可以是 鉿、4衣和4告中的至少一種。此外，應(yīng)該注意，電極可含有少量例如隨所述粉末引入的雜質(zhì)或添 加劑。在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案中，雜質(zhì)不超過(guò)10|Llg/g電極，優(yōu)選不超過(guò) 5pg/g電極，最優(yōu)選不超過(guò)lpg/g電極。小數(shù)量的雜質(zhì)或添加劑可使具有 少量組分(b)的電極獲得適當(dāng)?shù)臋C(jī)械性能。應(yīng)理解，氧、碳或氮的含量主要取決于表面吸收。優(yōu)選這些成分不 超過(guò)30pg/g電極。氧、碳和/或氮的數(shù)量在電極用合金成分?jǐn)?shù)量的定義 中不計(jì)算在內(nèi)。在優(yōu)選實(shí)施方案中，鶴合金電極包含棒和纏繞所述棒的線圈。這種 電極結(jié)構(gòu)在電極上提供了充分的熱分布。所述棒可由本發(fā)明的合金構(gòu) 成，并在干燥氫氣中在高溫例如200(TC以上退火，以除去雜質(zhì)。用于線 圏的金屬線優(yōu)選沒有退火，因?yàn)橥嘶鸬慕饘俳z太脆而不能形成線圏。在 所述棒和線圏組裝后，組裝的電極可在高溫例如2000°C以上退火。在本發(fā)明實(shí)施方案中，在燈工作期間至少一部分所述電極具有 2800-3400 °C的溫度。在該溫度范圍內(nèi)電極導(dǎo)致的黑化的減少是特別顯著的。在本發(fā)明實(shí)施方案中，放電燈是高壓金屬卣化物燈。在工作中，這 種燈中的電極或電極的一部分被加熱到特別高的溫度。因此，采用本發(fā) 明的鴿合金有利于電極加工，同時(shí)錸蒸發(fā)量，即使是在高溫下，得到降 低。本發(fā)明還涉及制造高壓氣體放電燈或用于這種高壓氣體放電燈的 電極或部分電極的方法，該方法包括應(yīng)用和/或制備鶴合金電極的步驟， 該鴒合金電極基本上由(a)超高純鶴和(b)數(shù)量為鴒數(shù)量的0.01-3% 重量的錸、鋨、鉭、鉿、銥和鋯中的至少一種組成。在本發(fā)明實(shí)施方案 中，雜質(zhì)不超過(guò)10pg/g電極，優(yōu)選不超過(guò)5pg/g電極，最優(yōu)選不超過(guò)lpg/g 電極。小數(shù)量的雜質(zhì)或添加劑可使具有少量組分(b)的電極獲得適當(dāng) 的機(jī)械特性。優(yōu)選地，該方法包括從所述鴿合金拉出金屬線并在2000-250(TC溫度下將所述金屬線退火以降低雜質(zhì)含量的步驟。本發(fā)明的鎢合金在例如獲得允許電極加工并提供工作期間足夠機(jī) 械穩(wěn)定性的足夠延展性的足夠高錸含量，與減少燈工作期間造成放電腔 內(nèi)部黑化的錸蒸發(fā)量的足夠低錸含量之間，達(dá)到了適當(dāng)?shù)钠胶?。?yīng)注意，JP-A-09 231939公開了具有錸鎢部分的高熔點(diǎn)金屬電極， 該錸鵠部分由錸元素加入量為0.1-25%重量的鶴制成。然而，只有陽(yáng)極 末端而非整個(gè)電極由該合金制成。此外，對(duì)錸數(shù)量所限定的絕大部分范 圍極大地導(dǎo)致不能允許的燈內(nèi)部黑化。鶴-錸合金公知可用于白熾燈。US 4413205公開了具有基本上由至 少含0.1%重量錸的鴒制成的電流導(dǎo)體的卣素白熾燈。然而，白織燈的工 作溫度低于放電燈，從而黑化作用和雜質(zhì)釋放發(fā)生的程度低得多。低錸 含量的選擇僅出于成本原因，如US 4413205中清楚說(shuō)明的那樣。而且 普通白熾燈的鎢材料含有比用于本發(fā)明放電燈的超高純鴒大得多的雜 質(zhì)數(shù)量。因此，所要求保護(hù)的錸數(shù)量將會(huì)太低，以至不能顯著改善這種 不太純的鴒電極的機(jī)械性能。本發(fā)明將參考附圖進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，附圖示意性地示出本發(fā)明的優(yōu)案。附圖簡(jiǎn)述 在附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的金屬囟化物高強(qiáng)度放電燈的剖面圖； 圖2A和2B示出鵠-錸合金在不同溫度下退火后極限拉伸強(qiáng)度試驗(yàn) 測(cè)量結(jié)果，和圖3A至3C圖示形變狀態(tài)(as deformed)(圖3A)和退火狀態(tài)(圖 3B和3C)下錸對(duì)鵠-錸合金微觀結(jié)構(gòu)的影響。
具體實(shí)施方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的金屬卣化物高強(qiáng)度放電燈1的剖面 圖。燈1具有石英玻璃，即Si02含量至少為95%重量的玻璃(但可選的， 可以是單晶或多晶陶瓷材料)的密封的透光放電容器2，其具有相對(duì)的 密封3并包圍放電腔4。陶瓷容器一般不是緊壓密封的，但包含陶瓷插 頭(plug)。圖1所示的燈是AC燈，但DC燈也在本發(fā)明范圍內(nèi)。放電 腔3具有包含稀有氣體和金屬卣化物的氣體充填物。作為實(shí)例，放電腔 4可充填有0.87mgNal、 0.45mg Snl2、 0.76mgNaBr、 0.21mg T舊r、 0.17mg Hgl2、 2666Pa02、 44mg Hg和10000Pa Ar。當(dāng)燈打開時(shí)，氧就反應(yīng)形成 卣氧化物。電極5相對(duì)布置在放電腔4中。電流引入導(dǎo)體位于放電容器2的各 個(gè)密封3中，并從放電容器2引出。在本實(shí)施例中，每個(gè)電流引入導(dǎo)體 包含完全處于各個(gè)密封3內(nèi)的例如鉬的金屬箔6,和從放電容器1伸出 的例如鉬的金屬棒7。拉伸金屬線電極棒8通過(guò)焊接到這些金屬箔6而 與所述金屬箔6之一連接，并進(jìn)入放電腔4，和承載有所述電極5之一。 電極棒8在位于放電腔4內(nèi)的棒8末端部分載有纏繞線圈9。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面，電極5由包含超高純鴒和0.01-3%重量，優(yōu) 選0.1-1°/。重量錸的鴒-錸合金形成。有利的實(shí)例包括0.2%重量或0.5%重 量的錸。超高純鎢含有99.999%的鎢。在鎢材料中摻雜錸獲得的鴒-錸合金提高了所得合金的延展性，其有 利于電極加工，例如線拉伸、電極成形和組裝，還有利于電極5在工作 中的機(jī)械強(qiáng)度。低錸數(shù)量降低了電極5對(duì)放電腔4的黑化影響。 制備棒8和線圏9的加工操作基本上相同。首先進(jìn)行粉末加工，得 到超高純鴒和所需數(shù)量的錸的混合物。接著壓制新鮮產(chǎn)物并在2700-320(TC溫度下燒結(jié)。軋制和鍛造后拉伸金屬線。為了制造棒8，將所述 金屬線在干燥氫氣中在高溫例如200(TC以上退火以去除雜質(zhì)。用于線圈 9的金屬線優(yōu)選不退火。圖2A和2B以及3A至3C顯示鶴-錸合金退火后的測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果。 圖2A縱軸的單位是力(以g表示)除以200mm長(zhǎng)的一截金屬線的重量。圖2A表示直徑175pm并摻雜0-3%重量不同數(shù)量錸并在IIO(TC-150(TC的不同溫度下退火的超高純鎢棒的極限拉伸強(qiáng)度(UTS )。 25 °C溫 度對(duì)應(yīng)的點(diǎn)代表形變狀態(tài)，即金屬線拉伸后的UTS值。顯然，UTS隨 著錸含量增加而連續(xù)提高，與退火溫度無(wú)關(guān)?？傊?，將超高純鎢與錸制 成合金使金屬線顯著增強(qiáng)。在0.05%重量錸數(shù)量下這種效果就已經(jīng)變得 很明顯。圖2B表示金屬線的延展性E的結(jié)果，其可從UTS試驗(yàn)通過(guò)以 下公式得出E[GJ m,UTS s腿其中^ax是金屬線的均勻伸長(zhǎng)率。延展性隨著錸的數(shù)量而得到改進(jìn)，這有益于金屬線加工。金屬線的拉伸一般在160(TC以下的溫度進(jìn)行。圖3A至3C表示摻雜0%、 0.05%、 0.2%、 1%和3%重量錸的直徑1310|iim的超高純鴒線的微觀結(jié)構(gòu)圖像。圖3A表示形變(as-deformed)微觀結(jié)構(gòu)。由于金屬線拉伸的強(qiáng)變形作用，導(dǎo)致看不見錸的作用。圖3B表示在干燥氬氣氣氛下試樣于200(TC退火10分鐘后的微觀結(jié) 構(gòu)。顯然僅添加0.2%重量錸就足以獲得精細(xì)的微觀結(jié)構(gòu)，即減小晶粒尺 度。晶粒尺度越精細(xì)表示延展性越高。圖3C示出試樣在2500。C退火后的試樣的微觀結(jié)構(gòu)圖片。在含有 0.2%重量以上錸的試樣中保持了添加錸的作用。因此，可以得出結(jié)論，在運(yùn)行中，通過(guò)低數(shù)量的錸，本發(fā)明的鴒-錸電極5的延展性得到明顯改進(jìn)。雖然添加錸可持續(xù)改善金屬線的機(jī)械性能，這在電極5的加工中有 益，但在本發(fā)明的一個(gè)方面中，錸的數(shù)量限于3%重量，優(yōu)選1%重量，
以減少導(dǎo)致燈1內(nèi)部黑化的錸的蒸發(fā)量。此外，具有高數(shù)量錸，例如1% 重量以上錸的金屬線在金屬線拉伸期間表現(xiàn)出顯著的加工硬化，因而需 要額外的退火步驟。低數(shù)量的錸避免或降低了對(duì)這種額外步驟的需求。在權(quán)利要求中，置于括弧間的任何附圖標(biāo)記都不應(yīng)理解成是對(duì)權(quán)利 要求的限定。動(dòng)詞"包含"及其變化形式的使用并不排除權(quán)利要求提及 以外的要素或步驟的存在。要素前的不定冠詞"一"的使用并不排除存 在多個(gè)這種要素。僅在相互不同的從屬權(quán)利要求中列舉某些方案并不表 示不能有利地采用這些方案的結(jié)合。
權(quán)利要求
1.高壓氣體放電燈(1)，該燈包含具有氣體充填物的放電腔(4)和布置在該放電腔內(nèi)的電極(5)，其中至少一個(gè)所述電極是鎢合金電極，該鎢合金電極基本上由(a)超高純鎢和(b)數(shù)量為鎢數(shù)量的0.01-3％重量的錸、鋨、鉭、鉿、銥和鋯中的至少一種組成。
2. 權(quán)利要求1的放電燈(1 ),其中所述鎢合金電極除氧、碳和氮之外含有低于10)Llg/g所述合金的雜質(zhì)。
3. 權(quán)利要求l的放電燈(l)，其中所述鴒合金電極(5)含有0.1-1% 重量的組分(b)。
4. 權(quán)利要求1的放電燈(1),其中組分(b)由50-100%重量的 錸和/或鋨、0-50%重量的鉭和0-10%重量的鉿、銥和《告中的至少一種組 成，總共為100%重量。
5. 權(quán)利要求1的放電燈(1)，其中所述鴿合金電極(5)包含棒 (8)和纏繞在所述棒上的線圈(9)。
6. 權(quán)利要求1的放電燈(1),其中在工作期間所述電極(5)的 至少一部分具有2800-3400。C的溫度。
7. 權(quán)利要求1的放電燈(1 )，其中所述放電燈是高壓金屬卣化物燈。
8. 制造高壓氣體放電燈(1 )或用于這種高壓氣體放電燈的電極(5) 或部分電極的方法，該方法包括應(yīng)用和/或制備鴒合金電極的步驟，該鴒 合金電極基本上由(a)超高純鵠和(b)數(shù)量為鴒數(shù)量的0.01-3%重量 的錸、鋨、鉭、鉿、《衣和鋯中的至少一種組成。
9. 權(quán)利要求8的方法，其中所述鎢合金電極除氧、碳和氮之外含 有低于10pg/g所述合金的雜質(zhì)。
10. 權(quán)利要求8的方法，包括從所述鴒合金拉出金屬線并在2000-250(TC溫度下將所述金屬線退火的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及包含具有氣體充填物的放電腔(4)和布置在該放電腔內(nèi)的電極(5)的高壓氣體放電燈(1)。至少一個(gè)所述電極是鎢合金電極，其中該合金由(a)超高純鎢和(b)數(shù)量為鎢數(shù)量的0.01-3％重量的錸、鋨、鉭、鉿、銥和鋯中的至少一種制成。本發(fā)明的鎢合金在錸或鋨含量之間達(dá)到適當(dāng)?shù)钠胶猓摵孔銐蚋咭缘玫皆试S金屬線加工的足夠延展性，并且該含量足夠低以減少燈工作期間造成放電腔內(nèi)部變黑的錸蒸發(fā)量。本發(fā)明還涉及這種燈的制造方法。
文檔編號(hào)H01J61/073GK101167156SQ200680014241
公開日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2006年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月27日
發(fā)明者A·賴因德斯, G·范希斯, J·王, W·西蒙斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司