專利名稱：高壓放電燈及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓放電燈，該放電燈具有一個(gè)放電陶瓷容器，其內(nèi)部空間含有可電離的填充料，兩端則由各形成為插塞的陶瓷構(gòu)件所封閉，陶瓷構(gòu)件的孔中配置有一個(gè)圓截面的金屬饋電引線。
這類高壓放電燈可以是高壓鈉放電燈，更具體地說(shuō)，是色重現(xiàn)性有所改進(jìn)的金屬鹵化物燈。這種燈采用陶瓷放電容器，因而可以利用這種容器所要求的更高溫度。這種燈的額定功率一般在100瓦至250瓦之間。管形放電容器兩端為筒形陶瓷端部插塞所封閉，插塞的軸向孔中有一個(gè)金屬饋電引線穿過(guò)。
通常，這些饋電引線由鈮制成(見(jiàn)德國(guó)專利說(shuō)明書(shū)1471379)。然而，這些引線僅部分適用于長(zhǎng)壽命的燈。這是因?yàn)?，這種燈充以金屬囟化物填充料時(shí)，鈮管和將鈮管密封入插塞所使用的陶瓷材料都受到強(qiáng)烈腐蝕所致。歐洲專利說(shuō)明書(shū)EP-PS136505介紹了一種改進(jìn)的方案。該專利是在最后燒結(jié)的過(guò)程中通過(guò)“生”陶瓷的收縮工序?qū)⑩壒芫o密密封入插塞中而無(wú)需任何陶瓷密封材料。這是不難做到的，因?yàn)檫@兩種材料的膨脹系數(shù)幾乎相等(8×10-6K-1)。這里特意提到了該說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容。
也有人對(duì)其它金屬制成的饋電引線進(jìn)行了試驗(yàn)。德國(guó)專利說(shuō)明書(shū)DE-PS2548732和2641880介紹了一些放電燈，其中的管形饋電引線由鎢、鉬或錸構(gòu)成。引線管由一個(gè)陶瓷柱體支撐著，陶瓷柱體配置在管形饋電引線內(nèi)部，且具有筆直的軸向排列的側(cè)壁。柱體可以是實(shí)心的或空心的，在空心的情況下，所形成的孔口就作為抽氣管，以后加以封閉。各陶瓷部件以其內(nèi)側(cè)和外側(cè)與饋電引線接合，饋電引線與各陶瓷部件之間的密封件仍然是用密封材料制成，這些陶瓷部件在密封件修整之前先在1850℃的溫度進(jìn)行最后燒結(jié)。雖然這樣做會(huì)改善這些燈的耐腐蝕性能，但仍然滿足不了金屬囟化物填充料的要求。盡管人們盡了很大的努力，可是迄今仍然還未研制出一種能耐腐蝕的陶瓷密封材料。
本發(fā)明要提供一種饋電引線，它能耐腐蝕并能承受溫度的變化，而且特別可供填充料含金屬囟化物的燈使用。下面將介紹各種方法，說(shuō)明如何來(lái)制造有上述性能的饋電引線的燈。
為達(dá)到上述燈的這些目的，可以采用下列有特色的技術(shù)，即，起碼饋電引線的主構(gòu)件或第一構(gòu)件的熱膨脹系數(shù)小于陶瓷的熱膨脹系數(shù)，饋引線氣密地直接燒結(jié)入插塞中。
其制造方法如下a)提供一個(gè)與電極裝置相連接的管狀鉬饋電引線;
b)提供制造陶瓷放電容器用的分散體，該分散體主要由氧化鋁組成，該氧化鋁的比表面積約為10平方米/克，將該分散體制成容器形的生坯，該生坯在燒結(jié)過(guò)程中的線性收縮率約為21-24%;
c)提供制造陶瓷插塞體用的分散體，該分散體的比表面積約為3至5平方米/克，將該分散體制成插塞形的生坯，該生坯在燒結(jié)過(guò)程中的線性收縮率約為17-20%;
d)將所述容器形和插塞形生坯在大氣中在大約1000℃至大約1400℃溫度下的大氣中預(yù)燒;
e)將所述引線放入所述預(yù)燒結(jié)插塞體的軸向孔中就位;
f)將所述已就位的插塞體插入所述預(yù)燒容器本體各端的連接部分中;
g)最后將饋電引線、插塞體和容器本體組成的組合件在大約1750℃至大約1900℃溫度下的氫氣氛或真空中燒結(jié)3至5小時(shí)，使所述容器本體具有供高壓放電燈用的所需半透明度，且使所述組合件具氣密性。
本發(fā)明的一些特別有利的措施是饋電引線或其主構(gòu)件或第一構(gòu)件由鉬、鎢或錸或它們的合金構(gòu)成。
饋電引線是個(gè)管形的整體構(gòu)件。
饋電引線的外徑約為1.0至2.0毫米，壁厚0.1至0.25毫米。
饋電引線以Ra表示的表面粗糙度約為10-50微米。
饋電引線是個(gè)復(fù)合構(gòu)件該復(fù)合構(gòu)件除包括主構(gòu)件或第一構(gòu)件外，在第一構(gòu)件離向放電容器內(nèi)部空間的一側(cè)，在插塞的區(qū)域還有一個(gè)輔助或第二構(gòu)件，第二構(gòu)件的熱膨脹系數(shù)大約相當(dāng)于陶瓷的熱膨脹系數(shù)。
第二構(gòu)件由鈮或鉭構(gòu)成。
第二構(gòu)件氣密焊接到第一構(gòu)件上。
第二構(gòu)件固定到第一構(gòu)件上，使其與放電容器內(nèi)部空間的距離起碼為插塞高度的40%。
第二構(gòu)件的高度起碼為插塞高度的30%。
第二構(gòu)件作為第一構(gòu)件的延長(zhǎng)部分固定到第一構(gòu)件上，以確定兩構(gòu)件之間的焊縫。
兩構(gòu)件都是管件。
第二構(gòu)件，且可能第一構(gòu)件也在焊縫處封閉。
兩構(gòu)件的直徑和壁厚都相同。
至少其中一個(gè)構(gòu)件是個(gè)棒形構(gòu)件。
第一構(gòu)件的直徑比第二構(gòu)件的直徑大，且插塞的孔在焊縫的高度處配備有凹口和邊緣，供緊密密封用。
第二構(gòu)件是棒形構(gòu)件，稍微插入第一管形構(gòu)件的敞開(kāi)端。
饋電引線的外徑最大約為2.5毫米。
第二構(gòu)件的外徑起碼比第一構(gòu)件的小0.4毫米。
第二構(gòu)件是個(gè)管形構(gòu)件，且作為一個(gè)套環(huán)嚴(yán)密地圍繞第一構(gòu)件的一部分。
第二構(gòu)件在0.1至0.25毫壁厚處的內(nèi)徑約為1.2至2.0毫米。
第二構(gòu)件深入配置在插塞的柱形凹口中，且由陶瓷環(huán)(22)對(duì)著遠(yuǎn)離放電區(qū)的一側(cè)復(fù)蓋住。
復(fù)合饋電引線以Ra表示的在整個(gè)插塞區(qū)的表面粗糙度約為10至100微米。
填充料包括含囟素的成分。
起碼有一個(gè)插塞(11)由熱膨脹系數(shù)在容器陶瓷與饋電流引線之間的復(fù)合材料構(gòu)成。
復(fù)合材料的主要成分是氧化鋁，第二成分為熱膨脹系數(shù)小于氮化鋁的一種或一種以上的材料。
第二成分包括W、Mo、Re、石墨、AlN、TiC、SiC、ZrC、TiB2、Si3N4和ZrB2。
氧化鋁按重量計(jì)占60至90%。
插塞起碼由兩個(gè)同心的部分(33a，33b)組成，其熱膨脹系數(shù)分級(jí)變化。
制造這種高壓放電燈還可以將工序a、e、g修改如下a)提供與電極裝置相連接的復(fù)合饋電引線;
e)將所述饋電引線放入所述預(yù)燒插塞體的軸向孔中就位，再將所述組合件在按體積計(jì)混合70-95%氬或氮的氫氣氛中和在大約1250℃至1500℃的溫度下預(yù)先進(jìn)行燒結(jié)，直到饋電引線與插塞體部分連接為止;
g)與第2頁(yè)的g)中的相同，只是采用真空作為燒結(jié)氣氛。
各構(gòu)件呈管狀，且插塞對(duì)管形構(gòu)件的壓力相應(yīng)于插塞的一種收縮，這種收縮可能等于其軸向孔直徑的減小量，該軸向孔徑的減小量可能比各構(gòu)件的外徑小5至10%。
各構(gòu)件呈管形或棒形，且插塞對(duì)各構(gòu)件的壓力相應(yīng)于插塞的一種收縮，這種收縮可能等于其軸向孔直徑的減小量，該軸向孔直徑的減小量比各構(gòu)件的外徑大約小0.5至3%。
或?qū)⒐ば騝)和d)修改如下
c1)提供制造復(fù)合插塞體的一種分散體，該分散體主要由氧化鋁和第二成分組成，氧化鋁按重量計(jì)占60-90%，第二成分按重量計(jì)占10-40%;
c2)將所述插塞形本體預(yù)先在大氣中在小于300℃的溫度下預(yù)燒;
d1)只將容器形本體在大氣中在大約1000℃至1400℃的溫度下預(yù)燒;
d2)將所述柱塞形體在氫氣氛中在大約1200℃至1400℃溫度下真正預(yù)燒。
下面說(shuō)明本發(fā)明是如何進(jìn)行的。
熱膨脹系數(shù)低的金屬(鉬、鎢和錸)是對(duì)腐蝕性填充料有高度抗腐蝕性的金屬。因此，非常希望用這種金屬作為饋電引線。然而，采用這類引線時(shí)的氣密密封問(wèn)題過(guò)去仍然得不到解決。
象鈮和鉭之類的金屬，其熱膨脹系數(shù)與陶瓷的相配，但另一方面，大家知道，這類金屬對(duì)腐蝕性填充物的耐腐蝕性能差，迄今仍然沒(méi)有人用它們作為金屬囟化物燈的饋電引線。
本發(fā)明結(jié)合了上述兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，消除了它們的缺點(diǎn)。
起碼是暴露在放電容器內(nèi)部腐蝕性填充料的饋電引線部分要用熱膨脹系數(shù)低(即起碼比陶瓷容器材料的熱膨脹系數(shù)低20%)的耐蝕性材料制成。
本發(fā)明極其簡(jiǎn)單的基本實(shí)施例采用連續(xù)的管形鉬饋電引線直接緊密燒結(jié)入陶瓷插塞中，而無(wú)需任何陶瓷密封材料。
引線只通過(guò)共(同焙)燒直接焊入插塞中。在這一點(diǎn)上一向總認(rèn)為，只有采用與陶瓷的熱膨脹系數(shù)幾乎相同的材料，才能持久進(jìn)行直接燒結(jié)，例如，鈮的情況就是如此。
顯然，如果經(jīng)過(guò)相應(yīng)的修改，類似的方法只適用于鉬、鎢或錸(熱膨脹系數(shù)≤6×10-6K-1)。這樣可以使焊出來(lái)的焊接點(diǎn)能緊附在材料上，沒(méi)有裂縫和縫隙，而且能與腐蝕性較小的填充料配用，熱應(yīng)變也較小。
這種管形饋電引線的好處是，厚度非常薄，直徑小，表面粗糙。另一個(gè)好處是，面對(duì)饋電引線的插塞，其內(nèi)徑與引線外徑之間的關(guān)系處在一定的最佳尺寸的范圍內(nèi)。不用任何陶瓷密封材料而形成的密封是這樣制取的首先，不先對(duì)饋電引線所通過(guò)的端部插塞進(jìn)行燒結(jié)。在插塞現(xiàn)在就進(jìn)行的最后燒結(jié)的過(guò)程中，由于對(duì)端部插塞進(jìn)行了收縮工序，在該工序中，端部插塞收縮著的生坯終于牢牢地被壓入饋電引線中，從而達(dá)到了插塞與饋電引線在其界面上所要求的可靠接合。
本發(fā)明的一個(gè)重要參量是，饋電引線不是實(shí)心的柱體而是一根管，管的管壁薄得足以略為變形，以補(bǔ)償端部插塞因收縮而作用到引線上的力。另一方面，饋電引線必須厚得足以保證機(jī)械穩(wěn)定性，更具體地說(shuō)，能牢靠地使電極的軸身保持不動(dòng)。實(shí)踐證明，0.1至0.25毫米的壁厚特別合適。
第二重要參量是饋電引線的直徑，這確定著熱膨脹的絕對(duì)值。實(shí)際直徑越小，燈工作過(guò)程中的膨脹力就越小。該引線的外徑最好小于2.0毫米。另一方面，從實(shí)用考慮，且為了使引線能承載充分的電流，建議引線的最小內(nèi)徑取0.5毫米，但對(duì)某些低功率的燈則可以采用較小的引線直徑。
第三個(gè)參量是饋電引線表面的粗糙度。饋電引線與插塞之間的直接密封看來(lái)主要是由于機(jī)械連接，在較小的程度上是由于分布連接引起的。饋電引線與插塞之間界面處的接觸愈大，直接密封部分就能更有效地達(dá)到其氣密性。饋電引線以Ra表示的表面粗糙度最好大約在10-50微米，這是指中心線平均表面粗糙度。
粗糙度小于10微米起不了改善氣密性的作用。粗糙度大于50微米雖然適宜制造出氣密性良好的放電容器本體，但卻降低了饋電引線的可靠性和機(jī)械穩(wěn)定性，因而是不可取的。表面的這個(gè)粗糙化可用各種方法進(jìn)行，例如，噴砂法，化學(xué)腐蝕法和機(jī)械加工。
第四個(gè)重要參量是端部插塞內(nèi)徑與饋電引線外徑之間最佳關(guān)系的選擇。在燒結(jié)之前，端部插塞處于未燒結(jié)的或所謂“生坯”狀態(tài)。燒結(jié)時(shí)，端部插塞收縮，這時(shí)其外徑和內(nèi)徑都減小。若插塞在收縮過(guò)程中內(nèi)徑減小得太多，則端部插塞因來(lái)自饋電引線引入插塞內(nèi)孔的結(jié)合應(yīng)力而斷裂。若插塞內(nèi)徑減小得太少，則端部插塞與饋電引線界面之間的結(jié)合力變?nèi)?，從而使放電容器沒(méi)有氣密性。若燒結(jié)時(shí)不引入饋電引線，則端部插塞的內(nèi)徑最好比饋電引線不變的外徑小5%至10%。
這個(gè)工藝過(guò)程是這樣進(jìn)行密封的在插塞處于生坯下先將饋電引線放入插塞的軸向孔中。將由此得出的其中一個(gè)組件在生坯狀態(tài)下插入管形容器各端，然后將該插入的組件在氫或真空中在大約1850℃的溫度下燒結(jié)3小時(shí)。未燒結(jié)插塞生坯在燒結(jié)的過(guò)程中收縮，收縮后的端部插塞最后牢牢地接合到饋電引線上，從而在插塞/饋電引線界面上達(dá)到了所要求的可靠密封。
用只由鉬制成的管材作饋電引線時(shí)，且放電容器在例如燈的色重現(xiàn)性能優(yōu)異的情況下承受極大的應(yīng)變、其最冷點(diǎn)的溫度高于700℃時(shí)，在大約500次溫度循環(huán)(或開(kāi)燈和關(guān)燈之后的溫度變化)之后，饋電引線與插塞之間可能形成裂縫。裂縫的寬度約3微米。產(chǎn)生這個(gè)裂縫的原因是由于鉬的熱膨脹系數(shù)低(6×10-6K-1)、陶瓷的熱膨脹系數(shù)高(8×10-6K-1)兩者相差很大所致，這個(gè)熱膨脹系數(shù)差別之所以起作用是因溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)變引起的，這可能會(huì)使燈失靈。
有許多技術(shù)訣竅可以修改這個(gè)基本技術(shù)，使其可優(yōu)先用于色重現(xiàn)性有所提高、比現(xiàn)有技術(shù)優(yōu)異得多的高壓鈉放電燈和金屬鹵化物燈。
第一種技術(shù)訣竅是采用一種修正的插塞，該插塞由一種熱膨脹系數(shù)介于陶瓷容器材料與管形金屬饋引線材料之間的復(fù)合材料組成。管狀饋引線，例如鉬質(zhì)的，在氣密條件下無(wú)需用任何陶瓷材料直接燒結(jié)入復(fù)合材料制成的插塞中，該復(fù)合材料含例如氧化鋁和鎢。這種共燒(co-firing)的物體在經(jīng)過(guò)500次以上20℃與90℃之間的熱循環(huán)之后能保持氣密狀態(tài)。共燒由金屬引線、復(fù)合材料插塞和陶瓷放電容器組成的組合體時(shí)，可以采用氫氣氣氛。
這種技術(shù)的第一個(gè)重要參量是采用鉬、鎢、錸或它們的合金制成的管狀引線。若引線是實(shí)心的，例如，棒材或金屬絲，則直接接合部分可能會(huì)斷裂。最好采用外徑小的管子。外徑最好小于2.0毫米。但為使焙燒過(guò)程中的收縮力防止起裂縫的作用，對(duì)管子的厚度并不特加限制，管子的內(nèi)徑則至少應(yīng)大于0.3毫米。
第二個(gè)重要參量是柱塞的材料。柱塞材料的熱膨脹系數(shù)應(yīng)介于金屬饋電引線與陶瓷放電容器之間，且對(duì)諸如金屬囟化物和鈉之類的任何腐蝕性充填料成分都具有良好的耐腐蝕性能。此外，最好是在氫氣氛下選用一種能共燒成組合物的材料。該組合體由金屬引線、陶瓷容器和由這種復(fù)合材料制成的插塞組成。
插塞材料由兩個(gè)成分組成。氧化鋁是不可或缺的第一個(gè)主要成分。第二個(gè)成分包含從金屬鎢、鉬和錸選取的其中一個(gè)或一個(gè)以上的金屬，或諸如AlN、TiC、Si3N4、SiC、ZrC、TiB2和ZrB2之類熱膨脹系數(shù)低的石墨或陶瓷。兩種成分的比例如下主要成分氧化鋁的比例按重量計(jì)為60至90%，第二成分的比例按重量計(jì)為10至40%。這些復(fù)合材料各自的熱膨脹系數(shù)約為5.5至6.5×10-6K-1。氧化鋁之所以成為不可或缺的成分不僅僅是由于其優(yōu)異的耐腐蝕性。此外，由于燒成時(shí)在大約1800℃溫度下進(jìn)行的固體擴(kuò)散反應(yīng)消除了原先位于插塞與放電容器端部之間的接觸區(qū)處的接縫，因而形成了準(zhǔn)一體化的結(jié)構(gòu)。氧化鋁的比例按重量計(jì)至少應(yīng)為60%。若此比例按重量計(jì)高于90%，則復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)不理想，結(jié)果，插塞與金屬饋電引線之間的直接連接部分在經(jīng)過(guò)多次熱循環(huán)之后不能保持氣密性，最后導(dǎo)致燈的失靈。若第二成分的比例，特別是由于其中所含的金屬成分過(guò)高，則要將插塞加以燒結(jié)，并使復(fù)合材料高度稠化分布以保證插塞本身的氣密性需要就非常困難。舉例說(shuō)，在復(fù)合材料僅由氧化鋁和鎢(或其中一個(gè)或多個(gè)上述金屬)組成的情況下，氧化鋁/鎢的比例以重量計(jì)取70至83∶30至17，則在氣密性方面的效果最佳。對(duì)其它第二成分來(lái)說(shuō)，最理想的比例以重量計(jì)為10至25%。這特別適用于陶瓷材料或陶瓷與金屬材料的混合料。較理想的例子是由20%的SiC、其余為AlO組成的插塞。
這些復(fù)合材料可以在幾乎沒(méi)有特殊條件的情況下制造。制造程序基本如下按所需要的比例稱量氧化鋁粉和第二成分;加入諸如水、酒精、有機(jī)粘合劑之類的一些模壓成形輔助劑;用球磨機(jī)或捏合機(jī)將上述原料加以混合;用噴霧干燥器和/或任何其它方法制取適合制造工藝的顆粒粉料，最后形成帶有供安置饋電引線的軸向孔的插塞。有一個(gè)特殊條件必須牢記除了氧化鋁和SiC之外，第二成分的材料較易氧化和分解。因此需要小心選擇適當(dāng)?shù)某尚屋o助劑和預(yù)燒過(guò)程中的最佳條件，例如氣氛和溫度。預(yù)燒過(guò)程中的目的是除去所加入的用以使生坯形成插塞形的輔助劑，并防止第二成分材料氧化和/或分解。否則結(jié)果可能會(huì)使插塞體本身的熱膨脹系數(shù)達(dá)不到要求，而且插塞體中出現(xiàn)裂紋。
第三個(gè)重要參量是金屬饋電引線的表面粗糙度。這里采用表面粗糙的金屬饋電引線有利，但這一點(diǎn)沒(méi)有象其它參量那么重要，因?yàn)榧词桂侂娨€不經(jīng)過(guò)特殊制備，也能保持插塞與饋電引線之間直接連接區(qū)的氣密性。
第四個(gè)重要參量，一方面是饋電引線與插塞之間的最佳關(guān)系，另一方面是插塞與陶瓷容器之間的最佳關(guān)系。只通過(guò)共燒陶瓷放電容器的一端或兩端就可使其形成直接連接的封閉空間，其條件幾乎與基本技術(shù)的一樣。若插塞是在不帶金屬饋電引線的情況下共燒的，則金屬饋電引線穿過(guò)軸向孔安置并通過(guò)共燒直接連接到軸向孔上的插塞，其軸向孔應(yīng)調(diào)節(jié)得使其在收縮之后比金屬饋電引線的原外徑小10%。類似的情況也適用于陶瓷放電容器端部的內(nèi)徑，插塞即插入該端部部分，且通過(guò)在共燒情況下應(yīng)用固體的擴(kuò)散反應(yīng)產(chǎn)生一體化的結(jié)構(gòu)。如果只燒成容器，則在收縮之后這個(gè)內(nèi)徑必須調(diào)節(jié)得使其比插塞的外徑小2至5%的范圍。要求這些條件的原因與基本技術(shù)的一樣。
修改基本技術(shù)的第二技術(shù)訣竅是用兩個(gè)構(gòu)件構(gòu)成饋電引線。第一或主要構(gòu)件起碼安置在插塞面對(duì)放電空間的一側(cè)。
在一個(gè)實(shí)施例中，該第一構(gòu)件可延伸到插塞的另一側(cè)。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一構(gòu)件大約在插塞的中間位置結(jié)束。第一構(gòu)件由鉬、鎢或錸或這些金屬的合金構(gòu)成。與上述整體式的饋電引線相反，第一構(gòu)件可以由管材或?qū)嵭闹w(棒材)制成。
第二或輔助構(gòu)件也可以是根管子或?qū)嵭牟牧系闹w，因而管子可以是第一構(gòu)件的套環(huán)，也可以是第一構(gòu)件的延長(zhǎng)部分。第二構(gòu)件由熱膨脹系數(shù)大致上與插塞的陶瓷材料不相上下的材料構(gòu)成。第二構(gòu)件最好采用鈮，但同樣也可以采用鉭。若采用管材，其壁厚也可選取0.1至0.25毫米。
饋電引線的第一和第二構(gòu)件用激光焊或電子束焊連接起來(lái)。為使密封密閉性能持久，第二構(gòu)件應(yīng)這樣固定到第一構(gòu)件，使其距放電容器的內(nèi)部空間盡可能遠(yuǎn)。
第二構(gòu)件最好這樣固定到第一構(gòu)件上，使其距放電容器內(nèi)部空間的距離起碼為陶瓷插塞高度的40%。這樣確保腐蝕性填充料的成分只有在鉬主構(gòu)件區(qū)域中的密封降低其密閉性之后(即經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的延遲之后)才能到達(dá)鈮輔助構(gòu)件處，這個(gè)輔助構(gòu)件不耐腐蝕但能持久密封。
第二或輔助構(gòu)件的高度最好起碼為插塞高度的30%。這樣可以形成長(zhǎng)的通道，且密封可靠。
實(shí)現(xiàn)這個(gè)復(fù)合構(gòu)思的第一可能性是將第二管形構(gòu)件對(duì)縫焊接到第一管形構(gòu)件遠(yuǎn)離放電區(qū)且直徑和壁厚大致相同的端部上。第二管形構(gòu)件面對(duì)放電區(qū)的一側(cè)可以是敞開(kāi)的，也可以象在一個(gè)特別值得推薦的實(shí)施例中那樣，封閉著。管形構(gòu)件是敞開(kāi)著時(shí)，在對(duì)縫焊接以氣密連接兩個(gè)管件時(shí)要特別小心，因?yàn)椴蝗坏脑捒赡苎氐谝还苄螛?gòu)件的外壁、焊縫，最后沿第二管形構(gòu)件的內(nèi)區(qū)產(chǎn)生漏泄。第二管形構(gòu)件外壁處密封的安全性就可能不會(huì)起作用。若第二管形構(gòu)件是密閉的，則焊縫就失去了其關(guān)鍵作用。焊縫中出現(xiàn)漏泄再也不會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)缺乏緊密性，而第二管形構(gòu)件外壁區(qū)中的安全密封仍然是關(guān)鍵所在。
復(fù)合饋電引線的這個(gè)第一實(shí)施例制造起來(lái)既簡(jiǎn)單又安全，尤其是特別適合內(nèi)徑較大(1.5-1.8毫米)的饋電引線。
然而在制造帶外供流引線(通常是鋼-鈮或鎳制成的)的連接時(shí)，要特別注意，因?yàn)榈诙苄螛?gòu)件的材料(最好是鈮)在燒結(jié)過(guò)程中變脆，特別是當(dāng)其暴露在以氫氣作為燒結(jié)氣氛主要成分中時(shí)更是如此;因此，雙構(gòu)件技術(shù)主要采用真空作為燒結(jié)氣氛，但與氫接觸是值得大力推薦的(見(jiàn)下)。
在第二實(shí)施例中，第二管形構(gòu)件緊緊只圍繞第一管形構(gòu)件遠(yuǎn)離放電區(qū)的部分以套環(huán)的形式配置，高度最好約為插塞長(zhǎng)度的一半。該套環(huán)圍繞與基本實(shí)施例類似的連續(xù)的第一管形構(gòu)件。套環(huán)可與插塞的端部表面齊平，也可以完全處在插塞中?？紤]上述距離的大小和管子的高度，用這個(gè)方法在燈的使用壽命方面也可以取得特別令人滿意的效果。套環(huán)氣密地焊接到其面對(duì)放電區(qū)的端部處的主構(gòu)件上，再用本技術(shù)領(lǐng)域周知的陶瓷容器與插塞共燒的同一方法將兩個(gè)構(gòu)件都密封入陶瓷插塞中。
這個(gè)修改方案的好處在于，外部供流引線可輕易地與饋電引線突出套環(huán)所包圍的部分之外的第一管形構(gòu)件連接。這種方案特別適用于小內(nèi)徑(1.0-1.5毫米)的饋電引線，因而套環(huán)的內(nèi)徑約為1.2-2.0毫米。
密封件的制造較為復(fù)雜，因?yàn)樘沾刹迦仨氁泄┨篆h(huán)用的特殊凹口中。饋電引線和套環(huán)借助于在套環(huán)端部面對(duì)放電區(qū)的部位中的環(huán)形焊縫氣密地連接起來(lái)。
第三實(shí)施例采用固體材料制成的第二構(gòu)件再加上固體材料或管狀的主構(gòu)件。這里，第二構(gòu)件也是第一構(gòu)件的延續(xù)部分。這種構(gòu)型的訣竅在于，第一構(gòu)件的直徑選取得大于第二構(gòu)件的直徑。這樣就提高了饋電引線的氣密性。
顯然，類似的方法如果經(jīng)過(guò)相應(yīng)的修改，即用鎢、錸或它們的合金的混合料代替鉬，用鉭代替鈮，也可用于這些綜合實(shí)施例中。配備有這種饋電引線的放電容器有可能制造出能粘附到材料上、沒(méi)有裂縫和縫隙、能與腐蝕性較小的填充料配用且熱應(yīng)變較大的接合。用這個(gè)方法在燈的使用壽命方面也能獲得特別滿意的效果。
在上述綜合實(shí)施例的情況下，第一構(gòu)件只能使氣密性持續(xù)較短的時(shí)間。放電容器的氣密性基本上是借助于插塞的收縮過(guò)程在第二構(gòu)件與陶瓷插塞的軸向孔之間的界面部分實(shí)現(xiàn)的;在該收縮過(guò)程中，收縮著的插塞生坯在最后燒結(jié)過(guò)程中牢牢壓在第二構(gòu)件(棒材或管材)上。在第一構(gòu)件是管狀的情況下，最好也將這種力加到第一構(gòu)件與插塞接觸的部分，使其界面沒(méi)有任何縫隙，從而防止金屬鹵化物成分滲入。
然而，必須牢記的是，燈經(jīng)過(guò)多次反復(fù)接通斷開(kāi)之后，插塞與第一構(gòu)件之間總會(huì)有小間隙形成。令人感到意外的是，若在燒結(jié)過(guò)程中，借助于生坯狀態(tài)的插塞的收縮加到該第一構(gòu)件的力，有意識(shí)地選取得使其低于加到鈮部分的力，則可以利用這個(gè)特點(diǎn)。雖然縫隙是早先形成的，燈的使用壽命仍然顯著延長(zhǎng)。這是借助于這樣的一個(gè)重要條件達(dá)到的，即第一構(gòu)件的直徑選得比第二構(gòu)件的大。
因此，這種技術(shù)適用于用棒材或管材制成的第一構(gòu)件。這就是說(shuō)，在饋電引線結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中能選擇各種修改方案。舉例說(shuō)，放電容器的一端不用作抽氣口或填充料入口時(shí)，可以采用實(shí)心饋電引線，該實(shí)心饋電引線由第一構(gòu)件和第二構(gòu)件焊接在一起構(gòu)成，兩構(gòu)件都不用管材而用棒材制成。
實(shí)現(xiàn)上述綜合實(shí)施例的重要參量如下。
第一參量，特別是在采用管狀饋電引線部件的情況下，這些部件必須借助于套環(huán)面對(duì)放電部分的部位上的環(huán)狀焊縫以氣密的方式連接起來(lái)，因?yàn)椋蝗坏脑?，沿鉬饋電引線的外壁、焊縫、最后沿鈮套環(huán)的內(nèi)部區(qū)域會(huì)產(chǎn)生泄漏。鈮套環(huán)外壁處密封的可靠性不起作用。
第二個(gè)參量，尤其是第一構(gòu)件的直徑，確定了熱膨脹的絕對(duì)值。實(shí)際采用的直徑越小，燈工作期間產(chǎn)生的熱膨脹力就越小。外徑最好小于2.0毫米。這一點(diǎn)對(duì)棒材料和管材的結(jié)構(gòu)都適用。
第三個(gè)參量是饋電引線與陶瓷插塞軸向孔接觸的表面粗糙度。饋電引線與插塞之間的直接密封看來(lái)主要是由于機(jī)械連接引起的，在較小的程度上是由于散布連接引起的。該兩部個(gè)界面處的接觸面積越小，直接密封部分就越有效地達(dá)到其氣密性。兩饋電引線構(gòu)件以Ra表示的表面粗糙度，在饋電引線為管狀時(shí)最好在10至50微米的范圍，在饋電引線為棒材或?qū)嵭臅r(shí)最好在10至100微米的范圍。相糙度小于10微米時(shí)，不能有效地改進(jìn)氣密性。
管狀饋電引線的表面粗糙度大于50微米是不可取的，因?yàn)樗档土宋g電引線的可靠性和機(jī)械穩(wěn)定性。此外，實(shí)心饋電引線的表面粗糙度大于100微米對(duì)機(jī)械穩(wěn)定性是沒(méi)有問(wèn)題的，但它可能會(huì)在饋電引線與插塞的界面上稍微形成非接觸的區(qū)域，從而超過(guò)插塞相對(duì)于饋電引線的變形和收縮能力，同時(shí)使氣密性遭破壞。
第四個(gè)參量是氧化鋁的軸向孔徑與饋電引線外徑之間的最佳關(guān)系。在燒結(jié)之前，插塞處于未燒結(jié)的或所謂“生坯”狀態(tài)。燒結(jié)時(shí)，生坯收縮，其外徑和內(nèi)徑減小。若插塞的軸向孔徑在收縮過(guò)程中減小得過(guò)多，則插塞由于來(lái)自饋電引線引入插塞軸向孔的約束應(yīng)力而斷裂。若減小得過(guò)少，則插塞與饋電引線之間的界面處的接合力變?nèi)酰瑥亩狗烹娙萜鳑](méi)有氣密性。
在饋電引線的第一構(gòu)件是由管材制成的情況下，如果燒結(jié)時(shí)不引入饋電引線，則氧化鋁插塞軸向孔徑的有關(guān)部分最好是(但并非如此不可)比第一構(gòu)件的外徑大約小5至10%。
然而，當(dāng)饋電引線第一構(gòu)件是由實(shí)心材料的棒材構(gòu)成時(shí)，就需要將插塞的孔徑減小，使其尺寸比鉬部分的外徑大約小1至3%(按上述意義理解)。這是因?yàn)楣腆w鉬本身在收縮過(guò)程中不能變形，從而若收縮作用過(guò)大會(huì)使氧化鋁本體因強(qiáng)勁約束力的作用而斷裂。相反，管狀鉬本身能略為變形以補(bǔ)償因氧化鋁本體與鉬饋電引線之間在燒結(jié)后的冷卻過(guò)程中所引起的熱收縮差別很大(如上所述)而產(chǎn)生的壓縮力。但必要時(shí)，棒材也可應(yīng)用于第一管形構(gòu)件上。
在兩者的情況下，插塞孔與引線的第二構(gòu)件有關(guān)的部分在沒(méi)有饋電引線下燒結(jié)時(shí)，該孔部分的直徑應(yīng)選擇得比第二構(gòu)件的外徑大約小5-10%。這與第二構(gòu)件的形狀是管形或棒形無(wú)關(guān)，因?yàn)榈诙?gòu)件的熱膨脹系數(shù)與插塞的類似。
第五個(gè)參量是燒結(jié)氣氛的選擇。鈮金屬是復(fù)合饋電引線值得推薦的材料，它在氫氣氛中和高于1700℃的溫度下變得特別硬特別脆，這是本技術(shù)領(lǐng)域在半透光氧化鋁陶瓷制造業(yè)中所周知的，這會(huì)使氧化鋁本體因鈮在氫中燒結(jié)的過(guò)程中硬化所產(chǎn)生的約束應(yīng)力而斷裂。
然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在氧化鋁與鋁之間的界面形成了薄薄的第二層，而具有這個(gè)第二層的部分如果能不斷裂的話，其氣密性會(huì)十分完美。
因此，要尋求給鈮提供的氫量，使鈮既不致變脆又能使連接完美，是個(gè)非常艱巨的任務(wù)。通過(guò)增設(shè)預(yù)燒結(jié)工序，可以解決這個(gè)問(wèn)題。
根據(jù)這個(gè)事實(shí)，在最后燒結(jié)之前，將饋電引線放入插塞生坯體的軸向孔中，然后在按體積計(jì)含5-30%的氫、其余為氬和/或氮的氣氛中在大約1250℃至1500℃的溫度下進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，直到插塞和饋電引線都部分連接起來(lái)為止。氫的體積小于上述指標(biāo)、溫度高于1500℃時(shí)，鈮部分硬化的程度會(huì)過(guò)頭;氫的體積小于5%、溫度低于1250℃時(shí)，不能有效地形成第二層。為防止鈮部分在預(yù)燒結(jié)組件插入未燒結(jié)的放電容器本體各端后硬化，最后燒結(jié)應(yīng)在真空氣氛中進(jìn)行。由于鈮構(gòu)件比較敏感，所以本方法與應(yīng)用于純鉬饋電引線的方法有些不同。
本發(fā)明提供一種使用壽命長(zhǎng)、氣密性不因使用含鹵化物的填充料而遭到破壞的高壓放電燈。放電容器通常是管狀的，呈圓柱形或桶形。插塞可以制成圓柱形或制成頂部封閉的圓筒，與放電容器直接連接。連接是按本技術(shù)領(lǐng)域周知的方法進(jìn)行的。放電容器往往配置在有一端或兩端的外玻殼中。
現(xiàn)在通過(guò)若干實(shí)際例子更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容。


圖1為有一個(gè)陶瓷放電容器的金屬鹵化物燈。
圖2-9詳細(xì)展示若干實(shí)例的放電容器的密封區(qū)的剖面。
圖1是額定功率為150瓦的金屬鹵化物放電燈的示意圖。該放電燈包括一個(gè)石英玻璃或硬玻璃制成的筒形外殼1，外殼1確定了燈的軸線。外殼兩端2用燈座3壓緊密封著。軸向配置的氧化鋁陶瓷放電容器8有一個(gè)桶形的中間部分4和筒形的端部9。放電容器8用兩個(gè)供流引線6支承在外殼1中，兩引線6則經(jīng)薄片5與燈座3連接。供流引線6焊接到管狀饋電引線10上，饋電引線10則固定在放電容器端處氧化鋁陶瓷各自的插塞11上。插塞11按周知的方法與端部9連接。
鉬(必要時(shí)，鎢或鎢/錸合金)制的兩個(gè)整體是饋電引線10各在面向放電區(qū)的一側(cè)支承著電極裝置12。電極裝置由電極柱13和線圈14構(gòu)成，線圈14套入電極柱面向放電區(qū)的一端上。電極柱以氣密的方式通過(guò)焊接與饋電引線的封閉端15連接。電極裝置也可以不是一種裝有線圈而是呈球形端部的型式。
放電容器的填充料除象氬氣之類的惰性啟動(dòng)氣體外還包括汞和金屬囟化物添加劑。在另一個(gè)實(shí)例中，可以不用汞。
圖2是一個(gè)基本實(shí)例的放電容器8一端的密封區(qū)的高度示意詳圖。放電容器在筒形端9的壁厚為1.2毫米。放電容器的端部9插有一個(gè)氧化鋁陶瓷制成的筒形插塞11。插塞11的外徑為3.3毫米，高5毫米。插塞11的軸向孔中直接燒結(jié)有一個(gè)整體式的饋電引線，該引線由鉬管10制成，其面對(duì)放電區(qū)的一側(cè)15封閉著。鉬管10長(zhǎng)12毫米、壁厚0.2毫米，內(nèi)徑1.0毫米。管10兩端幾乎以同等程度伸出插塞外。封口15可以在管10本身上形成，將電極柱焊接到其上，也可以通過(guò)將電極柱以周知的方式氣密地插入管子端部制取。
整體式饋電引線按下述方式直接燒結(jié)入插塞中。
一種具有筒形端9、配備有插塞11和直接封入插塞軸向孔中的整體式饋電引線10的放電容器8，其制造工藝包括下列工序制備配備有電極裝置12的饋電引線，該引線由內(nèi)徑為1.0毫米厚為0.2毫米的鉬管制成。此外該工藝還包括這樣的工序提供作為初始原料的兩種無(wú)機(jī)粉料的混合料，即所謂分散體，該分散體由氧化鋁和諸如Y2O3和/或MgO之類的涂料組成，其中一種所述分散體供涂敷到容器本體之用，這種分散體所使用的氧化鋁其比表面積(specific surface area)在大約為5平方米/克至大約10平方米/克的范圍，所述另一種分散體供涂敷在插塞本體之用，這種分散體所使用的氧化鋁其比表面積在大約3平方米/克至大約5平方米/克的范圍。將所述分散體制成兩種生坯(呈容器和插塞的形狀)。所述兩種生坯之間的線性收縮差(△L/L0(%))，即生坯與燒結(jié)體之間的長(zhǎng)度差△L除以生坯的長(zhǎng)度L0，最好約為3至5%。舉例說(shuō)，所述容器形生坯的線性收縮率為21至24%，所述插塞形生坯的線性收縮率為17至20%。容器形生坯的連接部分9的內(nèi)徑為4.00毫米，插塞形生坯的外徑為3.96毫米，高6.0毫米，軸向孔徑1.56毫米。該工藝還包括下列工序在大約1000℃至大約1400℃的溫度的大氣中預(yù)燒或預(yù)燒結(jié)所述生坯，以除去包括成形劑和水在內(nèi)的雜質(zhì);將饋電引線10放入所述預(yù)燒過(guò)的插塞體的軸向孔中就位;將就位后的插塞體插入所述預(yù)燒過(guò)的容器本體各端的連接部分中;然后將所述組合體在氫氣氛中或真空中在大約1750℃至大約1900℃范圍的溫度下燒結(jié)3至5小時(shí)，形成直接密封在經(jīng)燒結(jié)的放電容器本體中的饋電引線，容器本體的所述放電部分具有能讓可見(jiàn)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光或射線充分通過(guò)的半透光性，容器本體所述連接部分的內(nèi)徑比插塞體的外徑收縮的程度大，且插塞體的所述軸向孔徑也比饋電引線的外徑收縮程度大，但如本技術(shù)領(lǐng)域所周知的那樣，容器的所述連接部分和插塞的直接密封部分相對(duì)于插塞和饋電引線稍微變形，從而使所述燒結(jié)體在容器至插塞連接部分31的界面和插塞至饋電引線直接密封部分32的界面處都具有完美的氣密性。
在一個(gè)最佳實(shí)施例中，對(duì)圖2的實(shí)例作了這樣的小修改采用了由復(fù)合材料制成的插塞11，復(fù)合材料按重量計(jì)由80%的氧化鋁和20%的鎢組成。尺寸與結(jié)合圖2所論述的一樣。除下面將談到以外，制造工藝大體上與上述的一樣。用以涂敷插塞體的分散體由氧化鋁和鎢組成，氧化鋁的比表面積約為3至5平方米/克，鎢的平均粒度小于1微米，所述氧化鋁/鎢的重量比為80/20。應(yīng)該指出的是，這樣的復(fù)合體不應(yīng)視為金屬陶瓷，因?yàn)樗痪哂薪饘偬沾梢话憔哂械碾娮栊?例如20毫歐)的特點(diǎn)。相反，復(fù)合體的電阻非常高(一般為1010歐)。這一點(diǎn)有好處，這樣，復(fù)合體不導(dǎo)電，所以避免了點(diǎn)燃之后的逆弧現(xiàn)象。再有，兩個(gè)分散體制成兩種生坯(容器形和插塞形)。在線性收縮和尺寸上的差別也可以如上述一樣。與基本實(shí)例相比，只有容器形體是在大氣中在大約1，000℃至1，400℃的溫度下預(yù)焙燒，以清除包括成形助劑和水在內(nèi)的一些雜質(zhì)。另一方面，所述插塞形體則在1，200℃至1，400℃的溫度下的氫氣氛中真正預(yù)燒結(jié)之前先在大氣中在低于300℃的溫度下預(yù)燒，以防止鎢成分氧化，并除去成形助劑和水分等。通過(guò)這個(gè)真正預(yù)燒結(jié)，插塞形體的軸向孔徑收縮到大約1.45毫米。
如上面已經(jīng)談過(guò)的那樣，本工藝還包括下列工序?qū)侂娨€10放入所述預(yù)燒結(jié)體的軸向孔中就位;將所述已就位饋電引線插入預(yù)燒容器體各端的連接部分;然后將該組合體在大約1750℃至1900℃的溫度下的氫氣氣氛或真空中燒結(jié)3至5小時(shí)。由此得出的連接部分31和密封部分32的氣密性都特別好。
下面是有關(guān)復(fù)合饋電引線的一些實(shí)例。圖3a說(shuō)明第一實(shí)例。饋電引線16的第一構(gòu)件16a由鉬管制成，其高度僅為圖2基本實(shí)例的一半，在大約插塞11高度的一半處終止。第一構(gòu)件16a面對(duì)放電區(qū)，并在封閉端15處裝有電極柱15。
在離向放電容器內(nèi)部空間的一側(cè)延伸有第二構(gòu)件16b，該構(gòu)件由鈮管制成，在焊縫17處與第一構(gòu)件16a對(duì)接焊接。兩部分的尺寸幾乎相同，即內(nèi)徑1.5毫米，壁厚0.1毫米。第二構(gòu)件16在離向放電區(qū)的一側(cè)伸出插塞11外。在一個(gè)特別值得推薦的實(shí)例中(圖3b)，第二構(gòu)件16b在其與第一構(gòu)件16a的焊縫處由杯件21封閉著。這里，在焊縫17的區(qū)域中采用了對(duì)接焊。其余部分相同的各編號(hào)表示相同的部件。此外，鉬質(zhì)的第一構(gòu)件16a可以在此端封閉(如圖3b中的編號(hào)21′和虛線所示)。
在另一個(gè)實(shí)例中(圖4)，饋電引線18由鉬管制成的第一構(gòu)件18a連續(xù)地配置在插塞11中，和基本實(shí)例一樣，具有封閉端15。但在插塞11離向放電區(qū)的插塞11中途，鈮管制成的第二構(gòu)件作為套環(huán)18b圍繞著第一構(gòu)件的一部分，與插塞的前表面19齊平。插塞有一個(gè)與套環(huán)匹配的柱形凹口20。第一構(gòu)件18a的內(nèi)徑為1.0毫米，壁厚為0.2毫米，套環(huán)18b的內(nèi)徑則為1.4毫米，壁厚為0.25毫米。套環(huán)高2.4毫米。插塞11的外徑為4毫米，高5毫米。
在本實(shí)例中，兩個(gè)饋電引線的頭一個(gè)安置在放電容器兩端，氣密地封閉在面對(duì)放電區(qū)的一側(cè)，而第二饋電引線在封閉端15附近有一個(gè)小鏜孔23(圖中以虛線示出)，用作抽氣管和填充料入口。鏜孔23在填充金屬囟化物成分之后按周知的方式加以封閉，例如借助于激光加熱陶瓷或金屬密封材料。
這兩種不同的插塞，其軸向孔中安置有氣密焊接的復(fù)合饋電引線，分別插入氧化鋁放電容器的各端9中。插塞和容器都是未經(jīng)燒結(jié)過(guò)的。它們經(jīng)共燒或共燒結(jié)之后形成直接密封。
只有在所述燒結(jié)工序之后才將填充料引入放電容器中，并將鏜孔23封閉上。
本實(shí)例可以修改(圖5)成使套環(huán)18b′完全配置在插塞11中，這樣就保證了插塞11良好就位，而且可靠地防止鈮套環(huán)變脆，鈮套環(huán)變脆可能會(huì)因高溫(例如1850℃)燒結(jié)而影響氣密性。經(jīng)已證明，要達(dá)到上述目的最好是令柱形凹口20的深度大于配置在凹口中的套環(huán)18b′的高度，并將插塞遠(yuǎn)離放電區(qū)的一端的空心空間用適當(dāng)?shù)奶沾森h(huán)22蓋住。環(huán)22最好以生坯的形式裝在第一構(gòu)件18a上，最后和插塞11的生坯一起燒結(jié)，從而使其與第一構(gòu)件18a密封接合。更具體地說(shuō)，環(huán)22的陶瓷材料可以選擇得使其熱膨脹系數(shù)比插塞11的略小上點(diǎn)，但比第一構(gòu)件18a的大得多。這可以通過(guò)例如相對(duì)于環(huán)件材料給插塞材料摻入適當(dāng)?shù)碾s質(zhì)(例如SiO2)達(dá)到。
至于放電容器不參與金屬鹵化物成分的填充任務(wù)的一端，可以采用更簡(jiǎn)單的饋電引線結(jié)構(gòu)。圖6和7說(shuō)明放電容器的這種端部結(jié)構(gòu)，其中第二構(gòu)件的直徑至少比第一構(gòu)件的直徑小0.4毫米。
圖6中，饋電引線24由外徑為2毫米的鉬棒24a和外徑為1毫米的鈮棒24b構(gòu)成。該鉬棒在插塞11高度的大約40-50%處終止，且在焊縫17處焊接到鈮棒上。兩根棒都插入插塞11中，插塞11的中心孔有一個(gè)凹口28，供不同直徑的管形構(gòu)件使用。本實(shí)例可以如圖7中所示的那樣修改，使得裝上去的不是棒24a，而是內(nèi)徑為1毫米壁厚為0.2毫米的鉬管25a。鈮棒25b的尺寸大致上與上述的一樣。鈮棒25b稍微插入管26離向電區(qū)的敞開(kāi)端27，且焊接在該端部區(qū)27。
這些端部結(jié)構(gòu)特別適宜制造使用壽命長(zhǎng)的金屬鹵化物燈。就是說(shuō)，只有在反復(fù)多次接通和斷開(kāi)照明電路之后，沿插塞軸向孔與鉬棒外表面兩者之間的界面才可能形成有小縫隙，從而使在液態(tài)下特別具腐蝕性的腐蝕性填充料在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間之后才滲入這個(gè)縫隙中，并與鈮部分起反應(yīng)。但在上述情況下，鉬構(gòu)件的連接部分為氧化鋁陶瓷插塞緊密包圍著。特別是在凹口28的邊緣29處，鉬構(gòu)件的密封非常好。這種現(xiàn)象的原因目前尚未全部搞清，但該邊緣看來(lái)是與這樣一個(gè)鉬構(gòu)件配合的重要部分，該鉬構(gòu)件直徑比鈮構(gòu)件的大，且只受到與上述1-3%收縮率有關(guān)的低壓力的作用。這樣就確實(shí)避免了腐蝕性填充料滲入鈮部件中，因而可以制造出長(zhǎng)壽命的燈。因此，這些饋電引線的制造既簡(jiǎn)單、安全，成本又特別低。
為形成良好的密封，建議將饋電引線的外表面，特別是插塞區(qū)，粗化。這一點(diǎn)適用于整體式和復(fù)合式饋電引線10。粗化表面可以呈不規(guī)則的形狀(見(jiàn)圖8a)，可借助于例如噴砂法、化學(xué)腐蝕法或金鋼石銼加粗。此外還可以采用機(jī)械加工形成的形狀規(guī)則的表面。圖8b和8c分別說(shuō)明起伏形和螺紋形的表面。
所有實(shí)例中，復(fù)合饋引線都按下述方式直接封入插塞中。
本工藝用以制造一種半透明氧化鋁的放電容器，該放電容器配備有一個(gè)插塞和一個(gè)饋電引線，饋電引線直接封入插塞在容器兩端的軸向孔。本工藝包括下列工序制備圖3至7所示的饋電引線，該引線配備有電極裝置，且將鉬構(gòu)件焊接到鈮構(gòu)件上制成的。該引線還配備有兩種分散體，該分散體由本技術(shù)領(lǐng)域周知的氧化鋁和MgO和/或Y2O3組成的摻雜材料組成。其中一種所述分散體用以涂敷放電容器本體，該分散體所用的氧化鋁其比表面積為5至10平方米/克。另一種分散體供涂敷插塞體之用;該分散體所使用的氧化鋁其比表面積約為3至5平方米/克將上述分散體制成兩種分別呈容器形和插塞形的生坯。該兩生坯之間在線性收縮率方面之差(△L/L0(%)，即生坯與燒結(jié)體的長(zhǎng)度差△L除以生坯的長(zhǎng)度L0，最好約為3至5%，舉例說(shuō)，所述容器形生坯的線性收縮率約為21至24%，所述插塞形生坯的線性收縮率約為17至20%。制造放電容器的工藝還包括下列工序?qū)⑺龀尚误w在大約1000℃至1300℃的溫度下的大氣中焙燒，以除去包括成形助劑和水在內(nèi)的雜質(zhì);將饋電引線放入所述預(yù)燒過(guò)的插塞體的軸向孔中就位;在大約1250℃至1500℃的溫度下的混有7%氫的氬氣氛中預(yù)燒結(jié)所述插塞體/饋電引線的組合物，直到插塞與饋電引線部分接觸為止;將所述預(yù)燒結(jié)體插入所述預(yù)燒過(guò)的容器本體各端的連接部分;最后將所述組合物在至少10-4乇，即1.33×10-2帕的真空中在大約1750℃至1900℃的溫度下燒結(jié)3至5個(gè)小時(shí)，生產(chǎn)出帶直接封入的饋電引線的燒結(jié)放電容器，容器本體的放電部分半透明。
產(chǎn)品是一個(gè)在容器與插塞連接部分的界面以及插塞與饋電引線直接密封部分的界面氣密性都完美的燒結(jié)體。
在圖9所示的另一個(gè)實(shí)例中，插塞也由結(jié)合圖2所述的實(shí)例類似的復(fù)合材料組成。與圖2類似的部件用圖2相同的編號(hào)表示。但插塞分成兩個(gè)同心的柱形部分33a和33b。各部分中，鎢所占的比例(圖9左側(cè))不同。外側(cè)部分33a按重量計(jì)含20%的鎢，其余為氧化鋁;內(nèi)側(cè)部分33b按重量計(jì)含28%的鎢，其余為氧化鋁。這樣，在放電容器端的純氧化鋁與鉬管10的純金屬之間，熱膨脹系數(shù)的分段變化更為顯明。
在一個(gè)最佳實(shí)施例中(圖9右側(cè))，外側(cè)部分有一個(gè)臺(tái)階34，內(nèi)側(cè)部分33b的突出部分35即坐落在其上，因而簡(jiǎn)化了制造工序。
不使用由兩部件插塞時(shí)，可以使用由三個(gè)或更多的同心部件組成的插塞，與兩部件插塞比較起來(lái)，后一插塞的各部件的熱膨脹系數(shù)雖然也是分段的，但各相鄰部件間的熱膨脹系數(shù)之差值較小。
在另一實(shí)施例中，復(fù)合材料中鎢或另一第二成分的比例分別在插塞體的同心部件中至少有一個(gè)部件里起變化。這個(gè)比例沿外表面至內(nèi)表面的徑向方向上增加，從而使熱膨脹系數(shù)的過(guò)渡較為平滑。但另一方面，插塞的制備就比較麻煩。
另一可能性是采用單一成分的插塞材料，它不是復(fù)合材料，雖然這種材料較用作放電容器的氧化鋁有較低的熱膨脹系數(shù)。優(yōu)選使用的材料是AlN，它的熱膨脹系數(shù)和鉬或鎢制的金屬饋電引線的幾乎相同。另一可采用的材料是鋁的氮氧化合物，其熱膨脹系數(shù)介于放電容器材料和饋電引線材料之間。例如，可以將圖9的實(shí)施例改為使用兩部件插塞，其中的外部部件33a由鋁的氮氧化合物制得，兩內(nèi)部部件33b由AlN(氮化鋁)制成。
當(dāng)然，兩部件插塞(或更多部件組成的插塞)可以這樣做，即插塞的至少一個(gè)部件如上所述是由復(fù)合材料制得，而插塞的至少一部分則由AlN或鋁的氮氧化合物制得。
權(quán)利要求
1.一種高壓放電燈，其放電陶瓷電容器(8)的內(nèi)部空間含有可電離的充填料，放電陶瓷容器的兩端則由各形成為一個(gè)插塞(11)的陶瓷構(gòu)件所封閉，陶瓷構(gòu)件的一個(gè)孔中配置有一個(gè)圓截面的金屬饋電引線，其特征在于，起碼饋電引線的主構(gòu)件或第一構(gòu)件的熱膨脹系數(shù)小于陶瓷的熱膨脹系數(shù)，饋引線氣密地直接燒結(jié)入插塞(11)中。
2.如權(quán)利要求1所述的高壓放電燈，其特征在于，饋電引線或其主構(gòu)件或第一構(gòu)件由鉬、鎢或錸或它們的合金構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的高壓放電燈，其特征在于，饋電引線是個(gè)管形的整體構(gòu)件(10)。
4.如權(quán)利要求3所述的高壓放電燈，其特征在于，饋電引線的外徑約為1.0至2.0毫米，壁厚0.1至0.25毫米。
5.如權(quán)利要求3所述的高壓放電燈，其特征在于，饋電引線以Ra表示的表面粗糙度約為10-50微米。
6.如權(quán)利要求1所述的高壓放電燈，其特征在于，饋電引線是個(gè)復(fù)合構(gòu)件(16;18;24;25)該復(fù)合構(gòu)件除包括主構(gòu)件或第一構(gòu)件(16a;18a;24a;25a)外，在第一構(gòu)件離向放電容器內(nèi)部空間的一側(cè)，在插塞(11)的區(qū)域還有一個(gè)輔助或第二構(gòu)件(16b;18b;24b;25b)，第二構(gòu)件的熱膨脹系數(shù)大約相當(dāng)于陶瓷的熱膨脹系數(shù)。
7.如權(quán)利要求6所述的高壓放電燈，其特征在于，第二構(gòu)件(16b;18b;24b;25b)由鈮或鉭構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求6所述的高壓放電燈，其特征在于，第二構(gòu)件(16b;18b;24b;25b)氣密焊接到第一構(gòu)件(16a;18a;24a;25a)上。
9.如權(quán)利要求6所述的高壓放電燈，其特征在于，第二構(gòu)件(16b;18b;24b;25b)固定到第一構(gòu)件(16a;18a;24a;25a)上，使其與放電容器內(nèi)部空間的距離起碼為插塞高度的40%。
10.如權(quán)利要求6所述的高壓放電燈，其特征在于，第二構(gòu)件(16b;18b;24b;25b)的高度起碼為插塞高度的30%。
11.如權(quán)利要求6所述的高壓放電燈，其特征在于，第二構(gòu)件(16b;24b;25b)作為第一構(gòu)件(16a;24a;25a)的延長(zhǎng)部分固定到第一構(gòu)件(6a;24a;25a)上，以確定兩構(gòu)件之間的焊縫(17)。
12.如權(quán)利要求11所述的高壓放電燈，其特征在于，兩構(gòu)件都是管件(16;18)。
13.如權(quán)利要求12所述的高壓放電燈，其特征在于，第二構(gòu)件(16b′)，且可能第一構(gòu)件(16a)也在焊縫(17)處封閉(21;21′)。
14.如權(quán)利要求12所述的高壓放電燈，其特征在于，兩構(gòu)件的直徑和壁厚都相同。
15.如權(quán)利要求11所述的高壓放電燈，其特征在于，至少其中一個(gè)構(gòu)件是個(gè)棒形構(gòu)件(24a;24b;25b)。
16.如權(quán)利要求15所述的高壓放電燈，其特征在于，第一構(gòu)件(24a;25a)的直徑比第二構(gòu)件(24b;25b)的直徑大，且插塞的孔在焊縫(17)的高度處配備有凹口(28)和邊緣(29)，供緊密密封用。
17.如權(quán)利要求15或16所述的高壓放電燈，其特征在于，第二構(gòu)件是棒形構(gòu)件(25b)，稍微插入第一管形構(gòu)件(25a)的敞開(kāi)端。
18.如6至17任一權(quán)利要求所述的高壓放電燈，其特征在于，饋電引線的外徑最大約為2.5毫米。
19.如權(quán)利要求16所述的高壓放電燈，其特征在于，第二構(gòu)件的外徑起碼比第一構(gòu)件的小0.4毫米。
20.如權(quán)利要求6所述的高壓放電燈，其特征在于，第二構(gòu)件是個(gè)管形構(gòu)件，且作為一個(gè)套環(huán)(18b;18b′)嚴(yán)密地圍繞第一構(gòu)件(18a)的一部分。
21.如權(quán)利要求20所述的高壓放電燈，其特征在于，第二構(gòu)件在0.1至0.25毫壁厚處的內(nèi)徑約為1.2至2.0毫米。
22.如權(quán)利要求20所述的高壓放電燈，其特征在于，第二構(gòu)件(16′)深入配置在插塞(11)的柱形凹口(20)中，且由陶瓷環(huán)(22)對(duì)著遠(yuǎn)離放電區(qū)的一側(cè)復(fù)蓋住。
23.如6至21任一權(quán)利要求所述的高壓放電燈，其特征在于，復(fù)合饋電引線以Ra表示的在整個(gè)插塞區(qū)的表面粗糙度約為10至100微米。
24.如權(quán)利要求1所述的高壓放電燈，其特征在于，填充料包括含囟素的成分。
25.如權(quán)利要求3所述的高壓放電燈，其特征在于，起碼有一個(gè)插塞(11)由熱膨脹系數(shù)在容器陶瓷與饋電流引線之間的復(fù)合材料構(gòu)成。
26.如權(quán)利要求25所述的高壓放電燈，其特征在于，復(fù)合材料的主要成分是氧化鋁，第二成分為熱膨脹系數(shù)小于氧化鋁的一種或一種以上的材料。
27.如權(quán)利要求26所述的高壓放電燈，其特征在于，第二成分包括W、Mo、Re、石墨、AlN、TiC、SiC、ZrC、TiB2、Si3N4和ZrB2。
28.如權(quán)利要求26所述的高壓放電燈，其特征在于，氧化鋁按重量計(jì)占60至90%。
29.如權(quán)利要求25所述的高壓放電燈，其特征在于，插塞起碼由兩個(gè)同心的部分(33a，33b)組成，其熱膨脹系數(shù)分級(jí)變化。
30.制造權(quán)利要求3所述的高壓放電燈的一種方法，其特征在于，它包括下列制造工序a)提供一個(gè)與電極裝置相連接的管狀鉬饋電引線;b)提供制造陶瓷放電容器用的分散體，該分散體主要由氧化鋁組成，該氧化鋁的比表面積約為10平方米/克，將該分散體制成容器形的生坯，該生坯在燒結(jié)過(guò)程中的線性收縮率約為21-24%;c)提供制造陶瓷插塞體用的分散體，該分散體的比表面積約為3至5平方米/克，將該分散體制成插塞形的生坯，該生坯在燒結(jié)過(guò)程中的線性收縮率約為17-20%;d)將所述容器形和插塞形生坯在大約1000℃至大約1400℃溫度下的大氣中預(yù)燒;e)將所述引線放入所述預(yù)燒結(jié)插塞體的軸向孔中就位;f)將所述已就位的插塞體插入所述預(yù)燒容器本體各端的連接部分中;g)最后將饋電引線、插塞體和容器本體組成的組合件在大約1750℃至大約1900℃溫度下的氫氣氛或真空中燒結(jié)3至5小時(shí)，使所述容器本體具有供高壓放電燈用的所需半透明度，且使所述組合件具氣密性。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，為制造權(quán)利要求6所述的高壓放電燈，將工序a、e、g修改如下a)提供與電極裝置相連接的復(fù)合饋電引線;e)將所述饋電引線放入所述預(yù)燒插塞體的軸向孔中就位，再將所述組合件在按體積計(jì)混合70-95%氬或氮的氫氣氛中和在大約1250℃至1500℃的溫度下預(yù)先進(jìn)行燒結(jié)，直到饋電引線與插塞體部分連接為止;g)與權(quán)利要求30中的相同，只是采用真空作為燒結(jié)氣氛。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，各構(gòu)件呈管狀，且插塞對(duì)管形構(gòu)件的壓力相應(yīng)于插塞的一種收縮，這種收縮可能等于其軸向孔直徑的減小量，該軸向孔徑的減小量可能比各構(gòu)件的外徑小5至10%。
33.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，各構(gòu)件呈管形或棒形，且插塞對(duì)各構(gòu)件的壓力相應(yīng)于插塞的一種收縮，這種收縮可能等于其軸向孔直徑的減小量，該軸向孔直徑的減小量比各構(gòu)件的外徑大約小0.5至3%。
34.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，為制造權(quán)利要求25所述的高壓放電燈，將工序c)和d)修改如下c1)提供制造復(fù)合插塞體的一種分散體，該分散體主要由氧化鋁和第二成分組成，氧化鋁按重量計(jì)占60-90%，第二成分按重量計(jì)占10-40%;c2)將所述插塞形本體預(yù)先在大氣中在小于300℃的溫度下預(yù)燒;d1)只將容器形體在大氣中在大約1000℃至1400℃的溫度下預(yù)燒;d2)將所述柱塞形體在氫氣氛中在大約1200℃至1400℃溫度下真正預(yù)燒。
全文摘要
一種高壓放電燈，有一個(gè)陶瓷放電容器(8)，容器的兩端用插塞(11)封閉著。金屬饋電引線或其主要部分的熱膨脹系數(shù)小于陶瓷的熱膨脹系數(shù)。饋電引線直接氣密燒結(jié)入插塞中。本發(fā)明還介紹了燈的制造過(guò)程。
文檔編號(hào)H01J61/36GK1071029SQ92109718
公開(kāi)日1993年4月14日 申請(qǐng)日期1992年8月20日 優(yōu)先權(quán)日1991年8月20日
發(fā)明者A·邦克, S·云斯特, 前川耕一朗, J·沃納 申請(qǐng)人:電燈專利信托有限公司, 日本礙子株式會(huì)社