專利名稱：鹵化鈉放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及含鈉燈。本發(fā)明還特別涉及一種新型改進(jìn)的可阻擋鈉擴(kuò)散的弧光放電室。本發(fā)明尤其適宜于減慢透過含鈉金屬鹵化物燈弧光室的鈉離子擴(kuò)散。
通過詳細(xì)說明，將大量引證在含鈉金屬鹵化物燈中使用弧光放電室的文獻(xiàn)，并討論某些現(xiàn)有技術(shù)的鈉金屬鹵化物燈。但是應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，本發(fā)明也能用于不希望鈉擴(kuò)散的其他燈的應(yīng)用中。
本發(fā)明的弧光放電室適用于(但不局限于)金屬鹵化物燈，這種燈已于美國專利No.4,047,067、4,918,315(有電極)和5,032,762(無電極)中予以論述，其公開內(nèi)容在本文中予以引用。此類金屬鹵化物燈通常包括被保護(hù)性外殼包圍的弧光放電室?；」馐抑谐錆M光發(fā)射金屬，包括鈉和稀土元素，諸如鹵化物形式的鈧、銦、鏑、釹、鐠、鈰和釷，有時(shí)可選用水銀，有時(shí)也可選用諸如氪或氬等惰性氣體。本文引證的美國專利No.4,798,895描述了特別適合于本發(fā)明的金屬鹵化物配料的組合物。
不幸的是，在燈工作過程中，因鈉離子擴(kuò)散而使充填的金屬鹵化物中鈉部分丟失，常常限制了此種燈的壽命。特別是，典型的熔凝硅石或熔凝石英相對(duì)于鈉離子來說是多孔的，在燈工作過程中，弧光等離子體中高能的鈉離子穿越過硅石或石英的壁，聚集到弧光室和燈的外套或外殼之間的區(qū)域。丟失的鈉對(duì)弧光放電不再有用，也不能再提供其特有的輻射，使光輸出逐漸減弱，顏色由白向蘭漂移。此外，弧光更為收縮，在水平工作的燈中，弧光可能變彎，靠近并軟化弧光室的壁部。鈉的丟失還使燈的工作電壓上升到鎮(zhèn)流器無法維持弧光的地步，造成災(zāi)難性失效。
為了減小穿過弧光放電室的鈉擴(kuò)散的影響，典型的技術(shù)是依仗于在放電室上涂上抗鈉擴(kuò)散材料。在為了解決鈉擴(kuò)散的問題的辦法中，還包括在弧光管的外表面上沉積硅酸鋁和硅酸鈦層，如美國專利No.4,047,067和4,017,163分別描述的?；蛘?，如美國重新發(fā)行專利No.30,165所述，將透明的金屬磷酸鹽和砷酸鹽涂于弧光管的內(nèi)表面。可是，美國專利No.3,984,590卻公布為磷酸鋁涂層，美國專利No.5,032,762公布為氧化鈹涂層。
這些方法均成功地降低了鈉擴(kuò)散，但這些方法也需要額外的原料和生產(chǎn)步驟。因此在工藝上，希望有一種簡單而低價(jià)有效的降低鈉擴(kuò)散的方法。
本發(fā)明的主要目的是提供一種新型改進(jìn)的弧光放電室以降低鈉擴(kuò)散。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是提供一種新型改進(jìn)的對(duì)鈉擴(kuò)散敏感度低的弧光放電室。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是提供一種壽命更長、質(zhì)量更好的含鈉燈。
本發(fā)明的又一優(yōu)點(diǎn)是提供一種新型改進(jìn)的、低成本、易制造、長壽命、鈉擴(kuò)散能力低下的鹵化鈉弧光放電燈。
本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)，有些將在以下敘述中提出，有些在敘述中是顯而易見的，或者在本發(fā)明的實(shí)際應(yīng)用中可以學(xué)得到的。本發(fā)明的這些目的和優(yōu)點(diǎn)也可以利用后附的權(quán)利要求書中特別指出的手段和組合而意識(shí)到和獲得。
為達(dá)到前述目的并根據(jù)本發(fā)明的目標(biāo)，本發(fā)明的含鈉燈包括由鈉含量低于百萬分之0.05硅石或石英制成的熔凝硅石或熔凝石英弧光放電室。在整個(gè)本申請(qǐng)中，所使用的熔凝硅石相當(dāng)于人工合成的硅砂，熔凝石英也屬于精煉石英砂的范疇，所以二者稱之為玻璃。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，鈉金屬鹵化物燈包含由鈉含量低于百萬分之0.05的溶凝硅石或熔凝石英組成的弧光室。
對(duì)構(gòu)成含鈉燈弧光室的熔凝硅石或熔凝石英來說，其特別優(yōu)選的組成包括約少于百萬分之0.1的鋰、約少于百萬分0.1的鉀、約少于百萬分之0.1的銫、約少于百萬分之0.2的鐵和約少于百萬分之0.05的鉻。
更為優(yōu)選的弧光室組成包括少于百萬分之0.025的鈉、約少于百萬分之0.7的鋰、約少于百萬分之0.07的鉀、約少于百萬分之0.07的銫和約少于百萬分之0.10的鐵。
本發(fā)明包括的新穎零件、結(jié)構(gòu)、布局、組合和改進(jìn)均在附圖中顯示和說明，附圖作為詳細(xì)說明的一部分，說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，而且與說明一起闡述了本發(fā)明的原理。


圖1示出包括依據(jù)本發(fā)明的弧光放電室的金屬鹵化物弧光放電燈；圖2圖示在本發(fā)明范圍內(nèi)不同熔凝石英成分的電阻率，并示出比較例。
下面將詳細(xì)說明本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，在附圖中示出實(shí)例。
當(dāng)聯(lián)系某一優(yōu)選實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明予以說明時(shí)，并不意味著將本發(fā)明局限于此實(shí)施方案。相反，意味著囊括了所有變種、修改和等效物這些為后文權(quán)利要求書定義的本發(fā)明的構(gòu)思和范圍所包括的內(nèi)容。
參照?qǐng)D1，可以知道，燈10包括由諸如玻璃等透射光線的透明材料制成的外殼12和由鈉含量少于百萬分之0.05的熔凝硅石或熔凝石英制成的透光的弧光室14。燈10還包括基座16，它具有適宜的電氣接點(diǎn)，以便與弧光室14的電極相連接。雖然圖1所示的燈是有電極的燈，但本發(fā)明的弧光室同樣可用于無電極的金屬鹵化物弧光放電燈。
在所示的該實(shí)施方案中，弧光室14由框架組件固定在外殼12之內(nèi)，框架組件包括箍在外殼12的凹入部20上的金屬彈簧夾緊箍18。支架22點(diǎn)焊在箍18之上，同時(shí)也點(diǎn)焊在夾緊元件24之上。夾緊元件24是以機(jī)械方式緊固在弧光室14的夾封部。弧光室的另一端由支撐元件26固定，此支撐元件的一端點(diǎn)焊在導(dǎo)電端28之上，另一端點(diǎn)焊于夾緊元件30之上。夾緊元件30是以機(jī)械方式緊固于弧光室14的第二個(gè)夾封部17之上。導(dǎo)電片32和34的一端分別點(diǎn)焊于支撐元件26和22之上，另一端則分別焊于弧光室14各電極(未示出)的引入線36和38之上。導(dǎo)電元件40與電阻42和電流導(dǎo)線44點(diǎn)焊連接。電阻42的另一端則接于觸發(fā)極(未示出)的引入線46。除了導(dǎo)線44、由鉬制作的引入線36、38及46，以及電阻42的真正的電阻器之外，所有的框架組件都可由鍍鎳鐵制成。燈內(nèi)還裝有吸氣片30′，在其上涂有金屬合金材料，主要用以吸收燈外殼之內(nèi)的氫氣。
在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案中，弧光放電室14由鈉含量少于百萬分之0.05的熔凝硅石或熔凝石英構(gòu)成。在一特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，其石英或硅石中包含低于百萬分之0.10的鋰、鉀、銫和/或鐵。在另一更為優(yōu)選的實(shí)施方案中，其石英或硅石包含低于百萬分之0.07的鋰、鉀、銫、鐵和/或鉻。當(dāng)然，該石英或硅石中還可以包括其他元素，如鋁、砷、硼、鈣、鎘、銅、鎂、錳、鎳、磷、銻和鋯。其中大多數(shù)是在玻璃生產(chǎn)過程中因污染而出現(xiàn)的雜質(zhì)，僅以痕量級(jí)存在。但是，這些過渡性金屬的數(shù)量會(huì)對(duì)弧光室的顏色產(chǎn)生不良影響，所以應(yīng)予以避免。
滿足本發(fā)明需求的熔凝石英包含高度提純的精煉砂。這種熔凝石英可以從GE石英部得到，其牌號(hào)為GE244。適用于本專題發(fā)明的高純?nèi)勰枋赏ㄟ^各種人工合成方法得到，包括水解四乙基硅酸鹽和SiCl4的燃燒反應(yīng)。這種熔凝硅可由通用電氣公司得到，牌號(hào)為GE021玻璃。在半導(dǎo)體制造業(yè)中一直使用這些玻璃。
不受理論約束，可以相信存在于玻璃中的堿金屬起了遷移通道的作用，在燈內(nèi)的鈉離子就是通過這些遷移通道穿過硅石或石英室壁而擴(kuò)散。如上所述，這種從弧光室高能高溫內(nèi)壁向外壁的擴(kuò)散破壞了燈的功能。因此可以相鄰，通過降低鈉離子濃度來減少這些通道，會(huì)在弧光室中阻止鈉擴(kuò)散，并使燈得到改善。還可相信，在堿金屬中，石英或硅石中的鈉是鈉擴(kuò)散的最大原因。
為進(jìn)一步以實(shí)例說明理論，但這決不限制本發(fā)明，下述實(shí)例顯示了本發(fā)明主題的有利特性。例I對(duì)三種其組成如表1所示的熔凝硅石玻璃在鈉擴(kuò)散特性方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。
表1
這三種玻璃均由General Electric company，Quartz Department，Campbell Road，Willoughby，Ohio，提供。玻璃1為GE 214型玻璃；玻璃2為GE 244 LD型玻璃；玻璃3為GE 021型玻璃。于高溫Brew爐內(nèi)在氫氣保護(hù)下，在1800°時(shí)，在鉬箔舟內(nèi)熔融硅石/石英，將每一種玻璃組成鑄成矩形錠塊。用ASTM D 257-78方法對(duì)每一個(gè)矩形錠塊進(jìn)行分析，以確定熔凝材料的體電阻率?？捎脤?dǎo)電率或者換為電阻率，在本領(lǐng)域中作為表示在某一特定玻璃中鈉擴(kuò)散的潛在能力。而且，電阻率越低，或者電導(dǎo)率越高，則鈉擴(kuò)散就越大。每一種樣品的對(duì)數(shù)電阻率均示于表2中。其結(jié)果也圖示于圖2中。
表2
由表2和圖2中可見，鈉含量低于百萬分之0.05的熔凝玻璃表現(xiàn)出優(yōu)良的體電阻率。因此，鈉含量低于百萬分之0.05的玻璃3具有最小的鈉擴(kuò)散潛在能力。應(yīng)當(dāng)指出的是，目前銷售的大多數(shù)金屬鹵化物燈使用玻璃1。例II用玻璃1制成44只400瓦含鈉金屬鹵化物燈，用玻璃3制成15只400瓦含鈉金屬鹵化物燈。具體地說，把具有表1中相應(yīng)組成的石英作成燈的方法與美國專利No.4,798,995類似，使用標(biāo)準(zhǔn)的組裝工藝，每一只燈都包括一個(gè)內(nèi)徑8mm外徑10mm的弧光管，此管是根據(jù)這里引入的美國專利No.3,764,286介紹的工藝制成。在每只燈中，都裝有一個(gè)30毫克的制劑，此制劑由89.7％重量比的NaI、8.5％重量比的ScI3和1.8％重量比的ThI4組成。這些燈工作100小時(shí)后，利用積分球光度計(jì)來確定其性能。使用玻璃3作弧光管材料的燈比用玻璃1以同樣方法加工的燈平均增加600流明(表3)。在燈的工作過程中，由于弧光管中鈉喪失率的降低而使得亮度增加。
表3使用高純度石英的400瓦金屬鹵化物燈的性能
因此很明顯，根據(jù)本發(fā)明已提供一種可充分滿足上述目標(biāo)、目的和優(yōu)點(diǎn)的弧光室。在結(jié)合特定的實(shí)施方案說明本發(fā)明時(shí)，顯然對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，藉助于上述介紹，許多替代、修改和變化都是一目了然的。因此，所有符合后文權(quán)利要求書構(gòu)思及其寬闊范圍的替代、修改和變化均包括在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種包含含鈉填充物的燈，包括一種弧光室，此弧光室由鈉含量低于百萬分之0.05的熔凝硅石或熔凝石英構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1的燈，其中所說的硅石或石英包括低于約百萬分之0.025的鈉。
3.如權(quán)利要求1的燈，其中所說的硅石或石英包括低于約百萬分之0.1的鋰、低于約百萬分之0.1的鉀和低于約百萬分之0.1的銫。
4.如權(quán)利要求1的燈，其中在所說的填充物中的鈉包括鈉的鹵化物。
5.如權(quán)利要求1的燈，其中所說的熔凝硅石或石英包含低于約百萬分之0.2的鐵和低于約百萬分之0.05的鉻。
6.如權(quán)利要求5的燈，其中所說的熔凝硅石或石英包含低于約百萬分之0.07的鐵。
7.如權(quán)利要求1的燈，其中所說的填充物還包括水銀。
8.如權(quán)利要求1的燈，其中所說的填充物還至少包含一種由下述元素組選用的鹵化物鈧、銦、鏑、釹、鐠、鈰和釷。
9.如權(quán)利要求8的燈，其中所說的鹵化物為碘化物。
10.如權(quán)利要求4的燈，其中所說的鈉的鹵化物為碘化鈉。
11.權(quán)利要求1的燈，其中所說的填充物還包括一種由下述氣體中選用的惰性啟動(dòng)氣體氪、氬、氖和氙。
全文摘要
一種包括由熔凝石英或熔凝硅石組成的弧光室的含鈉燈，其中熔凝石英和/或熔凝硅石包含低于約百萬分之0.05的鈉。本發(fā)明的弧光室表明對(duì)鈉擴(kuò)散有阻滯作用，因此可做出具有優(yōu)良的顏色保持性的壽命長久的燈。
文檔編號(hào)H01J61/12GK1146257SQ95192676
公開日1997年3月26日 申請(qǐng)日期1995年12月7日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月21日
發(fā)明者C·E·施科特, J·A·施勞德, M·拉扎蘭姆 申請(qǐng)人:通用電氣公司