CN1090088A - 制造放电灯及放电容器和灯的真空密封焊接陶瓷和金属匹配件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明采用一种密封胶将一根敞口的金属管直 接烧结在陶瓷容器的开孔内，其中金属管的热膨胀系 数小于容器的热膨胀系数。在敞开的管内***金属 部分，可能的话，通过管的开口将填料装入陶瓷容器 内并抽真空。将在管外端区域内遗留的金属部分和 管间的空隙加以真空密封。至少在一端上穿芯引线 在密封胶区域内由敞口的管所包围，该管子与穿芯引 线真空密封连接，其中管直接真空密封地烧结在密封 用介质中。

Description

本发明涉及一种真空密封焊接陶瓷和金属匹配件的生产方法，该方法尤其适用于制造放电灯及其放电容器和灯。

本发明的优点主要体现在制造高压放电灯的陶瓷放电容器上。一般这种容器用于钠高压灯。但是近来人们已研究利用这种容器的有益特点做金属卤化-放电灯。这种灯通常具有由石英玻璃制的放电容器。当前迫切要求改进这种灯的彩色再现。由此需要更高的工作温度，为此只有采用陶瓷的放电容器才能实现。典型的功率等级为50-250W。长形放电容器的端部通常密封有圆筒形的陶瓷端塞，在端塞的中心插装一个金属的电流引线。现有的钠高压灯采用管式或杆式铌制电流引入线（参见英国专利1465212和欧洲专利34113），它是由玻璃焊料或熔融陶瓷封焊在陶瓷端塞中的。还有一种已发表的适用于铌管的非玻璃焊接的直接封接式方法（欧洲专利136505）。这种钠高压放电灯的特殊之处在于：其填料含有汞合金，它通常装在位于用作电流引线的铌管内的容器内。

放电容器的抽真空和填充的一种特别简单的可能性为，两个铌管中的一个的放电容器内部配置在管上的电极附近具有一个小开口，通过此开口可以抽真空并填充汞齐和惰性气体（英国专利GB-PS    2072939）。在填充过程结束后，铌管向外伸出的端部经过挤压缝焊构成气密封闭。可是所述开孔在电极附近总是贯通的，以便在工作时保证在放电容器内腔和作为冷焊点用的穿芯套管内部之间的可靠连接。

德国专利DE-PS    2548732公开了另一种用于钠高压灯的封接技术。这种技术采用由钨、钼或铼构成的管状穿芯引线，它借助于管内部的圆筒形陶瓷构件在端塞内由熔融陶瓷气密封闭。这种工艺不允许在填充过程结束后挤压外部管端，这是由于与铌相反，这些金属很脆，因此很难对其加工，并且公知的用于铌管的封接技术不能在此应用。为此陶瓷构件上具有一个轴向孔，在抽真空和填充气体时，该孔与在管内位于电极附近的开口共同作用。在填充后，所述构件的这个轴向孔由熔融陶瓷密封，因此省略了对脆性钼类金属的加工。这种技术相当烦琐，因此既消耗费用又费时间。

最后介绍欧洲专利EP-PA    92114227.9（欧洲专利公约A.54（3））。其中描述了一种带有陶瓷放电容器的高压灯，其中将一根钼制管形引线直接烧结在一个陶瓷端塞内。此外在专利合作条约的国际申请PCT/DE    92/00372（欧洲专利公约A.54（3））中介绍了一种用于带有陶瓷放电容器的金属卤化物放电灯的填充方法，它在引线穿芯套管或端塞或放电容器中使用一个开口作为填充孔。本申请显然借鉴了这两个早期专利的内容。

这些已公知的填充方法的不足之处为，必须在放电容器或端塞上配备有附加开孔并且密封，或者在利用穿芯引线上的开口的情况下，固定在穿芯引线上的电极限制了填充孔的大小，并且妨碍了填充过程。为此在几个实施例中可以将这些填充孔事后很费力地再进行封闭。

此外，当采用钠高压灯时证明是不利的，因为电极在穿芯引线的直接烧结时不可避免地要承受烧结过程中大于1800℃的高温。在此温度下，涂复在电极上的发射层的大部分均可能被蒸发掉，而发射层在钠高压灯中是经常采用的。

此外在批量生产的制造过程中证明是不利的，即要求电极***必须在烧结端塞的当时已提供配置好，尤其是当在不同地点进行单独的中间步骤制造时，电极由于运输带来的操作可能性很大。此外，由于不同的电极***的构成使产品的灵活适用性受到很大限制。

本发明的任务是，在陶瓷和金属匹配件之间建立一个耐久的连接。一个进一步的任务在于，提供一种相当可靠的连接技术，它能承受具有腐蚀性填充物的陶瓷放电容器的极大负载。另一个发明任务是对陶瓷放电容器的抽真空和填充的简易化。进一步的一个附加的发明任务在于，提供一种用如上方法制造的高压灯，这种灯具有长寿命。

本发明的任务是通过下述技术措施实现的。采用一种密封胶将一根敞口的金属管直接烧结在陶瓷容器的开孔内，其中金属管的热膨胀系数小于容器的热膨胀系数。在敞开的管内***金属部分，可能的话，通过管的开口将填料装入陶瓷容器内并抽真空。将在管外端区域内遗留的金属部分和管间的空隙加以真空密封。

至少在一端上穿芯引线在密封胶区域内由敞口的管所包围，该管子与穿芯引线真空密封连接，其中管直接真空密封地烧结在密封用介质中。

本发明的方法可以用于灯和其它的电气仪器上，特别是放电灯管，本方法已消除了上面所讨论的现有技术的缺陷。陶瓷容器的密封是借助于敞口管子的附加部分分成多个分步骤实现的。该管子最好由钼或其合金制成，不过原则上管子的材料也可以由与钼具有类似特性的其他金属制成（低膨胀系数，良好的耐腐蚀性）（例如钨或铼），但是在实际上要实现还是耗费较大的，因此下面仅以钼管为例加以描述，不过并不表示本发明受此局限。

在第一步骤中将钼管直接烧结在陶瓷容器的开孔内，一种与容器相应成形的整的集成端适宜于作为密封材料。不过也常采用如开头所述的现有技术的分离的密封剂形式，即端塞形式。关于灯的结构，该端塞通常类似于陶瓷容器，是由半透明的陶瓷，特别是可采用Al₂O₃掺杂的掺杂物质制成。在这种情况下，陶瓷容器和端塞的膨胀系数非常接近（一般大约为6.5至9×10^-6K^-1）。端塞用材料也可包含多种成分，它主要由陶瓷制成，最多可含有40%的添料，这些添料用于减小膨胀系数，从而使膨胀系数位于陶瓷和金属部件的膨胀系数之间，例如像国际申请文献PCT/DE 92/00372中所述。

直接烧结的技术细节已详细地在欧洲专利EP-PA    92114227.9中予以记载。它的主要优点在于，在穿芯引线高负载区域内可以不使用通常不耐腐蚀的玻璃焊料或熔融陶瓷。

在第二步骤中，将一个金属匹配件***已烧结的敞口的钼管中，该金属匹配件如在放电灯和放电管中所用的一样，一般为一穿芯引线。这些金属匹配件与钼管的外部尺寸相匹配，也就是说，它可以制成管，也可制成杆，需要的话也可由多个部件共同组装而成。这种组成材料的热膨胀系数应明显低于容器的热膨胀系（直到60%，必要时更多）。这些材料最好能耐受金属卤化物和钠的腐蚀。可以考虑采用的材料主要为钼、钨和铼，它们的热膨胀系数大约为4-5×10^-6K^-1。

重要的是，金属匹配件的系数应大致与钼管的系数相一致，因为在第三步骤中密封剂经由开口完成密封，金属匹配件与钼管在钼管外部端（在放电灯和放电管的穿芯引线，亦即放电的远端）相连接，特别是焊接在一起。这样做的优点在于：这个外端易于操作，因此可以控制焊接过程，获得可靠的连接质量。假如将具有很大差别膨胀系数的材料相互连接，则具有高机械应力的接缝在经受热负荷情况下，这将导致密封处的过早开裂。

在一个穿芯引线的情况下，它应作为预先安装的电极***的一部分，其中应注意到，电极的直径必须小于钼管的内径。为可靠起见，电极***本身必须被真空密封起来，在第三个工艺步骤完成这一密封。从原理上存在两种可能性。实现最可靠密封的一种可能性是采用一根实心的杆作为穿芯引线，将电极按所需要的方式固定在实心杆的放电侧端部，尽管这样做使材料消耗大些。另一种可能性是采用管子作为穿芯引线，对于金属卤化物灯，在该管子的放电侧端部最好通过电极杆实现真空密封。作为折衷方案，这对于钠高压灯也是适宜的，即提供一种具有管形和杆形截面组合而成的穿芯引线。还可以考虑在一根管内***一根杆，该杆最好作为外侧电流引入用的相同于伸出外面的接触部分。

本发明的方法还提供了一种简化的可能性，可通过敞开的钼管口向陶瓷容器内装入填充物，这些填充物一般指惰性气体，特别是稀有气体（氩，氙）和/或汞，它们对于装入陶瓷容器的两个电极之间放电的引发及维持是必要的。此外通过钼管的天然开孔可以容易和可靠地装入添加剂，例如钠（带有汞的汞合金）或金属卤化物（绝大多数呈固态）。由于填充材料具有挥发性，其优越性在于，靠近钼管的外端能实现一劳永逸的封闭。这些物质在封闭的同时一般必须加以冷却，以便不从填充孔的开口漏泄出去。用于封闭所必要的能量能够局部地，非常快速地（与封焊相比较）供给并进一步远离填充材料，于是不再会出现填充物质过热的危险，因此省略了冷却工艺。

采用这种封闭技术的第一个前提条件是，可用于含极少汞的灯或无汞灯的陶瓷放电容器，在该容器内通过一个强过高稀有气体（氙）压强来维持点火电压。

特别是钼管的外径应保持在约1.3～2.0毫米，其内径应保持在约0.8～1.5毫米，其相应的壁厚约为0.1～0.3毫米。这套尺寸对于持续的直接烧结保证了必要的适应性并且为填充物质提供了足够大的填料口。这种灯的特殊优点在于，可以不必使用以往所有的焊剂（玻璃或金属）或熔融陶瓷。

下面将以多个实施例进一步说明本发明。其中：

图1以多个步骤示意说明按本发明方法封接一个放电容器的过程（图1a和1b）;

图2-5示出电极***的多个实施形式;

图6示出一种灯的实施例。

图1示出用于一种金属卤化物-放电灯的放电容器1（局部视图）。它由Al₂O₃-陶瓷制成。端部2由一个过渡陶瓷材料的端塞3（60%Al₂O₃和40%钨）所封闭，将一个钼管4直接烧结在端塞3内。这个中间鼓腹的放电容器1在圆筒形端部2区域内的外径约为5.75毫米。直接烧结（或熔接）在端部2内的端塞3的外径约为3.25毫米。而匹配地插在端塞内钼管4的外直径为1.65毫米。钼管靠放电容器一侧由端塞3封闭，而靠远离放电容器侧从端塞中凸出。

放电容器1内部经由钼管4的开口抽真空（前提条件是，第二个看不见的端部已被真空密封端封）。接着向放电容器内充入惰性点火气体（氩或氙）。进一步按适当组分含量的汞和金属卤化物（后者以丸的形式）经管4装入，必要时充入一些附加金属（以销钉形式）。放电容器的事先已封闭的端部（不可见的）由液氮加以冷却，而敞口端2朝向上方。

内径为1，3mm的钼管4中立刻装入一根预制好的电极***5（图1a）。它由一根直径约为1.2mm的钼杆（或钨杆）6制成，它的放电侧端部具有一个突出部7，在此突出部上焊有一个直径为0.5mm的电极芯棒8。这个芯棒8由钨制成。其上固装有一个螺旋线9，它的外直径不大于钼杆6。

在钼杆6与突出部7相对端上最好具有相应于钼管4的内径突出的止挡件（看不见），例如，采用三爪式，它们环绕杆6的周围均匀分布。该止挡件保证了电极应保持的距离，可以临时固定住所述钼杆。

最终进行对端部2的密封，在管4和杆6的最外端头上具有两部件间的环形缝隙，采用激光焊接密封该缝隙（见图1b）。即用Nd/YAG掺钕钇铝石榴石激光器（λ＝1.06μm）处理该环形间隙（必要时可进行多次）。在处理时，设定激光脉冲，从而实现完整的焊接。其余的电极***以尤其是放电容器不值得一提地被谨慎地加热处理，因此本发明的密封方法尤其适用于尺寸非常小的容器（例如功率为50W或更小的情况）和/或用于具有高填充气体压强（例如氙代替氩）的填充***。

一种变换了的电极***10示于图2中。它由一根用作穿芯引线的钼管11构成，其外直径为1.2mm，内直径为1.0mm。管11伸出钼管4放电端外边稍许。在这一端上固定有一根芯棒12，它的直径（0.5mm）明显地钼管11的内直径。为此目的将芯棒12的这个端部进行回熔，以便形成一个球13，球的直径与钼管11的内直径是相配合的。在这个实施例中，这样实现电极***10的密封，即将球体13与钼管11封焊。与第一个实施例类似，也是采用激光焊接（箭头）将穿芯引线11固定在其***的钼管4的外端头上。

在第三个实施例中，特别适用于钠高压灯的是其穿芯引线14是由两部分钼制部件15，16组合而构成，放电侧的部分15是一根管，在管的内壁上固定有一个芯棒17。远离放电端的另一部件16是一根圆棒，它与管部件15对头焊接。芯棒17装在略微偏离灯轴线的地方，以便留出一个开口，芯棒连接在作为汞齐贮存处的管部件15上，并与放电容器的内腔也相通。芯棒17的前端部件最好能沿灯轴旋转，以便易于将电极***10′装入钼管4中，并且使电极的放电侧端头准确地处于灯轴线上。

图4表示电极***18的另一个实施例。在穿芯引线11上（相应于图2）还装有一个钼杆形的接触部分19，以便易于安装外侧的引入端子。在封接穿芯套管11（箭头）和外侧钼管4时，这个接触部分19最好能与之一起焊接。电极***18实行额外的封接，以便延长电极的寿命。第一个密封过程正如图2中已显示的那样，将芯棒12的球珠端13固定在穿芯套管11上。

与图3所示实施例相类似的外侧接触部分可以这样实现，即一个棒式部件20从钼管4的端部延伸出来（图5）。

本发明并不局限于已列举的实施例。例如采用一根贯穿式杆形穿芯引线24的端部24a作为外部穿芯引线25的接触部分伸出钼管4以外（图6）。这里所讨论的放电容器一般是装在一个硬玻璃制的外壳21（图6）内。该外壳具有圆筒状外形。它的两个端部由陶瓷管座22封闭。一个这样构成的具有金属卤化物填充物的灯23尤其显示出优良的色彩再现（Ra＞90）。

Claims (16)

1、一种方法，用于实现一个陶瓷部件和一个金属匹配件之间的真空封接，其中所述陶瓷部件是一个容器，它具有一个开孔，所述金属匹配件具有一个与上述开孔形式相匹配的形状，并穿过这个开孔，所述陶瓷容器材料的热膨胀系数约在6.5和9×10^-6之间，而穿芯引线金属材料的热膨胀系数小于容器的热膨胀系数，其特征在于，该方法具有下述步骤：

a)采用密封媒介(3)将敞口的金属管(4)直接***陶瓷容器(1)中，该金属管的热膨胀系数小于容器的热膨胀系数；

b)在敞口的管(4)内装入金属匹配件(6)；

c)在管(4)的外端附近对存在于金属匹配件和管(4)之间的间隙进行真空密封。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述管由钼或其合金材料制成，所述金属匹配件由钼、钨、铼或它们的合金制成。

3、根据权利要求1的方法，其特征在于：密封媒介是一个端塞（3），它由陶瓷材料制成，它的膨胀系数接近陶瓷部件，或位于陶瓷部件和金属匹配件之间。

4、根据权利要求1的方法，其特征在于，采用焊接工艺实现所述真空封接。

5、根据权利要求1的方法，其特征在于，在方法步骤b）之前加入一个方法步骤：

抽真空，必要时通过管口（4）装入填充材料到陶瓷容器（1）中。

6、根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于：陶瓷容器是灯的放电容器（1），金属匹配件是一个穿芯电引线，它是预制电极***（5;10;10′;18）的一个部件，它至少包括一个电极，电极在穿芯引线（6;11;14;24）上是这样定位的，即该电极***自身实现真空密封封闭。

7、高压放电灯的放电容器，它是按照权利要求5或6的方法制造出来的。

8、高压放电灯（23）带有一个由透明陶瓷制成的放电容器（1），它包含一种发光填充物，放电容器（1）具有两个端部（2），这些端部由密封用媒介（3）实现封闭，通过这种媒体真空密封地贯穿一个穿芯电引线（24），用于将放电容器内部的电极（8，9）与一个外部电引线（25）相连接，其特征在于：至少在一个端部（2）上所述穿芯电引线（24）在密封媒介体（3）的区域内由一个敞口的管子（4）所包围，它与穿芯引线（24）真空密封地连接，其中管子（4）真空密封地直接烧结在该密封用媒体中。

9、根据权利要求7或8的灯或放电容器，其特征在于：管子（4）由钼或其合金制成。

10、根据权利要求7或8的灯或放电容器，其特征在于：所述密封用媒介体是一种陶瓷材料制成的端塞（3），它的膨胀系数处于陶瓷放电容器和穿芯引线的膨胀系数之间，或近似于陶瓷放电容器的膨胀系数值。

11、根据权利要求10的灯或放电容器，其特征在于，端塞是由陶瓷类多组分材料构成，其中主要成分为Al₂O₃，还包括一个或多个附加成分，这些附加成分比Al₂O₃的膨胀系数小，放电容器是由Al₂O₃构成。

12、根据权利要求7或8的灯或放电容器，其特征在于：穿芯引线是由具有很小热膨胀系数的高热稳定材料的管（11）或杆（6;24）制成，或是由上述两部分（14，15）组装而成。

13、根据权利要求12的灯或放电容器，其特征在于，穿芯引线采用钼或钨材料制成。

14、根据权利要求7或8的灯或放电容器，其特征在于：在穿芯引线远离放电侧的端部装有用于接外侧电引线（25）的辅助接触部分（19，24a）。

15、根据权利要求7或8的灯或放电容器，其特征在于：钼管（4）的外径约为1.3-2.0mm，其内径为0.5-1.5mm。

16、根据权利要求7或8的灯或放电容器，其特征在于：电极***（5;10;10′;18）至少包括穿芯引线和电极，它本身也用于实现真空密封。

Images