CN1204138A - 带陶瓷放电室的金属卤化物灯 - Google Patents

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Abstract

放电室具有两个端子(6),每个端子包括一个拉长形细管(12),内部部分(14)为一种由抗卤化物金属(钨)制成的针,其最大外径为0.4mm,而且被一种陶瓷材料制成的管状护筒(20、21)包住,这种陶瓷材料为一种同心的铝的氧化物管(护筒),其中,外面部分(13)采用玻璃焊剂(18)通长密封,而内部部分(14)在用玻璃焊剂(18)密封时,距离护筒(20,21)始端的长度至少要超过1mm。

Description

带陶瓷放电室的金属卤化物灯
本专利申请涉及以下专利申请：内部案卷标号97P5540，97P5541，97-1-001，93-1-430。
根据权利要求1的前序部分，本发明的出发点为一种带陶瓷放电室的金属卤化物灯。在此，尤其涉及到一种带放电室的灯，其工作温度相当高，数量级可达1000℃。
这种灯的决定性问题在于，用一种陶瓷填塞方法将引线持续密封于陶瓷放电室中。对此，已有许多建议的方法。通常，采用一种金属(钨或钼)管或针作为引线，我们焊接或烧结在陶瓷填塞中。
EP-A 587238中公布了一种带陶瓷放电室的金属卤化物灯，其中，引线由两部分构成，通过填塞的放电远端处的玻璃焊剂，该引线被密封于一个长形填塞细管中。引线外面部分由磁导材料制成(铌针)，内部部分为抗卤化物材料(例如由钨或钼制成的针)。根据附图2，引线内部部分可以是一种其它类型的抗卤化物金属涂层。还有一种可能性，针上可以缠绕一种螺旋部件(附图8)。但是，该文件讲述的方案只适用于不大于150W的小功率。原因在于，由于高功率及其高温交流负荷的存在，发热膨胀系数匹配得不好就经常会使陶瓷细管的器壁开裂。当钼针的外径加大时，这种开裂情况更会增多。作为范例，附图1给出了一种功率为70W的灯，其引线为一根外径为0．7mm的钼针。
EP-A639853中公布了一种带陶瓷放电室的金属卤化物灯，其中，电极内部本身就是一个长形填塞部件(附图4)，它由一个铝的氧化物制成的套筒包着。因此灯的点燃特性得到改善。电极柱柄处的外径为1．2mm。
本发明的目的为，根据权利要求1的前序部分，提供一种带陶瓷放电室的金属卤化物灯，其引线作如下设计，它不但适用于小功率级，而且特别适用于大功率级(典型地，150～400W)。
该目的通过权利要求1的特征可以实现。特殊地，优选实施方案位于附属权利要求之中。
正常情况下，功率级数愈高，填塞细管的外径与内径也便愈大。尽管如此，为避免密封区域开裂，因此另外发明了一种方法。
具体地，本发明涉及一种金属卤化物灯，其陶瓷放电室由铝的氧化物制成，放电室有两个由陶瓷填塞密封的端子，每个端子带有一个拉长的细管(下文称作填塞细管)，并且，还有一根导电的引线真空穿过该填塞细管，导电引线跟其内部针状部分和其外面部分形成的放电有关。引线在填塞时由外边的玻璃焊剂进行密封。带柱柄的电极固定在引线上，且伸入放电室内部。
引线的内部部分为一种抗卤化物金属针，其最大外径为0．4mm，且它由一种陶瓷或金属材料制成的管状护筒包住(下文称为护筒)。这种陶瓷护筒的材料含有铝。优选采用铝的氧化物(Al2O3)。但也可采用氮化铝(AlN)或氮氧化铝(AlON)，这是因为这些材料抗卤化物的性能比较好。作为金属材料，钨是非常适合的。具体地说，护筒也可由多个陶瓷和／或金属部分连接而成。
引线的外面部分在通过玻璃焊剂密封时，它要大于其位于填塞细管内的长度。此外，引线的内部部分有一段是通过玻璃焊剂同其外面部分连接起来的，这一段的长度至少要超过护筒一小段(约1～2mm)。结果表明，通过下述方法可以基本延长使用的寿命，即引线的内部部分采用上述细小的针，这样，不管该引线同含铝材料的发热特性匹配与否，它都能经受得住发热的交流负荷，而且陶瓷及玻璃焊剂不会发生开裂和裂缝。因此，外面部分中易腐蚀的铌可受到可靠保护。
灯的功率优选采用150～400W之间，但也可以使功率做得更小些。
在引线的内部部分上，其放电侧装设了一种停止装置，它是为护筒而设的，在进行熔接工艺时，该装置可阻止护筒向下移位。这可由内部部分形成一个弯曲来做成，或装设一个横向导电块，或采用一个焊瘤等等。在灯的功率较小且同时采用足够长电极针(大于3mm)的情况下，也可在电极柱柄的末端采用一个长形梯级作为停止装置。要避免护筒由于灼热的电极而造成过热现象，这是很重要的。
在各种情况下，护筒距离外面部分(铌针)的轴向间距应该尽可能小(典型地为0．1～0．5mm)。另外，出于上述原因，护筒距离电极柱柄至少为0．5mm，优选地，采取大于1mm。
在一种具体实施方案中，护筒至少是由两个轴向串联排列的部件组成。在护筒的外面部件与内部部件之间，有一个小间隙阻止玻璃焊剂流动。由此，护筒外面部件的内端便确定了玻璃焊剂在护筒外的熔接长度。继而，护筒内强大的毛细力可以将玻璃焊剂向前吸至电极附近。护筒带有两个轴向部件有一个十分突出的优点，就是护筒其外面部件也可以作为位于端子内的玻璃焊剂的屏障。因此，护筒的内部部件在高温工作时一直与玻璃焊剂保护隔开。
引线的外面部分优选地在放电侧带有一个停止工具，它是为内部部分而设的，具体可采用一个梯级，或一个横向槽，或一个盲孔等。在另一种实施方案中，引线的整个外面部分形成为一种管(具体地讲，由铌制成)。
在所有实施方案中，内部部分的外径基本上都比外面部分的外径小(大于50％)。
若照如下方法确定内部部分的外径尺寸，便可较好地实现延长使用寿命的目的，即通过内部部分的电流密度最大值为80A／mm2。由此，可以避免内部部分、尤其是护筒发生过热现象。
当灯的功率较大时，通过细管内的电极也将增大，细管的内径也就有必要加大。倘若护筒由一段或两段同心管组成，那么此处对隔离体的填充常常是有利的。护筒长度的数量级优选采取至少为引线内部部分长度的60％，优选地，采取80％～90％，这样，它的两端就可以保持自由的电气接触。在引线内部部分的前端区域，其隔离体优选采用一种紧邻的螺纹来实现，它由钨或钼制成。
本发明采用一种由两段组成的引线，它由一个外面部分(具体为由铌制成的针或管，但也可采用钽制成)及一个内部部分组成，外面部分通过玻璃焊剂掩蔽和密封起来，而内部部分则为抗卤化物材料，在其外端，只有一部分由玻璃焊剂进行掩蔽和熔接。该内部部分为一种极薄的钼质导线，或由高熔点钨制成。在钨的表面上可以附加一种铼作为合金或电镀。铼可以提高钨的耐高温性能及抗腐蚀性能。
内部部分有一面同外面部分(铌针)连接，另一面则与电极相连。该导线的上方延伸有一个护筒，它由一个或多个薄铝细管组成，细管的外部直径尽可能与外面部分的外径相等。这样，在填塞细管中可凝结填料组分的环状间隙里，可减少大量的隔离体。此外，结果显示，若环状间隙尽可能做得小的话，便可改善玻璃焊剂的熔接作用。另外还有一个优点，即护筒的外部直径只与填塞细管保持一个很小的间隙。该间隙宽约30μm。这处决于内部部分的选择尺寸(≤0．45mm)，还处决于护筒与填塞细管尤其要采用相同的材料(铝的氧化物)。因此，护筒的外部直径可作如下选择，它恰好同填塞细管的内部直径相匹配(小于μm级误差)，通过这种方式来减少隔离体。
可以实施单段填塞，也可以实施多段填塞。譬如，通过一种熟悉的方法，填塞细管可由一种环状填塞部件进行包封。
就象外面部分装入填塞细管的深度一样，如果背离了技术水平，最终将起不到作用。为了可靠进行密封，上述深度有必要做到不小于2mm。考虑到发热条件，装入的最大深度不超过填塞细管长度的50％。
外面部分在其位于填塞细管内的长度上由玻璃焊剂进行完全熔接，钨导线(及护筒)在其外端约有1～2mm的长度被熔接。重要的是，由于填料对铌的腐蚀作用，铌针便完全由玻璃焊剂掩蔽了起来。
内部部分的优点为，在使用相对厚点的铌针时(可到2mm)，只有一根较薄的钼导线或钨导线与之溶接。因此，由Mo和Al2O3发热膨胀系数不完全匹配所引起的电压大大减小，这是由于绝对膨胀微乎其微的缘故。同钨或钼相反，铌有一个显著的特点，就是与铝的氧化物发热膨胀匹配得很好。
作为导电材料，钨要优于钼，尤其在电极较短时更能体现出来(此内部部件短)。由于钼的熔点较低(相对于钨)，所以危险就比较大，即在焊接过后，焊合处及钼针会由于距离灼热的电极接近而形成过热现象。这将产生下述后果，焊接松动，或钼针发软并由于电极的重量而导致弯曲，于是，电极便接触到放电室器壁而形成局部过热。此外，钨的抗腐蚀性能较钼好。在很大程度上，结果惊人地显示出，在采用含溴的填充物时(溴在卤化物(溴，碘)中的摩尔含量至少为10％)，钨基本上比钼更为适合，原因是钼会同溴发生反应。可优选地采用一整块钨制的导电块，它不但承担引线内部部分的作用，而且还作电极柱柄使用。由此，可以去掉一种焊合连接。
结果表明，在铝的氧化物制成的陶瓷管中，钼或钨质导电线的外径达到约为0．4mm时容易被焊接。当外径较大时，膨胀的绝对值就比较大，会导致裂缝及不密封。
另外，厚度为0．4mm的导线其截面允许流经一个高约10A的起动电流。这与最大电流密度为80A／mm2是相符的。如果大于这些值，将产生严重的电阻过热。因此，本发明允许电灯功率不超过400W。
在一个具体优选实施方案中，内部部分的***由一个陶瓷的双重管组成。这在制造技术上比较有优点。此外，护筒的内部部件与外面部件也可很容易地采用其它不同材料(如带有不同掺杂的铝的氧化物等)。
下面，根据几个实施范例，本发明可得到较详尽的阐述。其中图解：
附图1为一种带陶瓷放电室的金属卤化物灯，
附图2为附图1所示灯的端子区域详图，
附图3为端子区域的另一种实施范例，
附图4为端子区域的又一种实施范例。
附图1采用图解的形式讲述了一种金属卤化物灯，其功率为150W。它由一个按灯轴定义的柱形石英玻璃外壳1组成，外壳1通过两面挤压(2)而***管座(3)。轴向布置的放电室4呈柱形或凸起形，由Al2O3陶瓷制成，且带有两个端子6。它通过两个电流引线7固定在外壳1上，电流引线7经过薄膜8同***部件3连接起来。电流引线7与引线9、10焊接在一起，在放电室的端子6上，引线9、10均被装配在末端填塞12之中。填塞部件实施为一个拉长的细管12(填塞细管)。放电室的端子6和填塞细管12直接烧结在一起。
引线9、10均由两部分组成。外面部分13在实施时为一种铌针，它在伸入细管12时，其伸入长度约占细管12长度四分之一以内。内部部分14位于细管12内且延伸至放电体。它将位于放电侧的电极16固定住，电极16由一个钨制电极柱柄15和一个推在放电端子上的螺纹17组成。引线的内部部分14与电极柱柄15焊接在一起，同时也与引线的外面部分13焊接起来。
放电室内的填充物由汞和金属卤化物辅助剂组成，附加有惰性可燃气体，如氩等。例如，也可以采用一种不带汞的金属卤化物作为填充，其中，可燃气体氙具有较高的气压。
附图2详细展示了放电室的端子区域。***作为引线9使用，它由一个作为外面部分13的铌针和一个作为内部部分14的簿形钨针(外径0．25mm)组成，外面部分13的外径为1．1mm，在内部部分14的上方，推入两个配合好的Al2O3细管20、21以作为护筒。外部细管21的外部直径为1．1mm，内部直径为0．62mm，而内部细管20的外部直径为0．58mm，内部直径为0．3mm。细管12的总长约为17mm，钨针14长约15mm，电极长约5mm，其柱柄15外径为0．5mm。
在铌针的放电侧，梯级22被抛光。钨针14通过电阻焊19固定在梯级22上。梯级有一定高度，使得它可以给钨针14提供足够的导板，这样，钨针便准确地位于中心位置。对此，整个***可以同轴地排成一行，而且能很好地导入由两个部件构成的护筒(细管20、21)之中，这是很重要的。
在放电侧，钨针以相同的方法焊接在电极柱柄15上，其中，根据上述相同的原理，电极柱柄15也带有一个梯级。
铌针13在填塞细管12内的安装深度约为3mm，且由玻璃焊剂18密封。护筒20、21在铌针附近结束(间距0．1～0．5mm)，由此玻璃焊剂可很容易浸湿这种间隙，并且，铌被完全覆盖，而内部部分的始端(1～2mm)也由琉璃焊剂掩蔽住。
在垂直熔接时，为阻止细管由于重力而向下移位，细管必须通过在一个地方装设一停止装置来阻住。在此，由钨针形成一个曲线弯曲23来实现。但是，钨针14的末端也可以弯成一种螺纹。优选地，采用一至二个绕匝就够了。
在一种实施范例中，附图2的灯功率为250W，铌针13的外径为1．3mm。钨针14的外径为0．35mm。内部细管20的外部直径为0．8mm，外部细管21的外部直径为1．2mm。钨针总长度为14．5mm，电极总长度为3．5mm，且外径为0．7mm。细管20、21距铌针和电极的间距均为0．5mm。填塞细管12的长度约为18mm。铌针在它里面的深度约为2．5mm。
附图3表示了另一种实施方案范例。在此，铌针13在放电侧带有一个盲孔24，钨针14装入其中并焊接上。这种排列确保了对中的准确性。这里的停止装置为一个导电块25，它位于钨针的放电端子附近，固定在钨针上，且与灯轴垂直。结果表明，由于热负荷经常可能导致铝的氧化物同填料组分发生反应，所以护筒没有与电极直接保持接触。由此，在一般情况下，建议细管至电极的最小间距至少要为0．5mm。此间距优选采取大于1mm。
该停止装置也可以是在钨制的针状引线上做一个平板或焊瘤，以及其它与之类似的东西。
在使用铌管作为外面部分时，又可产生一种使引线内部部分准确对中的可能性。铌管的内部直径作如下选择，即内部部分(钨针)在匹配时能够较好地装进铌管的内孔。
附图4展示了放电室端子区域的又一种实施方案范例，其功率为70W。在此，一个简单实施的护筒30(外部直径0．6mm)将外径为0．2mm的钨针31包住。护筒由三个部分组成，有两个是轴向串联排列的外面部件3a、30b，还有一个是内部螺纹部件34。最靠外的部件30b较短，作为玻璃焊剂18渗透的阻塞设备。
钨针31固定在电极柱33的梯级32上。在此，梯级32至少高为0．5mm，同时还作为护筒30其中间部件34a的停止装置。在护筒30其长形中间部件30a前的放电区域附近，隔离体由一个钼制的螺纹部件34来实现。
但是，这种技术只能用于小功率(100W以下)，原因是通至护筒的热流常常会变得过高。除此之外，采取长形的电极针是比较适合的(典型地，长为5mm)。
此外的外面部分为一个带孔29的铌管13’，内部部分钨针31伸进其前端并在此焊接。
在另一种与附图4相似的实施方案范例中，钨针延伸过铌管的整个长度，且在铌管的一个端子处焊接。该护筒为一种铝的氧化物套管，或者为一种掺杂有铼的钨质螺纹。

Claims (12)

1．带陶瓷放电室(4)的金属卤化物灯，陶瓷放电室(4)由铝的氧化物制成，其中，放电室带有两个由陶瓷填塞进行密封的端子(6)，每个端子都包含一种长形细管(12)一下文称为填塞细管，而且，导电引线(9、10)经过该填塞细管(12)而导入灯内，其外部由玻璃焊剂密封，该引线与由针形的内部部分(14)和外面部分(13)所组成的放电相联系，其中，带有柱柄(15)的电极(16)固定在引线上，电极(16)伸至放电室内部，其特征在于，内部部分(14)为一种抗卤化物金属制成的针，它的最大外径为0．4mm，并被一种管状护筒(20、21)一下文称为护筒一包住，护筒由含铝的金属或陶瓷材料制成，其中，在进行玻璃焊剂(18)密封时，引线的外面部分(13)至少要大于其位于填塞细管内的长度，引线的内部部分(14)有一段在与外面部分连接时，要大于一定的长度，该长度至少要超过护筒(20、21)一小段。
2．根据权利要求1的带陶瓷放电室金属卤化物灯，其特征在于，内部部分(14)由钨制成，也可以附加有铼，外面部分(13)由铌制成。
3．根据权利要求1的带陶瓷放电室金属卤化物灯，其特征在于，护筒(20，21；30)至少超过内部部分(14)长度的60％。
4．根据权利要求1的带陶瓷放电室金属卤化物灯，其特征在于，护筒由多个轴向部件组成。
5．根据权利要求1的带陶瓷放电室金属卤化物灯，其特征在于，在内部部分放电侧上装有一个为护筒(20，21；30)而设的停止装置(23，25)。
6．根据权利要求1的带陶瓷放电室金属卤化物灯，其特征在于，护筒(20，21；30)距电极柱柄的最小间距为0．5mm。
7．根据权利要求1的带陶瓷放电室金属卤化物灯，其特征在于，引线外面部分(13)为一种管(13’)，内部部分(14)固定在其孔(29)中。
8．根据权利要求1的带陶瓷放电室金属卤化物灯，其特征在于，引线外面部分(13)为一种针，它带有一种为内部部分(14)而设的放电面停止工具，具体为一个梯级(22)、一个槽或一个盲孔(24)。
9．根据权利要求1的带陶瓷放电室金属卤化物灯，其特征在于，内部部分(14)由钨制成，其中，在卤化物填料中，溴的摩尔百分含量大于10％。
10．根据权利要求1的带陶瓷放电室金属卤化物灯，其特征在于，内部部分(14)的外径小于外面部分(13)外径的50％。
11．根据权利要求1的带陶瓷放电室金属卤化物灯，其特征在于，确定内部部分(14)的外径时，使得通过内部部分的电流密度最大不超过80A／mm2。
12．根据权利要求1的带陶瓷放电室金属卤化物灯，其特征在于，护筒(20，21；30)由一个或两个同心管部件构成。
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