DE69312299T2

DE69312299T2 - Hochdruckentladungslampe mit keramischer Entladungsröhre, dafür geeigneter keramischer Körper und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE69312299T2
Application number: DE69312299T
Authority: DE
Inventors: Junishi Doi; Koichiro Maekawa; Rita Tiedt; Helmut Weske
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH; NGK Insulators Ltd
Current assignee: Osram GmbH; NGK Insulators Ltd
Priority date: 1993-12-10
Filing date: 1993-12-10
Publication date: 1998-01-15
Anticipated expiration: 2013-12-11
Also published as: ATE155452T1; CN1069442C; JPH0817396A; US5625256A; CN1110003A; EP0657399B1; DE69312299D1; HU215321B; EP0657399A1; HUT69828A; JP2780941B2

Description

Die Erfindung betrifft zur Herstellung von Entladungsgefäßen geeignete Sinterkörper sowie Verfahren zur Herstellung der Sinterkörper. Die Erfindung betrifft des weiteren Hochdruckentladungslampen mit einem derartigen keramischen Entladungsgefäß, insbesondere Hochdruck-Natriumlampen, wie auch Metall- Halogenid-Lampen.
In der deutschen Patentanmeldung 32 01 750 ist ein Verfahren zur Herstellung eines lichtdurchlässigen Sinterkörpers aus Aluminiumoxid beschrieben, dem Magnesiumoxid in einer Menge von 0,02 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% als Sinterhilfsmittel zur Steuerung des Körnchenwachstums zugegeben wurde. Hohe mechanische Festigkeit sowie hohe Transparenz lassen sich durch zusätzliche Zugabe von 0,005 Gew.-% bis 0,1 Gew.-% Zirkoniumoxid oder Hafnium(di)oxid oder Zeroxid erzielen.
In der deutschen Patentanmeldung 20 42 379 ist ein lichtdurchlässiger Sinterkörper aus Aluminiumoxid für Entladungsgefäße von Hochdruckentladungslampen sowie ein Verfahren zur Herstellung des Sinterkörpers beschrieben. Dieser ist mit 0,01 Gew.-% bis 0,1 Gew.-% MgO, 0,05 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% Y&sub2;O&sub3; und 0,05 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% La&sub2;O&sub3; dotiert. Zufriedenstellende Transparenz und hohe mechanische Festigkeit sind erwünscht, da der Sinterkörper im Betrieb der Hochdruckentladungslampe wechselnden thermischen Beanspruchungen ausgesetzt ist.
In der deutschen Patentanmeldung 31 08 677 ist ein Sinterkörper und ein Verfahren zu seiner Herstellung beschrieben. Der Sinterkörper umfaßt im wesentlichen Aluminiumoxid, das mit zwischen 0,03 Gew.-% und 0,15 Gew.-% MgO und zwischen 0,002 Gew.-% und 0,07 Gew.-% ZrO&sub2; und/oder 0,003 Gew.-% - 0,12 Gew.-% HfO&sub2; dotiert ist. MgO dient nicht nur zur Steuerung des Körnchenwachstums, sondern bietet auch einen höheren Grad an Transparenz und eliminiert die Restporosität der Keramik. Die zwei anderen Oxide verhindern ein Abscheiden der Spinell-Phase (einem Mischkristall aus Al&sub2;O&sub3; und MgO) und regeln darüber hinaus das Körnchenwachstum.
Diese Sinterkörper lassen sich besonders vorteilhaft bei Hochdruck-Natriumentladungslampen einsetzen (siehe europäische Patentanmeldungen 110 248 und 110 249).
Es wird ausdrücklich auf den Inhalt der voranstehend erwähnten Veröffentlichungen verwiesen.
In der U.S.-Patentschrift Nr. 4 797 238 ist eine mit einem Sinterhilfsmittel dotierte, transparente, polykristalline Aluminiumoxidkeramik beschrieben. MgO allein oder in Verbindung mit einem zweiten Material, das aus Y&sub2;O&sub3;, La&sub2;O&sub3;, ZrO&sub2;, HfO&sub2; und Yb&sub2;O&sub3; ausgewählt ist, wird als Sinterhilfsmittel eingesetzt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Belastungskapazität von Keramiksinterkörpern für Hochdruckentladungslampen sowie die Belastungskapazität der Lampen selbst zu verbessern. Als "Belastung" soll hierbei die Wandbelastung des Sinterkörpers während des Betriebs der Lampe und die damit korrelierende Temperatur an der Wand des als Entladungsgefäß verwendeten Sinterkörpers gemeint sein. Des weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung derartiger Sinterkörper bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1, 6 und 9 gelöst. Besonders bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen
Die Entwicklung der Technologie der Hochdruckentladungslampen mit einem keramischen Entladungsgefäß zielt darauf ab, die Lichtleistung und den Lichtstrom zu erhöhen sowie den Farbwiedergabeindex Ra zu verbessern. Eine höhere Temperatur der Wand des Entladungsgefässes muß zu diesem Zweck in Betracht gezogen werden. Üblicherweise erfolgt dies durch Erhöhung der Dimensionen des Entladungsgefässes, so daß eine thermische Überlastung des Keramikmaterials vermieden wird. In diesem Fall jedoch muß ein ausreichend hoher Natrium-Teildruck beibehalten werden. Dies wird durch Verwendung von Vorrichtungen wie beispielsweise Wärmeakkumulationslagen (siehe deutsches Gebrauchsmuster 89 07 848) erzielt.
Die vorliegende Erfindung verwendet einen vollkommen anderen Ansatz zur Verbesserung der Merkmale des Keramikmaterials, wodurch die Herstellung von Entladungsgefäßen mit kleineren Abmessungen und höheren Wandtemperaturen möglich wird. Zahlreiche Veröffentlichungen betreffen das Dotieren von keramischen Sinterkörpern zur Lampenherstellung; diese geben den Eindruck, daß sich auf diesem Gebiet kein Fortschritt mehr erzielen läßt und daß die Dotiersubstanzen und Mengen der Dotiermateralien sich linear miteinander verbinden lassen.
Überraschenderweise hat es sich jedoch herausgestellt, daß bei gemeinsamer Verwendung der drei Dotiersubstanzen MgO, ZrO&sub2; und Y&sub2;O&sub3; eine gegenseitige Wechselwirkung eintritt, die dem Keramikmaterial Eigenschaften verleiht, die deutlich über die Eigenschaften oder Merkmale hinausgehen, die als Ergebnis einer bloßen Zugabe dieser Dotiersubstanzen erwartet werden könnte. Die im Stand der Technik in Betracht gezogenen Dotiersubstanzen waren entweder MgO und ZrO&sub2; oder MgO, Y&sub2;O&sub3; und La&sub2;O&sub3;, und sie wurden in relativ großen Mengen verwendet. Überraschenderweise hat es sich herausgestellt, daß sich bei einer Dotierung mit MgO, La&sub2;O&sub3; und Y&sub2;O&sub3; unbefriedigende Ergebnisse ergeben. Die erhaltene Keramik ist einer ausschließlich mit MgO dotierten Keramik unterlegen.
Die vorliegende Erfindung verwendet gleichzeitig die drei Substanzen MgO, ZrO&sub2; und Y&sub2;0&sub3; zum Dotieren, in kleinen Mengen (in Gewichtsteilen)
- Magnesiumoxid (MgO) in einer Menge von 100-800 ppm, vorzugsweise 100-600 ppm, und insbesondere 150-280 ppm
- Zirkoniumoxid (ZrO&sub2;) in einer Menge von 200-1200 ppm, vorzugsweise 200-800 ppm, und insbesondere 300-600 ppm
- Yttriumoxid (Y&sub2;O&sub3;) in einer Menge von 10-300 ppm, vorzugsweise 10-150 ppm, und insbesondere 20-75 ppm.
In einer bevorzugten Ausführungsform sollen die relativen Anteile MgO:ZrO&sub2;:Y&sub2;O&sub3; wie folgt ausgewählt werden: das Verhältnis MgO:ZrO&sub2; sollte dieselbe Größenordnung haben, d.h. es kann vorzugsweise zwischen 3:1 und 1:3 variieren. Im Gegensatz dazu sollte der Anteil von Y&sub2;O&sub3; erheblich kleiner sein, d.h. zwischen 3 % und 20 % der Menge von ZrO&sub2; betragen. Diese Wahl der Anteile ist von besonderer Bedeutung.
Eine Dotierung mit Yttrium, wenn sie gleichzeitig mit der Dotierung mit Zirkonium erfolgt, spielt eine entscheidende Rolle bei der Vermeidung einer Diffusion von Natrium oder Aluminium in den äußeren Kolben und Schwärzung der Wand des äußeren Kolbens. Bei Erhöhung der Temperatur wird das monokline ZrO&sub2; bei 1200ºC tetragonal und bei 2200ºC kubisch, und die Dichte des Materials ändert sich. In einem relativ kühlen Zustand, beispielsweise im Betrieb der Lampe, bleiben einige Kristalliten des ZrO&sub2; in ihrer Hochtemperaturmodifikation. Dies ist wünschenswert; aufgrund ihrer höheren Dichte erzeugen sie eine stabilisierende kompressive Belastung in der umgebenden Al&sub2;O&sub3;- Matrix.
Diese Hochtemperaturmodifikationen werden jetzt durch die aquivalent abgestimmte Zugabe von Y&sub2;O&sub3; zusätzlich stabilisiert. Die Festigkeit der stabilisierten Keramik wird somit erhöht. Die Kompressionsbelastung verhindert die Bildung von Mikrorissen in der Keramik und verringert im wesentlichen die Diffusion des Natriums und Aluminiums durch das keramische Entladungsgefäß hindurch in den äußeren Kolben hinein. Die Lichtleistung bleibt über die Lebensdauer der Lampen hinweg konstant, da keine Schwärzung des äußeren Kolbens stattfindet. Es ist vorteilhaft, das Zirkoniumoxid und das Yttriumoxid dem Alurniniumoxidpulver als Verbindung zuzugeben, in der die zwei Materialien miteinander verbunden sind. Besonders bei kleinen Mengen von Yttriumoxid (10-50 ppm) ist es hochgradig wünschenswert, teilweise stabilisiertes Zirkonium(di)oxid (PSZ) zu verwenden, da ansonsten diese kleinen Mengen der Oxide nicht zusammenwirken könnten, da sie in der Aluminiumoxidmatrix zu fein verteilt wären. Das PSZ-Material als solches ist wohlbekannt, siehe beispielsweise J. Am. Ceram. Soc. 75, 1229- 1238, 1992. Bislang jedoch wurde niemals in Betracht gezogen, daß seine stabilisierende Eigenschaft auch in einer Aluminiumoxidmatrix wirkungsvoll sein könnte, wenn es nur als Dotiermittel in extrem kleinen Mengen verwendet wird. Für größere Mengen von Yttriumoxid (typischerweise 100 ppm oder mehr) kann ein Teil oder sogar die Gesamtmenge dieses Oxids getrennt vom Zirkoniumoxid zugegeben werden, da die Verbindung dieser zwei Komponenten leichter zu erreichen ist und/oder kleine Mengen nichtgebundenen Yttriumoxids hilfreich sein können. In der Tat hat sich erwiesen, daß in dem Keramikmaterial eine natürliche Tendenz für eine Verbindung der zwei Komponenten ZrO&sub2; und Y&sub2;O&sub3; (miteinander) besteht. Sie können unter Einfluß hoher Temperatur (was bei Betriebsbedingungen bereits der Fall ist) eine spezielle Phase erzeugen, die unter Raumtemperaturbedingungen einer tröpfchenartigen Struktur ähnelt, bei der der Anteil der zwei Komponenten ZrO&sub2;:Y&sub2;O&sub3; in einem Verhältnis von ca. 3:1 liegt.
Die Untergrenze für eine Dotierung mit MgO ist eine Menge von 100 ppm. Ist der Anteil von MgO kleiner, steigt das Körnchenwachstum des Sinterkörpers unproportional an, und beeinträchtigt die mechanische Festigkeit der Keramik negativ. Ist die Menge von MgO größer als 600 ppm, beginnt sich eine Sekundärphase zu entwickeln, die die Diffusion von Natrium in den äußeren Kolben hinein erleichtert. Somit beträgt die höchste annehmbare Menge an MgO 800 ppm. Relativ kleine Mengen an MgO, insbesondere im Bereich von 150-280 ppm, sind daher bevorzugt.
Die Zugabe von ZrO&sub2; verbessert die Widerstandsfähigkeit des Sinterkörpers gegen hohe Temperaturen und gegen Angriff durch agressive Komponenten der Füllung, insbesondere Natrium, dessen Wirkung besonders stark ist, wenn der Betriebsdruck der Lampe hoch ist. Wird eine Menge von weniger als 200 ppm ZrO&sub2; verwendet, ist die Wirkung noch nicht zufriedenstellend. Wird eine Menge von mehr als 800 ppm ZrO&sub2; verwendet, wird eine unerwünschte Nebenwirkung deutlich, d.h. eine Steigerung der Körnchengröße, die sich schlußendlich, d.h. wenn die Menge an ZrO&sub2; 1200 ppm übersteigt, negativ auf die mechanische Festigkeit und die Dichte des Sinterkörpers auswirkt. Besonders gute Ergebnisse werden durch gleichzeitige Verwendung von ca. 100- 500 ppm MgO und ca. 300-600 ppm ZrO&sub2; erhalten. Die weitere Zugabe von Y&sub2;O&sub3; in kleinen Mengen, die voranstehend erläutert ist, hat eine Anzahl anderer überraschender Konsequenzen. Sie ermöglicht die Verringerung sowohl des Anteils von MgO als auch desjenigen von ZrO&sub2;.
Bezüglich MgO ist dies sehr vorteilhaft zur Verhinderung einer Bildung der Sekundärphase. Diese Wirkung wird erst offensichtlich, wenn die Lampen kontinuierlich für mehr als 2000 Stunden in Betrieb waren. Bezüglich des ZrO&sub2; ist dies vorteilhaft für die mechanische Stabilität der Keramik. Es bewirkt vor allem eine erhebliche Steigerung der Transparenz und eine zusätzlich verbesserte Widerstandsfestigkeit gegenüber einer Diffusion von Komponenten der Füllung in den äußeren Kolben hinein.
Ist die verwendete Menge an Y&sub2;O&sub3; kleiner als ca. 10 ppm, läßt sich ein deutlich positiver Effekt nicht erkennen. Eine Zugabe einer Menge von mehr als 150 ppm von Y&sub2;O&sub3; beginnt das Körnchenwachstum auf unerwünschte und inhomogene Weise zu beschleunigen und wirkt sich nachteilig auf die optische Transparenz aus. Daher darf die Menge von Y&sub2;O&sub3; 300 ppm nicht übersteigen. Ein besonderes Merkmal der Zugabe von Y&sub2;O&sub3; besteht darin, daß die zugegebene Menge erheblich kleiner gehalten werden kann als die Mengen von MgO und ZrO&sub2;, die dadurch ersetzt werden.
Ein besonders bevorzugter Anteil von Dotiermaterialien ist 150-280 ppm MgO, 300-600 ppm ZrO&sub2; und 20-75 ppm Y&sub2;O&sub3;.
Die aus dem Stand der Technik bekannte Technik der Zugabe von Y&sub2;O&sub3; hat sich schlußendlich als nachteilig für die Lampenherstellung erwiesen, da sie nicht spezifisch mit einer gleichzeitigen Zugabe von ZrO&sub2; verknüpft war. Unter derartigen bekannten gewöhnlichen Bedingungen bewirkt sie jedoch unregelmäßige Schwankungen in der Lichtübertragung und der mechanischen Festigkeit. Glücklicherweise sind die gewünschten Mengen von Dotiermaterial sehr klein und Fluktuationen spielen keine Rolle.
Bei der Lampenherstellung hat sich die hohe Widerstandsfestigkeit des Keramikmaterials gegenüber der Diffusion von Natrium und Aluminium als besonders vorteilhaft erwiesen. Die Wandtemperatur kann nun um ca. 15 % höher als die bislang verwendeten 1100ºC bis 1200ºC gewählt werden und sogar Werte von bis zu 1350ºC erreichen.
Die Wandbelastung des Entladungsgefässes kann um bis zu 60 % höher als im Stand der Technik gewählt werden; ein typischer Wert ist 25 W/cm².
Typische Entladungsgefäße haben eine rohrförmige Konfiguration. Insbesondere sind sie zylindrische oder zylindrisch ausgewölbte Rohrkolben, die auch gebogen (kurvig) oder winklig (beispielsweise U-förmig) sein können. Der Innendurchmesser derartiger Kolben läßt sich entsprechend um 10-15 % verringern, wodurch Keramikmaterial und Füllungsmaterial eingespart werden können und die Dimensionen der Lampe verringert werden können.
Die Erfindung wird nunmehr ausführlich anhand mehrerer Ausführungsformen beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine Hochdruck-Natriumentladungslampe gemäß der Erfindung;
Fig. 2 Vergleichsmessungen der Wahrung der Lichtleistung (Fig. 2a), des Lichtstroms (Fig. 2b) und der Betriebsspannung (Fig. 2c) von Hochdruck-Natriumentladungslampen mit einem keramischen Entladungsgefäß;
Fig. 3 Vergleichsmessungen der Farbwiedergabe (Fig. 3a) und der Lichtleistung (Fig. 3b) von Hochdruck-Natriumentladungslampen mit 400 W Nennleistung nach 100 Betriebsstunden in Abhängigkeit von der Betriebsspannung; und
Fig. 4 Vergleichsmessungen der Wahrung der Lichtleistung und des Lichtstroms von Hochdruck-Natriumentladungslampen mit 70 W Nennleistung.
Fig. 1 zeigt schematisch eine typische Hochdruck-Natriumentladungslampe, die mit Nennleistungen im Bereich von ca. 35 W bis 1000 W verwendet wird. Sie hat einen äußeren Kolben 1 aus Hartglas, der zylindrisch sein kann, wie dargestellt, oder ellipsenförmig, und der mit einem Schraubsockel 2 versehen ist. Zwei Stromversorgungsdrähte 4, 5 sind in einem Schaft 3 dicht eingeschmolzen und tragen axial ein rohrförmiges zylindrisches, keramisches Entladungsgefäß 6 im Zentrum des äußeren Kolbens. Der kürzere 4 der Stromversorgungsdrähte verbindet eine erste Elektrode (die in der Zeichnung nicht sichtbar ist) am Ende 7 des Entladungsgefässes in der Nähe des Sockels mit einem Sockelkontakt. Der längere 5 der Stromversorgungsdrähte ist am Entladungsgefäß 6 entlang zum vom Sockel entfernt liegenden Ende 8 des Entladungsgefässes 6 geführt und verbindet eine zweite Elektrode an dem vom Sockel entfernten Ende 8 mit einem zweiten Sockelkontakt. Das Entladungsgefäß 6 besteht aus einer polykristallinen Aluminiumoxidkeramik, die mit 100-600 ppm MgO, 200-800 ppm ZrO&sub2; und 10-150 ppm Y&sub2;O&sub3; dotiert ist. Die Enden 7, 8 des Entladungsgefäßes sind beispielsweise durch Keramikstöpsel 9 verschlossen, die im wesentlichen aus Aluminiumoxid hergestellt sind, durch die eine hermetisch abgedichtete Niobium-Durchführung 10 in das Innere des Entladungsgefäßes zu den Elektroden hin verläuft. Die Füllung enthält ein inertes Grundgas (beispielsweise Xenon oder eine Mischung aus Argon oder Neon) und Natrium, welches häufig in Form eines Natriumamalgams eingeführt wird, aber auch in anderen Formen im Entladungsgefäß vorhanden sein kann. Die Lampen sind in den erwähnten Veröffentlichungen (siehe auch U.S. -Patentschrift Nr. 5,192,239, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird) ausführlicher beschrieben.
In Fig. 2 sind die Merkmale mehrerer Hochdruck-Natriumentladungslampen mit 250 W Nennleistung und keramischen Entladungsgefäßen dargestellt, wobei die Aluminiumoxidkeramik mit folgendem dotiert wurde:
a) 500 ppm MgO und 300 ppm ZrO&sub2;
b) 500 ppm MgO und 500 ppm ZrO&sub2;
c) 500 ppm MgO und 1000 ppm ZrO&sub2;
d) 500 ppm MgO und 400 ppm ZrO&sub2; und 50 ppm 2 3
Das Entladungsgefäß hat einen Innendurchmesser von 4,8 mm (anstelle von 6,7 mm, wie im Stand der Technik), eine Wandstärke von 0,7 mm (anstelle von 0,75 mm, wie im Stand der Technik) und eine Gesamtlänge von 86 mm (anstelle von 94 mm, wie im Stand der Technik). Es wurde festgestellt, daß die Betriebsspannung (Fig. 2c) als Funktion der Betriebszeit (für bis zu 9000 Stunden gezeigt) durch die Zugabe von 50 ppm Y&sub2;O&sub3; (Material d)) äußerst positiv beeinflußt wird. Der Wert der Betriebsspannung bei der 9000-Stunden-Markierung ist ca. 10 % kleiner als der Wert der Betriebsspannung der Keramikwerkstoffe, die nicht mit Y&sub2;O&sub3; dotiert wurden. Die Lichtleistung (Fig. 2a) zeigt einen ähnlich positiven Einfluß. Nach 9000 Stunden beträgt der Abfall der Lichtleistung einer mit Material d), d.h. mit 50 ppm Y&sub2;O&sub3;, dotierten Keramik nur ca. 9 % bezüglich der 15-Stunden-Markierung. Eine mit MgO und ZrO&sub2;, nicht aber mit Y&sub2;O&sub3; dotierte Keramik (Material a) oder b)) hat einen Abfall der Lichtleistung von ca. 15 %. Dies trifft ähnlich auf den Abfall des Lichtstroms (Fig. 2b) zu. Dieses vorteilhafte Verhalten von Material d) hält für eine Betriebszeit von mehr als 12000 Stunden an. Die in Fig. 2 diskutierten drei Merkmale von Material d) nach 12000 Stunden sind denjenigen aller dreier Materialien a)-c) nach 9000 Stunden überlegen.
Fig. 3 zeigt die Daten einer Lampe mit einer Nennleistung von 400 W. Sie umfaßt eine Füllung für eine verbesserte Lichtfarbe (De Luxe) mit 200 mbar Xenon (Fülldruck) und 30 mg Natriumamalgam mit einem Natriumanteil von 24,5 Gew.-%. Lampen dieser Art aus dem Stand der Technik benötigen eine Wärmeakkumulationsvorrichtung, um einen ausreichend hohen Dampfdruck in einem zylindrischen Entladungsgefäß mit folgenden Abmessungen sicherzustellen: Innendurchmesser 10,9 mm, Wandstärke 0,75 mm, Länge 102,0 mm. Das Entladungsgefäß besteht aus mit 750 ppm MgO dotiertem polykristallinen Aluminiumoxid. Die Betriebsspannung ist 105 V, der Lichtstrom 38,5 klm, und der Farbwiedergabeindex 570
Die erfindungsgemäße Lampe verwendet ein mit 400 ppm ZrO&sub2;, 200 ppm MgO und 20 ppm Y&sub2;O&sub3; dotiertes Entladungsgefäß. Die Dimensionen des zylindrischen Entladungsgefäßes, das ohne Wärmeakkumulationsvorrichtung auskommt, sind wie folgt: Innendurchmesser 8,0 mm, Wandstärke 0,75 mm, Länge 80,0 mm. Dies ermöglicht eine Steigerung des Lichtstroms auf 40,0 klm und des Farbwiedergabeindexes auf 60.
In Fig. 3 ist der 100-Stunden-Wert des Farbwiedergabeindexes (Fig. 3a) und der Lichtleistung (Fig. 3b) in Abhängigkeit von geringen Schwankungen der Betriebsspannung um den theoretischen Wert von 105 V herum dargestellt. Die kreuzförmigen Meßpunkte entsprechen hierbei der Standardversion, die kreisförmigen Meßpunkte entsprechen der yttriumhaltigen verbesserten Version mit verringerten Dimensionen. Bezüglich der Lichtleistung sind Werte auch für die yttriumhaltige verbesserte Version angegeben, ohne jedoch die verringerten Dimensionen des Entladungsgefässes (x-förmige Meßpunkte). Der Farbwiedergabeindex steigert sich um ca. 10 % (bei einer Betriebsspannung von 100 V liegt die Steigerung bei 7 %, von 54 auf 58; bei einer Betriebsspannung von 105 V ist die Steigerung 12 %, von 57 auf 64). Bei einer Betriebsspannung von 105 V kann dann eine Lichtleistung von 105 lm/W erzielt werden, eine Verbesserung von 8 % gegenüber der Standardversion mit einer Lichtleistung von ca. 97 lm/W.
Fig. 4 zeigt Messungen bezüglich einer 70 W Lampe mit einem Xenonfüllungsdruck von 30 mbar und einer Füllung von 30 mg Natriumamalgam (mit einem Natriumanteil von 18,4 Gew.-%). Eine Lampe mit einem keramischen Entladungsgefäß mit bekannter Dotierung (Al&sub2;O&sub3; mit 750 ppm MgO) zeigt einen erheblichen Abfall der Lichtleistung (in Lumen/Watt) und des Lichtstroms (in Kiblumen) über deren Lebensdauer hinweg (Linie 1). Nach ca. 9000 Stunden sind die Lichtleistung und der Lichtstrom auf ca. 2/3 ihrer ursprünglichen Werte abgefallen. Bei Verwendung der yttriumhaltigen Keramik (400 ppm ZrO&sub2;, 200 ppm MgO, 20 ppm Y&sub2;O&sub3;) (Linie 2) bleiben die ursprungswerte für die zwei gemessenen Merkmale praktisch unverändert. Um den Vergleich zu erleichtern, wurden alle Messungen bei Keramikröhren mit einem Innendurchmesser von 3,3 mm durchgeführt. Im Stand der Technik jedoch betrugen die Innendurchmesser 3,7 mm, d.h. die Wandbelastung ist jetzt 26 % höher.
Die Herstellung des Sinterkörpers der Erfindung kann auf eine von mehreren Arten erfolgen, die vorwiegend in den erwähnten Veröffentlichungen beschrieben sind. Das Ausgangsmaterial ist eine im wesentlichen homogene Dispersion aus Aluminiumoxid, der 100-800 ppm MgO (oder eine äquivalente Menge einer Vorstufe davon, beispielsweise dem Nitrat von Magnesium), 200-1200 ppm ZrO&sub2; (oder eine äquivalente Menge einer Vorstufe davon) und 10-300 ppm Y&sub2;O&sub3; (oder eine äquivalente Menge einer Vorstufe davon) beigemischt sind. Vorzugsweise werden Yttriumoxid und Zirkoniumoxid als PSZ-Material zugegeben. Das Aluminiumoxid sollte im wesentlichen in der Alphaphase vorhanden sein. Die Dispersion wird dann zu einem Grünkörper geformt, der vorgesintert wird und schließlich in einer Wasserstoffatmosphäre oder noch bevorzugter in einem Vakuum bei einer Temperatur von über 1700ºC gesintert wird.
Während der Herstellung des Sinterkörpers kann sich die ursprünglich hinzugefügte Menge an MgO infolge der zur Bearbeitung des Material erforderlichen und bei Betrieb der Lampe vorherrschenden hohen Temperaturen leicht verringern. Diese Verringerung kann in einer Größenordnung von bis zu 10 % liegen. In einem Sonderfall beispielsweise führte die ursprüngliche Dotiermenge von 500 ppm Mga im Al&sub2;O&sub3;-Pulver schließlich zu einer dazu äquivalenten Menge von MgO im Entladungsgefäß der fertigen Lampe von 455 ppm MgO. In einigen Fällen jedoch können die Mengen des Dotiermaterials konstant gehalten werden.
Die Stöpsel können aus demselben oder einem ähnlichen Material gebildet sein wie das Entladungsgefäß.
Eine weitere Ausführungsform ist eine Metall-Halogenid-Lampe mit einem keramischen Entladungsgefäß aus Aluminiumoxid, das - wie voranstehend erwähnt - mit MgO, ZrO&sub2; und Y&sub2;O&sub3; dotiert ist. Die Füllung umfaßt Argon als Grundgas und Quecksilber als verdampfbares Gas sowie ferner kleine Mengen von Metall-Halogeniden, insbesondere einschließlich Natrium-Halogeniden, vorzugsweise Natriumjodid.

Claims

1. Optisch transparenter, polykristalliner Sinterkörper, geeignet zur Herstellung eines Entladungsgefässes für Lampen, welcher mit Magnesium- und Zirkoniumoxiden dotiertes Aluminiumoxid umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterkörper aus Aluminiumoxid gebildet ist, welches als Dotiermaterial folgende Komponenten (in Gew.-ppm) enthält:

MgO 100 - 800 ppm,

ZrO&sub2; 200 - 1200 ppm,

Y&sub2;O&sub3; 10 - 300 ppm.

2. Sinterkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dotiermaterial 150-280 ppm MgO aufweist.

3. Sinterkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dotiermaterial 300-600 ppm ZrO&sub2; aufweist.

4. Sinterkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dotiermaterial 20-75 ppm Y&sub2;O&sub3; aufweist.

5. Sinterkörper nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis ZrO&sub2;:Y&sub2;O&sub3; ca. 5:1 bis 20:1 beträgt.

6. Hochdruckentladungslampe mit einem keramischen Entladungsgefäß (6) mit Elektroden in der Nähe der Enden (7, 8) des Entladungsgefässes und einer Füllung, die wenigstens ein verdampfbares Metall und ein inertes Grundgas umfaßt, wobei das Entladungsgefäß ein Sinterkörper aus optisch transparentem, polykristallinen Aluminiumoxid-Keramikmaterial ist, welches mit Magnesium-, Zirkonium- und Yttriumoxiden gemäß einem der voranstehenden Ansprüche dotiert ist.

7. Lampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (6) von einem transparenten äußeren Kolben (1) umgeben ist.

8. Lampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß als Grundgas wenigstens ein Edelgas und als verdampfbares Metall wenigstens Natrium und/oder Quecksilber umfaßt .

9. Verfahren zur Herstellung des optisch transparenten, polykristallinen Sinterkörpers nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine homogene Dispersion gebildet wird, indem folgende Zusätze einem Aluminiumoxidpulver beigemischt werden:

a) MgO in einer Menge von 100-800 Gew.-ppm oder einer Vorstufe davon in einer äquivalenten Menge;

b) ZrO&sub2; in einer Menge von 200-1200 Gew.-ppm oder einer Vorstufe davon in einer äquivalenten Menge;

c) Y&sub2;O&sub3; in einer Menge von 10-300 Gew.-ppm oder einer Vorstufe davon in einer äquivalenten Menge;

- Bilden eines Grünkörpers aus dieser Dispersion und Vorsintern dieses Grünkörpers; und

- endgültiges Sintern des Grünkörpers in einer Wasserstoff- und/oder Vakuumatmosphäre bei einer Temperatur von über 1700ºC.

Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Yttriumoxid und das Zirkoniumoxid als Verbindung zugegeben werden, insbesondere als teilweise stabilisiertes Zirkondioxid (PSZ).