DE69923902T2

DE69923902T2 - Keramische Lampe

Info

Publication number: DE69923902T2
Application number: DE69923902T
Authority: DE
Inventors: Shouji Takasago-shi Miyanaga; Mitsuru Ikeuchi; Kazuyuki Himeji-shi Mori; Yukiharu Himeji-shi TAGAWA
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 1998-09-18
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2019-09-18
Also published as: US6313582B1; EP0987736A1; JP3397145B2; DE69923902D1; EP0987736B1; JP2000100387A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Lampe aus Keramik, welche ein Lampengefäß aus lichtdurchlässiger Keramik besitzt und in welcher ein hermetisch abschließender Körpers aus elektrisch leitender Metallkeramik verwendet wird, um Strom in das Lampengefäß zu leiten, wobei der abschließende Körper durch ein Abdichtmaterial bezüglich der abschließenden Teile des Lampengefäßes hermetisch abgeschlossen ist.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Bei einer Lampe aus Keramik, bei welcher das Lampengefäß aus lichtdurchlässiger Keramik besteht, als hermetisch abschließender Körper elektrisch leitende Metallkeramik verwendet und auf diese Weise ins Lampengefäß Strom eingeleitet wird und bei welcher das Lampengefäß bezüglich des abschließenden Körpers durch Gebrauch eines Abdichtmaterials hermetisch abgeschlossen ist, werden herkömmlicher Weise verschiedene Abdichtverfahren durchgeführt.
In 11 wird beispielsweise eine Anordnung gezeigt, bei welcher ein hermetisch abzuschließendes Röhrenteil 3 an den beiden gegenüberliegenden Enden eines Leuchtröhrenteil 2 angeschlossen ist und der Randbereich von hermetisch abschließenden Körpern 4 aus elektrisch leitender Metallkeramik bezüglich der Innenwand des Röhrenteils 3 des Lampengefäßes 1 mittels eines Abdichtmaterials 5 abgedichtet ist und somit hermetisch abschließende Teile 7 gebildet werden. Eine derartige Lampe wird beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift HEI 8-264155 beschrieben.
Ferner ist ein Verfahren bekannt, bei welchem bei einem der hermetisch abschließenden Enden einer Lampe mit beidseitigen hermetischen Abschlüssen (vom double-end-Typ) ein hermetisch abschließender Körper aus elektrisch leitender Metallkeramik und ein hermetisch abzuschließender Röhrenteil des Lampengefäßes miteinander einteilig gesintert werden und bei welchem bei dem anderen hermetisch abschließenden Ende bei Evakuieren der Lampe mit einem Abdichtmaterial abgedichtet wird.
Außerdem ist ein Verfahren bekannt, bei welchem dünne Rohre aus Molybdän durch die hermetisch abschließenden Körper aus elektrisch leitender Metallkeramik gesteckt, eingebettet und mit dem Lampengefäß einteilig gesintert werden und bei welchem durch die Rohre aus Molybdän evakuiert wird.
Wenn jedoch die hermetisch abschließenden Körper aus elektrisch leitender Metallkeramik mit einem Abdichtmaterial in einer hermetisch abzuschließenden Röhre eingeschlossen werden, gibt es Unterschiede in den linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den jeweiligen Bauteilen der hermetisch abschließenden Teile, das heißt, zwischen der hermetisch abzuschließenden Röhre, dem hermetisch abschließenden Körper, dem Abdichtmaterial und dem elektrisch leitenden Versorgungsbauteil, wie dem Elektrodenträger und dergleichen. Es gibt deshalb Fälle, in welchen in diesen hermetisch abschließenden Teilen Risse entstehen oder infolge dieser Risse Leckage auftritt. In den hermetisch abschließenden Teilen einer herkömmlichen Lampe aus Keramik, bei welcher man die herkömmlicher Weise vorhandene elektrisch leitende Metallkeramik als hermetisch abschließenden Körper verwendet, konnte man bis jetzt keine ausreichende Zuverlässigkeit erreichen.
US 4602956 A offenbart abschließende Körper für eine Metall-Halogen-Lichtbogen-Entladungslampe, in welcher die Dichtungskörper aus einem Metallkeramik-Gemisch einen inneren Kern besitzen, der ein schwer schmelzendes Metall in einer solchen Menge enthält, dass es ausreichend elektrisch leitend ist, um den Arbeitsstrom für eine Entladungsröhren-Elektrode zu liefern, und die wenigstens eine Außenschicht besitzen, die ausreichend Aluminium enthält, um einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu bieten, der mit dem der Entladungsröhrenwand aus polykristallinem Aluminium kompatibel ist. Feinere Abstufungen können durch Erhöhen der Anzahl der Lagen, die den Kern umgeben, und durch das stufenweise Erhöhen eines oder mehrerer Bestandteile zu Lasten der übrigen Bestandteile von Lage zu Lage erreicht werden. Wo die Abstufungen ausreichend fein sind und das Sintern ausreichend lange durchgeführt wurde, um eine ausreichende Diffusion der Bestandteile zwischen den Lagen zu erhalten, ist es möglich, eine kontinuierliche Abstufung der Mischung und der Eigenschaften von der Mitte zur Außenwand zu erreichen.
ZUSAMMENFASSUNG ER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt entsprechend als erste die Aufgabe zugrunde, eine Lampe aus Keramik bereitzustellen, bei welcher die hermetisch abschließenden Körper aus elektrisch leitender Metallkeramik in dem hermetisch abzuschließenden Röhrenteil des Lampengefäßes auf eine Weise mit einem Abdichtmaterial abgedichtet werden, welche die Unterschiede der linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Bauteilen der Lampe verringert und zugleich sicherzustellen, dass die Anordnung und Materialkomponenten der hermetisch abschließenden Teile eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen und dicht sind.
Bei einer Entladungslampe aus lichtdurchlässiger Keramik, welche ein Lampengefäß aufweist, welches einen Leuchtröhrenteil und einen hermetisch abzuschließenden Röhrenteil aufweist, der mit dem Leuchtröhrenteil verbunden ist, bei welcher ferner im Leuchtröhrenteil elektrisch leitende Versorgungsbauteile angeordnet sind und bei welcher durch Dichtschweißen hermetisch abschließender Körper aus elektrisch leitender Metallkeramik an den hermetisch abzuschließenden Röhrenteil mit einem Abdichtmaterial eine hermetisch abschließende Anordnung erhalten wird, wobei Basisteile der vorstehend beschriebenen, elektrisch leitenden Versorgungsbauteile in die hermetisch abschließenden Körper aus elektrisch leitender Metallkeramik eingelegt sind, wird die angegebene erfindungsgemäße Aufgabe dadurch gelöst, dass im Bereich der Oberflächenschichten des jeweiligen hermetisch abschließenden Körpers eine Zwischenschicht gebildet ist, wobei in der Zwischenschicht Bestandteile der elektrisch leitenden Metallkeramik der hermetisch abschließenden Körper mit Bestandteilen des Abdichtmaterials miteinander vermischt sind.
Unter dem Begriff "elektrisch leitender Versorgungsbauteil" versteht man bei einer Entladungslampe die Elektroden und die Elektrodenträger und bei einer Glühlampe, wie einer Halogenlampe oder dergleichen, Leuchtfäden und Innenanschlussstifte.
Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß bei einer Lampe aus Keramik dadurch gelöst, dass die elektrisch leitende Metallkeramik Bestandteile enthält, welche bei einer Temperatur schmelzen, bei welcher das Abdichtmaterial schmilzt, und dass die hermetisch abschließenden Körper mit dem hermetisch abzuschließenden Röhrenteil verschweißt werden.
Die Aufgabe wird außerdem erfindungsgemäß bei einer Lampe aus Keramik dadurch ge löst, dass die genannte Zwischenschicht aus einem Bereich mit einem relativ kleinen Konzentrationsgradienten, welcher durch eine Diffusion der Bestandteile des Abdichtmaterials in die Zwischenschicht entsteht, und aus einem Bereich mit einem steilen Konzentrationsgradienten hiervon besteht.
Die Aufgabe wird darüber hinaus erfindungsgemäß dadurch vorteilhaft gelöst, dass die Zwischenschicht ein Bereich mit einer Dicke von mindestens 20 μm (Mikrometer) ist, in welchem die Konzentration der Bestandteile des Abdichtmaterials mindestens die Hälfte der Konzentration im reinen Abdichtmaterial beträgt.
Hierbei soll unter dem Begriff "Bereich der Zwischenschicht mit einer Dicke ..." vor allem der Bereich verstanden werden, in welchem die Oberflächenschichten der elektrisch leitenden Metallkeramik zum Schmelzen gebracht werden und dadurch Bestandteile des Abdichtmaterials in größerer Menge in das geschmolzene Material eindiffundieren können. Diese Dicke stellt ferner den Abstand von einer Position der Metallkeramik-Oberfläche vor dem Dichtschweißen nach innen dar, bis zu der Position, wo die Konzentration der in der Zwischenschicht verteilten Bestandteile, welche im Abdichtmaterial enthalten sind, jedoch nicht in der elektrisch leitenden Metallkeramik enthalten sind, 1/2 der Anfangs-Konzentration dieser Bestandteile im Abdichtmaterial erreicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere dadurch vorteilhaft gelöst, dass das Abdichtmaterial und die elektrisch leitende Metallkeramik denselben Bestandteil enthalten, speziell Siliciumdioxid.
Die Aufgabe wird darüber hinaus erfindungsgemäß bei einer Lampe aus Keramik dadurch vorteilhaft gelöst, dass das Abdichtmaterial zumindest den Spalt zwischen den Innenstirnseiten des hermetisch abschließenden Körpers und den angrenzenden Außenstirnseiten der hermetisch abzuschließenden Röhre des Lampengefäßes ausfüllt.
Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß bei einer Lampe aus Keramik dadurch vorteilhaft gelöst, dass die Oberfläche der elektrisch leitenden Metallkeramik, welche in der Lampe nach außen weist, zumindest teilweise mit dem Abdichtmaterial bedeckt ist.
Die Aufgabe wird ferner bei einer Lampe aus Keramik erfindungsgemäß dadurch vorteilhaft gelöst, dass die folgenden Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind: |α1 – α2| ≤ 1 × 10–6 (1/K) |α2 – α3| ≤ 1 × 10–6 (1/K) |α3 – α1| ≤ 1 × 10–6 (1/K)worin α₁, α₂ und α₃ die durchschnittlichen linearen Ausdehnungskoeffizienten der Keramik des Lampengefäßes, der elektrisch leitenden Metallkeramik der hermetisch abschließenden Körper und des Abdichtmaterials bei 25°C bis 350°C bezeichnen.
Die Aufgabe wird darüber hinaus erfindungsgemäß dadurch vorteilhaft gelöst, dass die Löcher der hermetisch abschließenden Körper aus elektrisch leitender Metallkeramik, in welche die Basisteile der elektrisch leitenden Versorgungsbauteile eingelegt sind, jeweils eine erweitere Eingangsöffnung aufweisen.
Die Aufgabe wird außerdem erfindungsgemäß bei einer Lampe aus Keramik dadurch vorteilhaft gelöst, dass die Bedingung |y – u| × d ≤ 1,2 × 10^–9 (m/K) erfüllt ist, wobei d (m) der Durchmesser der elektrisch leitenden Versorgungsbauteile ist, welche in die hermetisch abschließenden Körpern aus elektrisch leitender Metallkeramik eingelegt sind, und y und u (1/K) die durchschnittlichen linearen Ausdehnungskoeffizienten der elektrisch leitenden Metallkeramik und des Materials für das elektrisch leitende Versorgungsbauteil bei 25°C bis 350°C sind.
Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß bei einer Lampe aus Keramik dadurch vorteilhaft gelöst, dass die Stirnseiten der hermetisch abschließenden Körper aus elektrisch leitender Metallkeramik und die Enden der hermetisch abzuschließenden Röhre des Lampengefäßes mit Abdichtmaterial aneinander befestigt und gegeneinander abgedichtet sind und der Unterschied zwischen dem Außendurchmesser der Enden der hermetisch abschließenden Körper aus elektrisch leitender Metallkeramik und dem Außendurchmesser der Enden der hermetisch abzuschließenden Röhre des Lampengefäßes bei kleiner oder gleich 0,7 mm liegt.
Die Aufgabe wird darüber hinaus erfindungsgemäß bei einer Lampe aus Keramik dadurch vorteilhaft gelöst, dass die Lampe in der Weise gebraucht wird, dass im Betriebszustand der Lampe die Temperatur der hermetisch abschließenden Körper aus elektrisch leitender Metallkeramik konstant bei 760°C oder weniger gehalten wird.
Wenn eine Zwischenschicht gebildet ist, welche dadurch erzeugt wird, dass die Bestandteile der elektrisch leitenden Metallkeramik und die Bestandteile des Abdichtmaterials im Bereich der Oberflächenschichten der hermetisch abschließenden Körper aus elektrisch leitender Metallkeramik schmelzen und dadurch miteinander vermischt werden, wird die Verbindung des Abdichtmaterials mit den hermetisch abschließenden Körpern aus elektrisch leitender Metallkeramik gefestigt. Zugleich wird die Spannung, welche an der Verbindungsgrenze zwischen dem Ab dichtmaterial und den hermetisch abschließenden Körpern aus elektrisch leitender Metallkeramik entsteht, vermindert.
Ferner wird durch die erfindungsgemäße Maßnahme, dass die elektrisch leitende Metallkeramik Bestandteile enthält, welche bei der Betriebstemperatur schmelzen, bei welcher das Abdichtmaterial schmilzt und die hermetisch abschließenden Körper in dem hermetisch abzuschließenden Röhrenteil abgedichtet werden, die Bildung der Zwischenschicht gefördert.
Ferner wird durch die erfindungsgemäße Maßnahme, dass die vorstehend beschriebene Zwischenschicht aus einem Bereich mit einem relativ kleinen Konzentrationsgradienten, in welchem Bestandteile des Abdichtmaterials verteilt sind, und aus einem Bereich mit einem steilen Konzentrationsgradienten hiervon besteht, die Spannung an der Verbindungsgrenze zwischen dem Abdichtmaterial und der elektrisch leitenden Metallkeramik vermindert. Dies bedeutet, dass Bestandteile des Abdichtmaterials in hoher Konzentration in die Zwischenschicht im Bereich nahe des Röhrenteils (in geringem Abstand zum aufgetragenen Abdichtmaterial) eindringen konnten und in diesem Bereich der Konzentrationsgradient dieser Bestandteile gering ist. Mit zunehmendem Abstand vom aufgetragenen Abdichtmaterial wird die Konzentration der eindiffundierten Bestandteile des Abdichtmaterials deutlich geringer, das Konzentrationsgefälle entsprechend größer. Wenn diese Zwischenschicht einen Bereich mit einer Dicke von mindestens 20 μm (Mikrometer) aufweist, bis ein Bereich erreicht wird, in dem die Konzentration der eindiffundierten Bestandteile halbiert ist, wird die Verminderung der an der Verbindungsgrenze entstehenden Spannung noch mehr verbessert.
Darüber hinaus kann man durch die Maßnahme, dass das Abdichtmaterial und die elektrisch leitende Metallkeramik denselben Bestandteil, speziell Siliciumdioxid, enthalten, die Temperatur absenken, bei welcher der Bereich der Oberflächenschichten der Metallkeramik zu schmelzen anfängt. Dadurch wird die Bildung der Zwischenschicht noch mehr vereinfacht.
Ferner wird es bei Herstellung der elektrisch leitenden Metallkeramik möglich, bei einer relativ niedrigeren Temperatur zu sintern als bei einer herkömmlichen Metallkeramik.
Außerdem wird dadurch, dass das Abdichtmaterial sich bis zur Stirnseite des hermetisch abzuschließenden Röhrenteils des Lampengefäßes erstreckt, eine feste, hoch hermetische Abdichtung erzeugt.
Ferner wird dadurch, dass die elektrisch leitende Metallkeramik, welche zum Lampenäußeren weist, zumindest teilweise mit dem Abdichtmaterial bedeckt ist, die Konzentration des auf der Außenoberfläche der elektrisch leitenden Metallkeramik absorbierten Wassers verringert.
Ferner wird dadurch, dass die Unterschiede zwischen den drei linearen Ausdehnungskoeffizienten der Keramik des Lampengefäßes, der elektrisch leitenden Metallkeramik der hermetisch abschließenden Körper und des Abdichtmaterials auf ±1 × 10^–6/K herabgesetzt wird, die Entstehung einer makroskopischen Spannung zwischen der elektrisch leitenden Metallkeramik und dem Lampengefäß verringert.
Außerdem kann man dadurch, dass der Öffnungsdurchmesser der Löcher der hermetisch abschließenden Körper aus elektrisch leitender Metallkeramik, in welche die Basisteile der elektrisch leitenden Versorgungsbauteile eingelegt sind, größer gemacht wird als der Innendurchmesser der Löcher, die Beschichtungsmenge des Abdichtmaterials in den Öffnungen der Löcher vermehren. Somit wird die Spannung in der Nähe der Öffnungen verringert.
Ferner wird durch Festlegen der Relation zwischen dem Durchmesser der elektrisch leitenden Versorgungsbauteile, welche in den hermetisch abschließenden Körpern aus elektrisch leitender Metallkeramik eingebettet sind, und den durchschnittlichen linearen Ausdehnungskoeffizienten der elektrisch leitenden Metallkeramik und der elektrisch leitenden Versorgungsbauteile bei 25°C bis 350°C die Entstehung der makroskopischen Spannung zwischen der elektrisch leitenden Metallkeramik und den elektrisch leitenden Versorgungsbauteilen verringert.
Dadurch, dass der Unterschied zwischen dem Außendurchmesser der Enden der hermetisch abschließenden Körper aus elektrisch leitender Metallkeramik und dem Außendurchmesser der Enden der hermetisch abzuschließenden Röhre des Lampengefäßes bei kleiner als oder gleich 0,7 mm liegt, wird das Abdichtmaterial mit dem Außenumfangsbereich der hermetisch abzuschließenden Röhre glatt verbunden, weil nur geringe Stufen zwischen beiden Teilen vorhanden sind.
Ferner wird dadurch, dass im Betriebszustand der Lampe die Temperatur der hermetisch abschließenden Körper aus elektrisch leitender Metallkeramik bei kleiner als oder gleich 760°C konstant gehalten wird, ermöglicht, die Wärmespannung niedrig zu halten, welche zwischen den jeweiligen Stoffen innerhalb der elektrisch leitenden Metallkeramik entsteht.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von mehreren in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen weiter beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Entladungslampe;
2 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines anderen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Entladungslampe;
3 ist eine schematische Darstellung der Anordnung einer Lichtbestrahlungs-Heizvorrichtung;
4 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines hermetisch abschließenden Teils einer Lampe, in welchem eine Zwischenschicht gebildet ist;
5 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines anderen Ausführungsbeispiels eines hermetisch abschließenden Teils einer Lampe, in welchem eine Zwischenschicht gebildet ist;
6 ist eine Darstellung des Konzentrationsgradienten von Dy₂O₃ in einem Beispiel der Zwischenschicht;
7 stellt schematisch ein Beispiel dar, bei welchem der Durchmesser des Basisteils des Elektrodenträgers in der Nähe der Spitze allmählich verkleinert wird;
8 ist ein schematischer Querschnitt der Zwischenschicht im Fall, dass das Loch des hermetisch abschließenden Körpers aus elektrisch leitender Metallkeramik, in welches der Basisteil des Elektrodenträgers eingelegt wird, eine erweiterte Öffnung hat;
9 zeigt ein Beispiel, bei welchem die Bodenfläche des Loches des hermetisch abschließenden Körpers aus elektrisch leitender Metallkeramik, in welches der Basisteil des Elektrodenträgers eingelegt wird, polyedrisch ist;
10 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Halogenlampe aus Keramik;
11 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Beispiels einer herkömmlichen Entladungslampe aus Keramik; und
12 ist eine Tabelle, welche die Relation zwischen dem Durchmesser des Elektrodenträgers, welcher in den hermetisch abschließenden Körper aus elektrisch leitender Metallkeramik eingelegt ist, und den durchschnittlichen linearen Ausdehnungskoeffizienten der elektrisch leitenden Metallkeramik und des Elektrodenträgers und der Entstehung der Risse darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
(Ausführungsbeispiel 1)
1 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Entladungslampe aus Keramik. Die Lampe ist eine Metallhalogenlampe mit 20 W. Es liegen der Außendurchmesser des Leuchtröhrenteils 2 bei 5,8 mm, die Gesamtlänge der Lampe bei 24 mm und der Außendurchmesser des hermetisch abzuschließenden Röhrenteils 3 bei 1,8 mm. Das Lampengefäß 1 enthält 4 mg DyI₃-TlI-NaI, 2,6 mg Hg und 13 kPa Ar als Füllgas. Der hermetisch abschließende Körper 4 aus elektrisch leitender Metallkeramik ist säulenförmig mit einem Außendurchmesser von 1,8 mm und einer Länge von 3,0 mm. Die Stirnseite des hermetisch abzuschließenden Leuchtröhrenteils 3 und die Stirnseite des hermetisch abschließenden Körpers 4 sind über ein Abdichtmaterial 5 abgedichtet und bilden einen hermetisch abgedichteten Teil 7.
Das Lampengefäß 1 ist aus einer lichtdurchlässigen Keramik hergestellt, welche ein gesinterter Körper von polykristallinem Aluminiumoxid ist. Der Leuchtröhrenteil 2 des Lampengefäßes 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit dem hermetisch abzuschließenden Röhrenteil 3 verbunden, indem sie einteilig aneinander gesintert sind. Jedoch sind, wie in 2 gezeigt wird, in einem anderen Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Entladungslampe aus Keramik der Leuchtröhrenteil 2 und der hermetisch abzuschließenden Röhrenteil 3 vorübergehend getrennt gesintert, danach miteinander kombiniert, anschließend vollständig gesintert und geformt. Für das Lampengefäß 1 wird ferner ein Mehrkristall-YAC-Sinterkörper oder ein Mehrkristall-Yttriumoxid-Sinterkörper oder dergleichen benutzt.
In 1 ist innerhalb des Leuchtröhrenteils 2 ein Paar Elektroden 8 einander gegenüberliegend angeordnet. Bei jeder Elektrode 8 ist die Spitze des Elektrodenträgers 6 mit einer Metallwendel umwickelt und zusammen mit dem Elektrodenträger 6 als elektrisch leitendes Versorgungsbauteil angeordnet. Der Basisteil 61 des jeweiligen Elektrodenträgers 6 ist in einen hermetisch abschließenden Körper 4 aus elektrisch leitender Metallkeramik eingelegt. Für die Elektroden 8 und die Elektrodenträger 6 wird Wolfram oder Molybdän benutzt. Ferner wird in diesem Ausführungsbeispiel eine Hülle 9 aus Aluminiumoxid angeordnet.
Als elektrisch leitende Metallkeramik, welche als hermetisch abschließender Körper 4 verwendet wird, wird ein Gemisch aus Mo-Al₂O₃-MgO-SiO₂ (40:35:15:10% Volumenanteil) verwendet. Die Zusammensetzung der Metallkeramik ist jedoch nicht auf dieses beschränkt, sondern kann unter Berücksichtigung des linearen Ausdehnungskoeffizienten des Materials des zu verwendenden Lampengefäßes 1 verändert werden, wobei beispielsweise eine geeignete Wahl aus 5 bis 30% Siliciumdioxid-Gehalt getroffen wird.
Die vorstehend beschriebene elektrisch leitende Metallkeramik auf der Basis von Mo-Al₂O₃-MgO-SiO₂ wird dadurch hergestellt, dass Rohpulver aus Feinteilchen mit 5 μm oder weniger der jeweiligen Materialkomponente gepresst wird, wodurch ein komapaktierter Körper erhalten wird. Dieser kompaktierte Körper wurde bei 1700°C fünf Minuten lang erwärmt und gesintert.
Wie in 1 gezeigt wird, werden die Enden der hermetisch abzuschließenden Röhre und die hermetisch abschließenden Körper 4 aus elektrisch leitender Metallkeramik mittels eines Abdichtmaterials 5 durch Anschweißen aneinander abgedichtet, wodurch an beiden Enden eine hermetisch abschließende Anordnung gebildet wird. Das Abdichtmaterial 5 erstreckt sich bis zur Stirnseite der Leuchtröhre 3 des Lampengefäßes 1, wobei als Abdichtmaterial ein Gemisch von Dy₂O_3-Al₂O₃-SiO₂ verwendet wird.
Zum Dichtschweißen wird eine Lichtbestrahlungs-Heizvorrichtung verwendet, welche auch "Foto-Bild-Ofen" genannt wird und bei welcher sichtbare Strahlen und IR-Licht von einer Strahlungsquelle ausgestrahlt und durch einen Reflektor in einem Punkt fokussiert werden, so dass ein im Fokussierpunkt eingelegter Stoff in kurzer Zeit durch eine Temperaturerhöhung erwärmt wird. Als Strahlungsquelle der sichtbaren Strahlen und des IR-Lichtes wird eine Halogenlampe, eine Xenonlampe oder dergleichen verwendet. Ferner ist es möglich, einen IR-Laser als Strahlungsquelle zu verwenden.
3 ist eine schematische Darstellung der Anordnung einer Lichtbestrahlungs-Heizvorrichtung, welche bei diesem Ausführungsbeispiel verwendet wurde. Als Lichtquelle wurden zwei Halogenlampen 11 mit einer Leistung von 1 kW verwendet. Die von den Halogenlampen 11 ausgestrahlten sichtbaren Strahlen und die IR-Strahlen wurden auf die hermetisch abschließenden Teile 7 des Lampengefäßes 1, welches in einem lichtdurchlässigen Vakuumgefäß 13 angeordnet ist, mittels eines Reflektors 12 fokussiert. Das Abdichtmaterial wurde kurz, d.h. nur einige Sekunden lang, erwärmt, dadurch geschmolzen und danach bei einer Temperatur, bei welcher das geschmolzene Abdichtmaterial in eine feste Phase gebracht wird, für eine bestimmte Zeit, d.h. ca. 20 Sekunden, gehalten, wodurch die Abdichtung erfolgte.
Die Lichtbestrahlungs-Erwärmung erhöht die Temperatur des Abdichtmaterials, welches üblicherweise bei ca. 1600°C schmilzt, einen Augenblick lang auf ca. 1800°C, bei welcher die Betriebstemperatur für die Abdichtung der hermetisch abschließenden Teile liegt. Bei dieser Betriebstemperatur schmelzen die Materialkomponenten der elektrisch leitenden Metallkeramik teilweise.
Wenn der hermetisch abschließende Körper 4 an dem hermetisch abzuschließenden Röhrenteil 3 mittels des Abdichtmaterials 5 durch Anschweißen abgedichtet wird, wird eine Zwischenschicht 20 im Bereich der Oberflächenschichten des hermetisch abschließenden Körpers 4 gebildet, in welcher die Bestandteile des Abdichtmaterials 5 und die Materialkomponenten der elektrisch leitenden Metallkeramik miteinander gemischt sind. Dieser Zustand wird in 4 schematisch gezeigt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel schmelzen dadurch, dass sowohl in der elektrisch leitenden Metallkeramik als auch in dem Abdichtmaterial derselbe Bestandteil, Siliciumdioxid, enthalten ist, welcher bei der Betriebstemperatur für die Abdichtung, d.h. bei ca. 1800°C, schmilzt, die Materialkomponenten der elektrisch leitenden Metallkeramik der hermetisch abschließenden Körper 4 im Bereich der Oberflächenschichten der Körper 4, wenn das Abdichtmaterial schmilzt.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Typs einer erfindungsgemäßen Lampe, bei welcher eine Hülle 9 aus Keramik in einem konkaven Bereich aufgenommen ist, mit welchem die Innenstirnseite des hermetisch abschließenden Körpers 4 aus elektrisch leitender Metallkeramik versehen ist.
Im Bereich der Oberflächenschichten des hermetisch abschließenden Körpers 4 schmelzen die Bestandteile der elektrisch leitenden Metallkeramik, wodurch eine Flüssigphase gebildet wird. Da im allgemeinen die Diffusionsgeschwindigkeit der Moleküle in der Flüssigphase bei weitem größer ist als die Diffusionsgeschwindigkeit der festen Phase, wird während der kurzen Zeit der Fotoerwärmung eine Schicht gebildet, bei welcher die Bestandteile des Abdichtmaterials und die Bestandteile der elektrisch leitenden Metallkeramik verteilt und miteinander gemischt werden. Es wird vermutet, dass durch die Ausbildung dieser Schicht die Spannung verteilt wird, welche an der Grenze zwischen dem Abdichtmaterial und der elektrisch leitenden Metallkeramik entsteht. Bei dieser Erfindung wird die durch diese Mischung entstehende Schicht "Zwischenschicht 20" genannt.
Es wurde herausgefunden, dass bei diesem Ausführungsbeispiel in der Zwischenschicht 20 ein Bereich mit einem relativ kleinen Konzentrationsgradienten des verteilten Dy₂O₃ und ein Be reich mit einem steil abfallenden Konzentrationsgradienten hiervon vorhanden sind, wenn man vorzugsweise Dy₂O₃ als Bestandteil in Betracht zieht, welcher in dem Abdichtmaterial enthalten ist, jedoch nicht in der elektrisch leitenden Metallkeramik, um die Konzentrationsverteilung der Bestandteile des Abdichtmaterials in der Zwischenschicht zu überprüfen.
Der durch die Diffusion hiervon entstandene Konzentrationsgradient wird beispielhaft in 6 gezeigt, welcher durch SEM-EDS (Rasterelektronenmikroskopie und Röntgenanalyse) bestätigt werden kann. Ferner ist auch ein Bereich mit einer Dicke von mindestens 20 μm (Mikrometer) in der Zwischenschicht des fertigen hermetisch abschließenden Teils feststellbar, innerhalb dessen sich die Konzentration durch die Diffusion noch nicht auf weniger als die Hälfte der Konzentration im eingesetzten Abdichtmaterial reduziert hat. Erst mit einer Entfernung von mehr als 20 μm (Mikrometer) von der Oberfläche der Metallkeramik beträgt die Konzentration der Bestandteile des Abdichtmaterials in der Zwischenschicht weniger als die Hälfte der Konzentration des reinen Abdichtmaterials. Diese Dicke kann man durch SEM-EDS messen.
Insbesondere bei diesem Ausführungsbeispiel wurde durch die Maßnahme, dass die elektrisch leitende Metallkeramik Siliciumdioxid enthält und auf 1800°C, d.h. auf eine relativ niedrige Temperatur, erwärmt wird, auf einfache Weise ein Bereich erhalten, in welchem die Dicke bei größer als oder gleich 20 μm (Mikrometer) liegt, wenn die Konzentration der zerstreuten Bestandteile des Abdichtmaterials der Zwischenschicht auf die Hälfte zurückgegangen ist.
Ferner wird durch die Anordnung des Abdichtmaterials in der Weise, dass das Abdichtmaterial schmilzt und die Oberfläche der elektrisch leitenden Metallkeramik damit bedeckt wird, und dadurch, dass ein Fotoerwärmen und ein Dichtschweißen durchgeführt werden, erreicht, dass in den fertigen hermetisch abschließenden Teilen die seitliche Außenoberfläche der elektrisch leitenden Metallkeramik, welche sich benachbart zum Ende des Röhrenteils befindet, mit dem Abdichtmaterial bedeckt wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Material in der Weise ausgewählt, dass die folgenden Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind: |α1 – α2| ≤ 1 × 10–6 (1/K) |α2 – α3| ≤ 1 × 10–6 (1/K) |α3 – α1| ≤ 1 × 10–6 (1/K)worin α₁, α₂ und α₃ (Einheit: 1/K) jeweils die durchschnittlichen linearen Ausdehnungskoeffizienten der Keramik des Lampengefäßes, der elektrisch leitenden Metallkeramik der hermetisch ab schließenden Körper und des Abdichtmaterials bei 25°C bis 350°C bezeichnen.
Konkret liegen die durchschnittlichen linearen Ausdehnungskoeffizienten des gesinterten Körpers des polykristallinen Aluminiumoxides als Keramik des Lampengefäßes bei 6,8 × 10^–6/K, der Metallkeramik auf der Basis von Mo-Al₂O₃-MgO-SiO₂ als elektrisch leitende Metallkeramik bei 6,5 × 10^–6/K bei 25°C bis 350°C und des Abdichtmaterials auf der Basis von Dy₂O₃-Al₂O₃-SiO₂ bei 25°C bis 350°C bei 6,6 × 10^–6/K.
Durch eine derartige Auswahl der Keramik des Lampengefäßes, der elektrisch leitenden Metallkeramik des hermetisch abschließenden Körpers und des Abdichtmaterials mit angenäherten linearen Ausdehnungskoeffizienten kann man die auf das Abdichtmaterial ausgeübte Spannung, wodurch häufig Risse entstehen, verringern.
Ferner wurde zu Vergleichszwecken eine Lampe unter Verwendung einer elektrisch leitenden Metallkeramik aus Al₂O₃-Mo hergestellt. Der durchschnittliche lineare Ausdehnungskoeffizient dieser Metallkeramik bei 25°C bis 350°C liegt bei 5 × 10^–6/K. Der Unterschied zwischen den linearen Ausdehnungskoeffizienten des lichtdurchlässigen, gesinterten Körpers des polykristallinen Aluminiumoxides des Lampengefäßes und des Abdichtmaterials auf der Basis von Dy₂O₃-Al₂O₃-SiO₂ und dieser elektrisch leitenden Metallkeramik ist größer als 1 × 10^–6/K. Bei dieser Lampe wurde bestätigt, dass es Fälle gibt, in welchen in den hermetisch abschließenden Teilen Risse entstehen.
Ferner wurde, wie in 7 gezeigt wird, als weitere Ausführungsform der Erfindung der Durchmesser des Basisteils des Elektrodenträgers 6 in der Nähe seiner Spitze schrittweise verkleinert, um die Zuverlässigkeit des hermetisch abschließenden Teils zu erhöhen. Diese Maßnahme verringert die Spannung in der Nähe des Basisteils des Elektrodenträgers 6 in der elektrisch leitenden Metallkeramik.
Außerdem wurde eine Lampe hergestellt unter Verwendung der hermetisch abschließenden Körper 4 aus elektrisch leitender Metallkeramik mit Löchern 21, welche jeweils eine erweiterte Öffnung aufweisen, in welche die Basisteile der Elektrodenträger 6 eingelegt werden. In diesem Fall wurde es möglich, wie in 8 gezeigt wird, die Zwischenschicht 20 zu vergrößern, welche um den Elektrodenträger des hermetisch abschließenden Körpers herum gebildet ist.
Ferner wurde die Bodenfläche 22 des Loches 21 des hermetisch abschließenden Körpers aus elektrisch leitender Metallkeramik, in welches der Basisteil des Elektrodenträgers eingelegt wird, in Form einer polyedrischen, konvexen Fläche gebildet, wie in 9 veranschaulicht wird.
Dies wurde dadurch realisiert, dass beim Pressen des Rohpulvers vor dem Sintern der Metallkeramik ein Stift mit einer polyedrischen Spitzenform in die Pressform gestellt wird, um das Loch 21 offen zu halten. Auch die Form des dem Loch entsprechenden Basisteils des Elektrodenträgers wurde der polyedrischen konvexen Fläche des Lochbodens angepasst. Durch diese Maßnahme kann man verhindern, dass örtlich Risse entstehen.
Ferner wurde das Material in der Weise ausgewählt, dass die Bedingung |y – u| × d ≤ 1,2 × 10^–9 erfüllt ist, wenn d (mm) den Durchmesser der Elektrodenträger 6 der Elektrode 8, welche in die hermetisch abschließenden Körper aus elektrisch leitender Metallkeramik eingelegt sind, bezeichnet und y und u (1/K) jeweils die durchschnittlichen linearen Ausdehnungskoeffizienten der elektrisch leitenden Metallkeramik und der Elektrodenträger bei 25°C bis 350°C bezeichnen. Insbesondere ist ein vorteilhafter Wert für d bei 0,3 mm, für y 6,5 × 10^–6/K und für u bei 4,7 × 10^–6/K. Dadurch wird die Entstehung von makroskopischer Spannung zwischen den Elektrodenträgern und der elektrisch leitenden Metallkeramik verringert.
12 zeigt das Ergebnis eines Versuches, bei welchem die Elektrodenträger in die elektrisch leitende Metallkeramik eingelegt, das Ganze gesintert und das Vorhanden- oder Nichtvorhandensein von Rissen überprüft wurde, um die vorstehend beschriebenen Zahlenwerte auszuwählen. Die Risse wurden an den Stellen beobachtet, an welchen die eingelegten Elektrodenträger aus der elektrisch leitenden Metallkeramik hervorstehen.
Bei diesem Versuch wurde Wolfram als Elektrodenträger und elektrisch leitende Metallkeramik auf der Basis von Mo-Al₂O₃ (linearer Ausdehnungskoeffizient: 5,7 × 10^–6/K) und Mo-MgO-Al₂O₃-SiO₂ (linearer Ausdehnungskoeffizient: 7,2 × 10^–6/K) verwendet. Bei letzterer Metallkeramik kann man den linearen Ausdehnungskoeffizienten durch Verändern des Zusammensetzungsverhältnisses von MgO und Al₂O₃ kontrollieren.
In der Tabelle in 12 wird das Verhältnis der Entstehung der Risse jeweils anhand eines Bruches dargestellt, wobei der Nenner die Anzahl der Proben und der Zähler die Anzahl der Lampen darstellen, wo Risse entstanden sind. Diese Ergebnisse zeigen, dass man eine Lampe aus Keramik, bei welcher keine Rissbildung auftritt, dadurch erhalten kann, dass das Material der elektrisch leitenden Metallkeramik der hermetisch abschließenden Körper, das Material der Elektrodenträger und der Durchmesser der Elektrodenträger im Bereich von |y – u| × d ≤ 1,2 × 10^–9 (m/K) ausgewählt werden.
Ferner werden bei diesem Ausführungsbeispiel die Enden der hermetisch abschließenden Körper aus elektrisch leitender Metallkeramik und das Ende der hermetisch abzuschließenden Röhre des Lampengefäßes gegeneinander abgedichtet. Sowohl der Außendurchmesser der Enden der hermetisch abschließenden Körper aus elektrisch leitender Metallkeramik als auch der Außendurchmesser des Endes der hermetisch abzuschließenden Röhre des Lampengefäßes betragen 1,8 mm.
Ferner wurde eine Lampe hergestellt und eine Überprüfung durchgeführt, bei welcher der Unterschied zwischen dem Außendurchmesser der elektrisch leitenden Metallkeramik und dem Außendurchmesser des Endes der hermetisch abzuschließenden Röhre des Lampengefäßes verändert wurde. Daraus wurde ersichtlich, dass bei Werten von 0,7 mm oder weniger das Abdichtmaterial mit dem Außenumfangsbereich des hermetisch abschließenden Teils glatt verbunden wird und an dem Ende des Abdichtmaterials nach der Adhäsion keine Rissbildung auftritt. Wenn jedoch zwischen dem Außendurchmesser der elektrisch leitenden Metallkeramik und dem Außendurchmesser des Endes der hermetisch abzuschließenden Röhre des Lampengefäßes ein Unterschied von mehr als 0,7 mm vorhanden ist, wird das Abdichtmaterial nicht glatt verbunden. Hierbei wurde bestätigt, dass es Fälle gibt, in welchen im Verbindungsbereich zwischen der elektrisch leitenden Metallkeramik und dem Ende der hermetisch abzuschließenden Röhre des Lampengefäßes Risse entstanden sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel erstreckte sich das Abdichtmaterial bis zur Stirnseite der hermetisch abzuschließenden Röhre des Lampengefäßes.
Ferner konnte man bei der Lampe bei diesem Ausführungsbeispiel voraussehen, dass in den hermetisch abschließenden Teilen die Ausfallrate dadurch so gut wie bei 0 liegt, dass im Betriebszustand der Lampe die Temperatur der hermetisch abschließenden Körper der elektrisch leitenden Metallkeramik konstant bei kleiner/gleich 760°C gehalten wird.
(Ausführungsbeispiel 2)
10 zeigt eine Halogenlampe 31 aus Keramik mit 4 kW, bei welcher der Außendurchmesser des Leuchtröhrenteils 40 10 mm und die Gesamtlänge 520 mm beträgt. Als Füllgas wurde Ar + CH₂Br₂ (0,1 Vol.-%) mit einem Druck von 70 kPa eingefüllt. Die Stirnseiten der hermetisch abschließenden Röhrenteile 41 und die Stirnseiten der hermetisch abschließenden Körper 32 werden über das Abdichtmaterial 33 gegeneinander abgedichtet.
Das Lampengefäß 31 ist aus einem lichtdurchlässigen gesinterten Körper eines polykristallinen Aluminiumoxides hergestellt. Ferner wird der hermetisch abschließende Körper 32 aus elektrisch leitender Metallkeramik auf der Basis von Mo-Al₂O₃-MgO-SiO₂ (40:35:15:10% Volu menanteil) hergestellt. Das verwendete Abdichtmaterial 33 basiert auf Dy₂O₃-Al₂O₃-SiO₂. Außerdem werden in 10 ein Innenanschlussstift 34, ein Leuchtfaden 35 und ein Außenanschlussstift 36 gezeigt.
Wie in Ausführungsbeispiel 1 wurden anhand einer Fotoheizvorrichtung hermetisch abschließende Teile 37 mittels des Abdichtmaterials dicht verschweißt. Im Bereich der Oberflächenschichten des hermetisch abschließenden Körpers 32 aus elektrisch leitender Metallkeramik wurden Zwischenschichten 20 gebildet. Die Zwischenschicht 20 wies in ihrem dickeren Bereich eine Dicke von ca. 50 μm (Mikrometer) auf. Bei der Halogenlampe in diesem Ausführungsbeispiel betrug die Temperatur der hermetisch abschließenden Teile beim Betrieb höchstens 650°C.
Nachfolgend werden Versuche beispielhaft beschrieben, bei welchen die Zuverlässigkeit der hermetisch abschließenden Teile der erfindungsgemäßen Lampe aus Keramik bestätigt wurde. Es wurden Temperatur-Zyklus-Versuche durchgeführt, welche nachfolgend im Wesentlichen erläutert werden. Es wurde eine Lampe vom Doppelröhrentyp verwendet, welche die erfindungsgemäße Entladungslampe aus Keramik als Innenröhre aufweist.
(Temperatur-Zyklus-Versuch)
(1) Temperatur-Belastungs-Bedingungen:
Die Lampenleistung wurde so geregelt, dass die Temperatur der hermetisch abschließenden Teile 800°C betrug. Die Lampe wurde 15 Minuten lang betrieben und 15 Minuten lang ausgeschaltet, was als ein Zyklus betrachtet wurde. Der Versuch wurde nach 3000 Zyklen abgeschlossen.
(2) Verfahren zur Auswertung der Zuverlässigkeit der hermetisch abschließenden Teile:
Wenn während des Versuches eine Leckage der Lampe auftritt, wird der Versuch unterbrochen. Die Leckage wird dadurch ermittelt, dass an der Innenseite der Außenröhre der Doppelröhre die in die Innenröhre eingefüllten Stoffe anhaften.
Nach Abschluss des Versuches wurde eine Aussehens-Prüfung durchgeführt und das Vorhanden- oder Nichtvorhandensein von Rissen in den hermetisch abschließenden Teilen visuell überprüft.
(3) Anzahl der Proben: 30
Dieser Temperatur-Zyklus-Versuch wurde bei den nachstehend beschriebenen Lampen durchgeführt:
(Versuch 1)

– Probelampe: Metallhalogenlampe mit 20 W (Lampe vom Doppelröhrentyp, bei welcher die Lampe mit der in 1 gezeigten Anordnung als Innenröhre verwendet wurde)
– Lampengefäß: lichtdurchlässiger, gesinterter Körper eines polykristallinen Aluminiumoxides;
– Außendurchmesser der hermetisch abzuschließenden Röhre und des hermetisch abschließenden Körpers: 1,8 mm bei beiden
– elektrisch leitende Metallkeramik: Auf der Basis von Mo-Al₂O₃-MgO-SiO₂ (40:35:15:10% Volumenanteil)
– Abdichtmaterial: Auf der Basis von Dy₂O₃-Al₂O₃-SiO₂
– In das Lampengefäß eingefüllte Stoffe: DyI₃-TlI-NaI: 4 mg Hg: 2,6 mg Ar: 13 kPa
– Lampen-Charakteristik: Spannung: 70 V, Strom: 0,3 A, Wirkungsgrad: 901 m/W Farbtemperatur: 3000 K, Bewertungsindex der Farbwiedergabe: 80
– Versuchsergebnis Bei dieser Lampe ist während der 3000 Zyklen in keiner von 30 Lampen eine Rissbildung oder eine Leckage aufgetreten.

(Versuch 2)

– Probelampe: Metallhalogenlampe mit 10 W (Lampe vom Doppelröhrentyp, bei welcher die Lampe mit der in 1 gezeigten Anordnung als Innenröhre verwendet wurde)
– Lampengefäß: lichtdurchlässiger, gesinterter Körper eines polykristallinen Aluminiumoxides;
– Außendurchmesser der hermetisch abzuschließenden Röhre und des hermetisch abschließenden Körpers: 1,8 mm bei beiden
– elektrisch leitende Metallkeramik: Auf der Basis von Mo-Al₂O₃-MgO-SiO₂ (40:35:15:10% Volumenanteil)
* Abdichtmaterial: Auf der Basis von Dy₂O₃-Al₂O₃-SiO₂
– In das Lampengefäß eingefüllte Stoffe: NdI₃-NaI: 3 mg Hg: 1,5 mg Ne-Ar: 45 kPa
– Lampen-Charakteristik: Spannung: 70 V, Strom: 0,15 A, Wirkungsgrad: 901 m/W Farbtemperatur: 3000 K, Bewertungsindex der Farbwiedergabe: 80
– Versuchsergebnis Auch bei dieser Lampe ist während der 3000 Zyklen in keiner von 30 Lampen eine Rissbildung oder eine Leckage aufgetreten.

(Versuch 3)

– Probelampe: Metallhalogenlampe mit 70 W (Lampe vom Doppelröhrentyp, bei welcher die Lampe mit der in 1 gezeigten Anordnung als Innenröhre verwendet wurde)
– Lampengefäß: Lichtdurchlässiger, gesinterter Körper eines polykristallinen Aluminiumoxides:
– Außendurchmesser der hermetisch abzuschließenden Röhre und des hermetisch abschließenden Körpers: 2,1 mm bei beiden
– Elektrisch leitende Metallkeramik: Auf der Basis von Mo-Al₂O₃-MgO-SiO₂ (40:20:30:10% Volumenanteil)
– Abdichtmaterial: Auf der Basis von Dy₂O₃-Al₂O₃-SiO₂
– In das Lampengefäß eingefüllte Stoffe: DyI₃-TmI₃-TlI-NaI: 6 mg Hg: 4 mg Ar: 10 kPa
– Lampen-Charakteristik: Spannung: 85 V, Strom: 0,9 A, Wirkungsgrad: 951 m/W, Farbtemperatur: 3000 K, Bewertungsindex der Farbwiedergabe: 86
– Versuchsergebnis Auch bei dieser Lampe ist während der 3000 Zyklen in keiner von 30 Lampen eine Rissbildung oder eine Leckage aufgetreten.

(Versuch 4)
Zu Vergleichszwecken mit den erfindungsgemäßen Lampen aus Keramik wurde eine Lampe unter denselben Bedingungen wie bei dem vorstehend beschriebenen Versuch 3 außer der Bedingung der elektrisch leitenden Metallkeramik hergestellt, und der Temperatur-Zyklus-Versuch wurde durchgeführt.

– Probelampe: Metallhalogenlampe mit 70 W (Lampe vom Doppelröhrentyp, bei welcher die Lampe mit der in 1 gezeigten Anordnung als Innenröhre verwendet wurde)
– Lampengefäß: lichtdurchlässiger, gesinterter Körper eines polykristallinen Aluminiumoxides:
– Außendurchmesser der hermetisch abzuschließenden Röhre und des hermetisch abschließenden Körpers: 2,1 mm bei beiden
– elektrisch leitende Metallkeramik: Auf der Basis von Mo-Al₂O₃-MgO (40:40:20% Volumenanteil)
– Abdichtmaterial: Auf der Basis von Dy₂O-Al₂O₃-SiO
– In das Lampengefäß eingefüllte Stoffe: DyI₃-TmI₃-TlI-NaI: 6 mg Hg: 4 mg Ar: 10 kPa
– Lampen-Charakteristik: Spannung: 85 V, Strom: 0,9 A, Wirkungsgrad: 951 m/W Farbtemperatur: 3000 K, Bewertungsindex der Farbwiedergabe: 86
– Versuchsergebnis

Bei dieser Lampe ist beim 1642. Mal und beim 2547. Mal jeweils bei einer von 30 Lampen Leckage aufgetreten. Von den restlichen 28 Lampen wurden nach 3000 Malen bei vier Lampen Risse in den hermetisch abschließenden Teilen gefunden, wobei noch keine Leckage auftrat. Bei dem Versuch 4 ist also ein Lampendefekt bei sechs von 30 Lampen aufgetreten. Man konnte keine Lampe mit einer hohen Zuverlässigkeit der hermetisch abschließenden Teile erhalten.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird bei der erfindungsgemäßen Lampe aus Keramik beim Schmelzen des Abdichtmaterials im Bereich der Oberflächenschichten der elektrisch leitenden Metallkeramik des jeweiligen hermetisch abschließenden Körpers eine Zwischenschicht gebildet, wodurch der Unterschied zwischen den linearen Ausdehnungskoeffizienten der Bauteile der Lampe verringert wird. Ferner wird das Abdichtmaterial mit der elektrisch leitenden Metall keramik mit einer äußerst guten Hafteigenschaft verbunden. Die Zuverlässigkeit der hermetisch abschließenden Teile der Lampe wurde somit im Vergleich zu einer herkömmlichen Lampe, bei welcher elektrisch leitende Metallkeramik mittels eines Abdichtmaterials abgedichtet wurde, außerordentlich erhöht.

Claims

Keramische Lampe aus lichtdurchlässiger Keramik, aufweisend ein Lampengefäß (1) mit einem Kolbenbereich (2) und mit hermetisch abgedichteten Röhrenbereichen (3), die mit dem Kolbenbereich (2) verbunden sind, elektrisch leitende Versorgungsbauteile im Kolbenbereich (2) und hermetisch abdichtende Körper (4) aus elektrisch leitender Metallkeramik, die mit einem Dichtungsmaterial (5) an die hermetisch abgedichteten Röhrenbereiche (3) angeschweißt sind, um eine hermetisch abgedichtete Anordnung zu bilden, wobei Basisteile (61) der elektrisch leitenden Versorgungsbauteile in den hermetisch abgedichteten Körpern (4) aus elektrisch leitender Metallkeramik gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Oberflächenbereich des hermetisch abdichtenden Körpers (4) eine Zwischenschicht (20) gebildet ist, wobei in der Zwischenschicht (20) Komponenten der elektrisch leitenden Metallkeramik des hermetisch abdichtenden Körpers (4) mit Komponenten des Dichtungsmaterials (5) vermischt sind.
Keramische Lampe nach Anspruch 1, worin die elektrisch leitende Metallkeramik Komponenten enthält, welche bei einer Temperatur schmelzen, bei welcher das Dichtungsmaterial (5) schmilzt und bei welcher die hermetisch abdichtenden Körper (4) mit den hermetisch abgedichteten Röhrenbereichen (3) verschweißt werden.
Keramische Lampe nach Anspruch 1 oder 2, worin die Zwischenschicht (20) einen Bereich mit einem relativ kleinen Konzentrationsgradienten, welcher durch eine Diffusion von Komponenten des Dichtungsmaterials (5) in die Zwischenschicht (20) entsteht, und einen Bereich mit einem steilen Konzentrationsgradienten von Komponenten des Dichtungsmaterials (5) umfasst.
Keramische Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Zwischenschicht (20) ein Bereich mit einer Dicke von größer oder gleich 20 μm ist und in welcher die Konzentration der Komponenten des Dichtungsmaterials (5) wenigstens die Hälfte der Konzentration der Komponenten in dem reinen Dichtungsmaterial (5) ist.
Keramische Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das Dichtungsmaterial (5) und die elektrisch leitende Metallkeramik Siliciumdioxid als gemeinsame Komponente enthalten.
Keramische Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin Innenstirnseiten des hermetisch abdichtenden Körpers (4) an Außenstirnseiten der hermetisch abgedichteten Röhre des Lampengefäßes (1) angrenzen und worin das Dichtungsmaterial (5) zumindest einen Spalt zwischen den Stirnseiten füllt.
Keramische Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin eine nach außen weisende Oberfläche der elektrisch leitenden Metallkeramik zumindest teilweise mit dem Dichtungsmaterial (5) bedeckt ist.
Keramische Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin die folgenden Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind: |α1 – α2| ≤ 1 × 10–6 (1/K) |α2 – α3| ≤ 1 × 10–6 (1/K) |α3 – α1| ≤ 1 × 10–6 (1/K)wobei α₁, α₂ und α₃ die durchschnittlichen linearen Ausdehnungskoeffizienten der Keramik des Lampengefäßes (1), der elektrisch leitenden Metallkeramik des hermetisch abdichtenden Körpers (4) bzw. des Dichtungsmaterials (5) bei 25°C bis 350°C sind.
Keramische Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin jeder der hermetisch abdichtenden Körper (4) aus elektrisch leitender Metallkeramik eine Öffnung (21) aufweist, in welche jeweils eines der Basisteile (61) der elektrisch leitenden Versorgungsbauteile eingesetzt ist, wobei die Öffnung (21) eine erweiterte Eingangsöffnung aufweist.
Keramische Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin die Bedingung |y – u| × d ≤ 1,2 × 10^–9 (m/K) erfüllt ist, wobei d (m) der Durchmesser der elektrisch leitenden Versorgungsbauteile ist, welche in die hermetisch abdichtenden Körper (4) aus elektrisch leitender Metallkeramik eingesetzt sind, und y und u (1/K) die durchschnittlichen linearen Ausdehnungskoeffizienten der elektrisch leitenden Metallkeramik bzw. des Materials für das elektrisch leitende Versorgungsbauteil bei 25 bis 350°C sind.
Keramische Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin die Enden der hermetisch abdichtenden Körper (4) aus elektrisch leitender Metallkeramik und die Enden der hermetisch abgedichteten Röhre des Lampengefäßes (1) aneinander befestigt und mit dem Dichtungsmaterial (5) gegeneinander abgedichtet sind und ein Unterschied zwischen einem Außendurchmesser der Enden des hermetisch abdichtenden Körpers (4) aus elektrisch leitender Metallkeramik und einem Außendurchmesser der Enden der hermetisch abgedichteten Röhre des Lampengefäßes (1) 0,7 mm oder kleiner ist.
Verwendung einer keramischen Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 11 unter solchen Bedingungen, dass die hermetisch abdichtenden Körper (4) aus elektrisch leitender Metallkeramik bei einer im Wesentlichen konstanten Temperatur von höchstens 760°C gehalten werden.