WO2005066088A2 - Method for producing a luminous device comprising glass-ceramics - Google Patents

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WO2005066088A2
WO2005066088A2 PCT/EP2005/000012 EP2005000012W WO2005066088A2 WO 2005066088 A2 WO2005066088 A2 WO 2005066088A2 EP 2005000012 W EP2005000012 W EP 2005000012W WO 2005066088 A2 WO2005066088 A2 WO 2005066088A2
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Thilo Zachau
Bernd Hoppe
Oliver Sohr
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Schott Ag
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    • F05C2203/08—Ceramics; Oxides

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a lighting device or components of a lighting device, in particular starting from glass ceramic green glass.
  • the glass ceramics which are obtained from the glass ceramic green glass preferably have the shape of a glass ceramic tube. They can be used in a wide range of applications or in a wide variety of types of lamps, for example in the field of general lighting or automotive lighting or in temperature radiators such as halogen lamps or incandescent lamps or in high-pressure or low-pressure discharge lamps. In particular, the glass ceramics can also be used in miniaturized form for backlighting in connection with the backlighting of flat screens.
  • the glass ceramics according to the invention are also preferably suitable as outer bulbs for high-pressure metal halide discharge lamps, for example those with burners made of Al 2 O 3 Ceramic, wherein the lamp bulb made of the glass ceramic according to the invention separates the space around the burner from the outside atmosphere.
  • the transparent bulbs preferably made of glass or translucent ceramic in a stretched cylindrical or compact bulbous shape, essentially have two different tasks, as described below.
  • lamps or applications are defined in which the glass bulb is used as the first envelope of the light-emitting unit, for example of the filament, and / or as a hermetically sealed body for protective or discharge gases.
  • These applications are referred to as Type A applications in the present application.
  • Type A applications are applications in which the glass bulb is the first envelope of the light-emitting unit.
  • This includes in particular lamps of the type “light bulb” or “halogen spotlight” in which a current-carrying and therefore strongly heated tungsten filament emits light, for example light bulbs or halogen spotlights.
  • the bulbs of such lamps are filled with “heavy” gases such as krypton, argon or xenon
  • Halogen lamps are halides that guide tungsten that evaporates from the filament away from the colder inner walls of the bulb and separate it again on the tungsten filament. This is known as the halogen cycle. With the help of halogen additives, it is possible to reduce the bulb blackening within a certain temperature range due to the evaporation
  • the glass bulb forms the reaction space of a gas discharge.
  • the glass bulb can also act as a carrier for light-converting layers.
  • Such lamps are, for example, low-pressure fluorescent lamps and high-pressure gas discharge lamps.
  • liquid or gaseous substances often mercury (Hg) and / or xenon (Xe) and / or neon (Ne) - are excited by arc discharge between two electrodes protruding into the bulb and stimulated emission, mostly in the UV range brought.
  • the discrete UV lines are partially converted into visible ones by means of fluorescent layers.
  • the filling gases are put under high pressure up to 100 bar or more.
  • the discrete lines degenerate into emission bands with the consequence that quasi white light is emitted.
  • optically active substances for example halides of the rare earths, in particular dysprosium halides, or alkali halides, which lack spectral Fill up portions and increase color fastness.
  • the dependence of white quality on printing is described in Derra et al. in "UHP lamps: light sources of extremely high luminance for projection television", Phys. Bl. 54 (1998) No. 9 817-820.
  • the disclosure content of this publication is fully incorporated into the disclosure content of the present application.
  • the glass bulb serves as a second envelope, for example for thermal encapsulation of the actual light-emitting unit and / or for breakage / explosion protection or for protecting materials and the lamp user from harmful rays, in particular from UV rays. Rays.
  • Type B applications relate, for example, to high-pressure discharge lamps.
  • the burners of high-pressure discharge lamps made of silica glass or translucent ceramics (eg Al 2 O 3 , YAG ceramics), are operated at the highest possible operating temperatures up to 1000 ° C or above. The higher the operating temperatures, the higher the color rendering index and the effectiveness and the smaller the differences in light quality from lamp to lamp.
  • a second glass envelope bulb is placed around the actual reaction body, the space in between being mostly or essentially evacuated.
  • the envelope bulb is also doped with UV blocking components.
  • a high-pressure discharge lamp is to be operated directly in a lamp holder without further protective measures, i.e. if the lamp is not integrated in a luminaire with a cover plate, as is known from superstructures of low-voltage halogen lamps, further cylindrical transparent elements are inserted between the envelope bulb and the discharge bulb, which are to serve as explosion protection , Due to the different areas of application, there are different requirements for the piston glasses used for glasses in type A and type B applications.
  • Type A applications require thermally very stable materials, for example glasses, which do not deform under the loads of the spatially close tungsten filament or the high operating temperatures under pressure, in particular the high pressure which results from HID (high intensity discharge).
  • the glass bulbs are also under internal pressure between 2 and approx. 30 bar for halogen lamps or up to approx. 100 bar or more for HID lamps.
  • the pistons must also be chemically very inert, ie they must not react in contact with the fillers. This means that no components from the glass may be released into the environment, in particular no alkalis or OH ions or H 2 O.
  • the transparent materials can be permanently hermetically sealed with the feed metals.
  • the glass bulb should be able to be fused with W or Mo metal or with Fe-Ni-Co alloys (eg Kovar.Alloy 42).
  • the bushings fused in this way should also be stable with respect to temperature change cycles.
  • Backlighf lamps are low-pressure discharge lamps that can be miniaturized in TFT (" thin film transistor ") displays, for example for screens, monitors, TV sets, for backlighting.
  • TFT thin film transistor
  • Multicomponent glasses based on silicate have previously been used “Backlighf lamps place high demands on the shielding of UV light through the glass of the lamp itself, as other components especially those made of plastic, quickly age and degenerate in the flat screen monitors.
  • the requirements for temperature resistance and chemical composition / resistance are generally lower than in type A applications.
  • the outside bulb temperature is around 300 - 700 ° C depending on the distance between the hot spot of the burner and the bulb. Accordingly, the bushing area is significantly colder than the piston volume directly adjacent to the burner.
  • wall temperatures of up to 800 ° C or above can also prevail.
  • these pistons should have a high UV blocking, especially in “backlighf applications”.
  • materials for glass bulbs in type A applications are soft glasses for light bulbs, alkali-free hard glass for automotive halogen lamps or silica glass for halogen lamps or HID lamps for
  • high-power discharge lamps also use translucent aluminum oxide which can be loaded up to 1100 ° C. or above.
  • EP 748 780 B1 or Krell et al Transparent sintered corundum with high
  • comparatively soft glass for example borosilicate glass, can be used as the glass bulb material.
  • the materials used for the glass bulb for type B applications are currently mainly silica glass or multi-component glasses such as. B. of the Suprax type (SCHOTT Type 8655 or DURAN-Glass from SCHOTT GLAS Mainz).
  • Glass ceramics with preferred properties for targeted use in special applications are known from the prior art and the prominent brands of the applicant, Ceran® and Robax®, may be mentioned by way of example. Glass ceramics such as those mentioned have a unitary spectrum of properties which result from targeted, controlled, temperature-controlled, partial crystallization. Depending on the composition, the way in which the starting glass, which is also called “green glass”, is produced and the temperature regime in hot post-processing (which also includes the so-called ceramization, i.e. the conversion of the green glass into a glass ceramic), different crystal phase types can be used in a glass ceramic , crystallographic species with different crystal morphology and size as well as different amounts of crystal.
  • the patent specification DE 37 34 609 C2 relates to calcium phosphate glass ceramics, which can also be used in discharge tubes.
  • the main crystal phase in these glass ceramics is apatite, as a result of which the glass ceramic has a high coefficient of thermal expansion, which is also desirable according to DE 37 34 609 C2.
  • the patent does not disclose any glass ceramic which has a coefficient of thermal expansion smaller than 6 x 10 "6 / ° K.
  • the glass ceramics described in DE 37 34 609 are highly expansive with at least 6 ppm / K, the glass ceramics containing calcium phosphate are generally not suitable for lamp applications due to their low chemical stability. This applies particularly to those
  • US 4,045,156 describes the use of partially crystallized glass for applications in photoflash lamps. These lamps are characterized by a higher temperature resistance, higher thermal shock resistance and mechanical strength than conventional glass bulb lamps. The coefficient of expansion is mainly due to the precipitation of lithium disilicate crystals from the corresponding starting glasses at approx. 8.0-9.5 ppm / K. The reason for this is that, in US 4,045,156, the glass ceramic expands to high-expansion lead-through metals - or alloys, e.g. B. Cu leading Ni-Fe alloys is adjusted. The crystallites of the glass ceramic have a size in the range from 50 nm to 10 ⁇ m. US 4,045,156 also describes process steps from melt, tube drawing to ceramization processes. The fully ceramized pipe is described as sufficiently processable. A procedure for the production of a complete lamp is not described, in particular not how it can be achieved that such a lamp is guaranteed to have sufficient tightness in the area of the implementation.
  • No. 3,960,533 describes the use of translucent ceramic-coated glass ceramics as shading in front of the bright tungsten filament in a light bulb.
  • the glass ceramic used in US 3,960,533 in the composition of the glass ceramic known from US 4,045,156, but in a translucent ceramicized form.
  • a glass ceramic comprising larger amounts of Ta 2 0 5 and / or Nb 2 Os (5 to 20% by weight in the starting glass) with more than 50% by volume of amorphous phases is described in US Pat. No. 4,047,960.
  • it is disadvantageous that when recognizable amounts of Ta 2 0 5 - and / or Nb 2 0 5 are introduced, the formation of “charge transfer complexes” in the glass ceramic leads to undesired discoloration US 4,047,960 No information was given on pulling the green glasses into tubes and their further processing into a lamp body.
  • GB 1260933 describes glass ceramics which are suitable for applications in sodium vapor lamps. They are chemically very stable to sodium vapor and, in addition to being used as sealing materials, can also be used as parts of lamp bodies.
  • the glass ceramic is Si-free with the main components CaO and AI 2 O 3 and stable up to approx. 900 ° C.
  • the glass ceramic bodies described in GB 1260933 are not suitable for Na high pressure lamps.
  • DE 100 17 696 A1 and DE 100 17 701 C2 describe the use of glass ceramics as cover plates for radiation sources from lamps, in particular halogen lamps.
  • a method for producing lamps comprising, for example, a glass ceramic as material for the glass bulb is not known from the prior art.
  • a method has to be carried out in order to achieve a hermetically sealed bushing between the lamp bulb, for example made of glass ceramic, and a bushing material - for example a tungsten bushing.
  • the object of the invention is to overcome the disadvantages of the prior art.
  • methods are to be specified with which
  • Lighting device in particular lamps comprising glass ceramics can be produced.
  • the procedure should be carried out so that the implementation is largely hermetically sealed.
  • the object is achieved by a method according to claim 1 or claim 13 and an apparatus according to claim 31.
  • Advantageous refinements are the subject of the dependent claims.
  • the invention is to be described below on the basis of exemplary embodiments comprehensively the possible individual process steps from drawn green glass to a lamp body.
  • the steps are generally shown for specific lamp types, but are not limited to these.
  • Combinations of the steps described in the individual exemplary embodiments can be put together in a suitable manner for the construction of lamps other than those specified in the exemplary embodiment.
  • FIG 1 RAMAN spectrum of through-ceramized and glassy material
  • Figure 2 Tubular glass that can be used to produce a "backlight lamp” Figure 3a, b bulbs, as they can be used to produce an HID lamp in different embodiments.
  • glass-ceramic materials in lamp construction.
  • highly stable, transparent glass ceramics which are tailored to other requirements and which far exceed conventional glasses in use according to the prior art.
  • this is particularly the case with low-pressure lamps, e.g. B. backlight lamps, in which glass ceramics, for example, offer advantages in the field of "UV blocking" with high overall transparency.
  • glass ceramics as outer bulbs for high-pressure metal halide lamps, for example those with Al 2 O 3 ceramic burners.
  • combinations of properties can be used in the case of glass ceramics, since glass ceramics are partially crystallized glasses which use the advantageous properties of glass in combination with crystals.
  • the Crystallites are so small, for example ⁇ 1 ⁇ m, preferably ⁇ 200 nm, particularly preferably ⁇ 100 nm, so that the material, like glass, remains transparent, but causes a number of improved properties, such as high temperature resistance, high resistance to temperature changes, high mechanical strength, and high chemical resistance and high UV blocking.
  • the type, volume fraction and size distribution of the crystallites can be specifically adjusted with respect to other properties, depending on the chemical starting composition and the way the ceramization is carried out.
  • the thermal expansion coefficient should be mentioned in particular, the z. B can be adapted to an implementation material.
  • thermal expansion coefficients ⁇ 2 o / 3oo between 0 and ⁇ x 10 "6 / K, preferably between 3 x 10 " 6 / K and 5.5 x 10 "6 / K can be achieved with glass ceramics.
  • Mergers with molybdenum expansion coefficients between 4.2 x 10 "6 / K and 5.3 x 10 " 6 / K are particularly preferred.
  • expansion coefficients between 3.8 x 10 "6 / K and 5.2 x 10 " 6 / K are particularly preferred.
  • Li 2 0-SiO 2 -AI 2 ⁇ 3 glass ceramics can also be produced in such a way that they have an expansion coefficient of 0 to 2 ppm / K or preferably ⁇ 1 ppm / K.
  • This glass ceramic can then be easily adapted to common lamp glass materials such as SiO 2 , ie fused or ridden with the latter.
  • Glass ceramics for lamp construction can be in the form of tubes, which is particularly useful if the glass ceramic is used as part of a lamp. If necessary, tubes can be converted into spherical or ellipsoidal shapes. Hollow spheres or hollow ellipsoids can regardless of a previous pipe shape, can also be produced directly by blowing and pressing.
  • Glass ceramic tubes in tubular or tube-like form can also be used as outer bulbs in HID (high intensity discharge) lamps, e.g. B. high pressure
  • tubular is understood to mean a hollow body with an outer wall and at least one opening, the cross section of which is circular, whereas “tubular” corresponding cross sections of other closed geometry, eg. B. elliptical, oval or rounded-angular.
  • requirements for glass ceramics for use in lamp construction include, for example, good temperature stability with excellent transparency.
  • Tg transformation temperatures
  • Tg transformation temperature
  • the viscous flow of a glass ceramic used in lamp construction only begins at higher temperatures than with silica glass. It is particularly preferred if the glass ceramic is similarly stable or even more stable than translucent ceramics, for example those based on Al 2 O 3 . In addition to the excellent temperature stability, the glass ceramics should have a high transmission in the visible range (between 380 nm and 780 nm) with a layer thickness of 0.3 mm, for example> 75%, preferably> 80%, particularly preferably> 90%. This property is important when using glass ceramics as parts of a lamp. Glass ceramics which have a wall thickness of 1 mm in the wavelength range between 400 and 780 nm, preferably> 75%, particularly preferably> 80% transmission, are also particularly preferred.
  • Blocking means a transmission of less than 1% with a layer thickness of 0.3 mm.
  • the blocking can be achieved for wavelengths ⁇ 260 nm, preferably ⁇ 300 or ⁇ 315 or ⁇ 365 nm.
  • silica glass with a wall thickness of approximately 1-1.5 mm is currently used as the outer bulb material.
  • the silica glass is usually doped with Ce0 2 in contents of ⁇ 1% by weight.
  • the disadvantage is that the glass in the area of hard, high-energy UV C and D
  • Radiation below 300 nm still has residual transmission in the order of 10% or more. This wavelength range can be completely blocked with a high-temperature resistant multi-component material such as glass ceramic. Glass ceramics therefore provide improved UV blocking and improved fusibility or joinability with lead-through metals compared to the glasses previously used in the prior art.
  • the glass ceramic or green glass should be easily fusible with electrical ones
  • Bushings which, depending on the application, are made of molybdenum, tungsten or alloys such as Vacon 11® from CRS Holdings Inc., also known as "Kovar” designated will exist.
  • the inventive manufacturing such glass-ceramics can, '' enable a hermetic closure of an electrically and thermally conductive Met? “J” ch Entry and the piston material and problems of thermal expansion of glass and metal, are formed with respect to by different properties can be circumvented ,
  • thermal expansion coefficients ⁇ 2 o / 3 oo between 0 and ⁇ 6 x 10 "6 / K, preferably between 3 x 10 " 6 / K and 5.5 x 10 "6 / K can be achieved.
  • coefficients of expansion between 3.4 x 10 "6 / K and 4.4 x 10 " 6 / K and for mergers or joining with molybdenum expansion coefficients between 4.2 x 10 "6 / and 5.3 x 10 " 6 / K.
  • the glass ceramic can preferably be designed such that the thermal expansion of the electrode material, consisting of metal, is approximated, so that it is advantageously achieved that no leaks occur even at operating temperature during lamp operation.
  • the materials are chemically resistant, so that, for. As operations are not affected permanently in a lamp.
  • a disturbance in the halogen circuit should be avoided in particular.
  • the materials should not be penetrable by fillers, i.e. they should have good long-term tightness. Hot, pressurized fillers should not cause any corrosion.
  • the glass ceramics can be used in lamps at least in the uppermost layers of the Inner tube surface, preferably in the entire lamp bulb body, should be alkali-free and meet the highest purity requirements.
  • the ceramization takes place in a multi-stage process, which is characterized by heating ramps and holding times.
  • the maximum temperature is 1200 ° C
  • the holding times are adapted to the optimal crystallite growth - based on a given requirement profile of optical and thermal target values.
  • the crystallite size is preferably in the order of 10 to 200 nm
  • the crystal phase fraction is preferably at least 50% by volume, preferably more than 60% by volume, particularly preferably more than 70% by volume, in particular more than 80% by volume.
  • glass ceramics are to be in tube form, for example, green glass tubes that were previously drawn are converted into glass ceramics by means of ceramicization programs known to the person skilled in the art.
  • the ceramization programs are to be designed in such a way that the glass ceramic obtained is optimized for the respective application with regard to the properties required.
  • the glass ceramic properties are a consequence, in particular, of the type, amount and size of crystal, as well as the composition and properties of the residual glass. For optimal thermal stability, it can be useful to minimize the glass content within the glass ceramic and / or to adjust the composition of the residual glass phase close to the pure silica glass.
  • ceramization programs are adjusted with regard to the temperature and time regimes and matched to the desired crystal phases, as well as to the ratio of residual glass phase and crystal phase content as well as crystal litite size.
  • the surface mechanism or a depth profile for certain elements can be set by the ceramization program, whereby a desired content of alkalis can be set in the course of the ceramization in areas close to the surface, even in the fine adjustment from “low in alkali” to “alkali-free”.
  • a concentration gradient can also be built up for certain elements, which can be brought about by their incorporation into the crystal phase or by their remaining or enrichment in the residual glass phase, in particular by the formation of a glassy surface layer, the thickness of which depends on the composition of the starting glass and the Ceramization atmosphere can be determined.
  • in-situ ceramization it is also possible to ceramize directly during lamp operation (“in-situ ceramization”) by setting certain current-voltage-time profiles, which lead to heat radiation through the lamp filament, with which corresponding nucleation and crystal growth temperatures as well as heating and Allow cooling rates in the lamp body to reach.
  • Ceramization program is also, if necessary, regarding nucleation or crystal development regime adapted to the desired level of shielding from UV radiation.
  • the UV blocking properties (ie the position / slope of the absorption edge) of the glass ceramic can be tailored by a number of measures: In addition to the introduction of UV blocking additives, such as. B. Ti0 2 , there are further setting options for glass ceramics compared to glasses: for example the particle size which is adapted with regard to maximum UV scatter, and the particle size distribution. In general, the more homogeneous the size of the particles, the steeper the UV edge.
  • the glass ceramic can also be set with respect to the starting glass and the ceramization status such that the active dopant Ti is ideally distributed over the residual glass phase and crystal phase. The larger the crystal particles, the greater the UV blocking properties.
  • Particle sizes in the range 10-100 nm are preferred, with a monomodal particle distribution being preferred and preferably at least 60% of the particles present being within this size range, the proportion of crystal phase in the total volume preferably being at least 50% by volume and at most 90% by volume. % is.
  • the UV blocking can be adjusted.
  • the ceramicized tube is superior to a non-ceramicized tube of the same composition, ie its green glass tube, in terms of UV blocking properties. It is therefore extremely suitable for the uses according to the invention.
  • Ceramization regimes are also possible to generate a hermetically sealed transition from glass to an electrical feedthrough. It is conceivable that shrinkage of the material during the ceramization Develop favorable stress conditions (axial / radial) and thus provide a hermetically sealed connection.
  • glass ceramic materials that are adapted in terms of their thermal expansion (preferably both in the glassy and in the ceramicized state)
  • more massive metal bushings instead of very thin Mo sheets, used e.g. in halogen lamps based on silica glass
  • a state in which the lamp “seals itself” during operation can also be set by suitable ceramization or the use of suitable heating methods for shaping the starting glass.
  • GC Alkali-free glass ceramics
  • AF-GC Alkali-free glass ceramics
  • 35-70 preferably 35-60 Si0 2
  • P 2 O 5 preferably ⁇ 4% by weight
  • the glass ceramics are characterized by the main crystal phases spinel, sapphirine, high quartz mixed crystal (HQMK), alpha quartz, cordierite and corresponding mixed crystals (in particular Zn spinels / sapphirine; Mg / Zn-HQMK).
  • a crystal phase is to be referred to as the main crystal phase, the proportion of which in the sum of all crystal phases is greater than 5% by volume.
  • Secondary crystal phases are those crystal phases whose share in relation to the sum of all crystal phases is less than 5% by volume.
  • llmenite M 2+ Ti0 3
  • llenorutile M 3+ x Ti 4+ y
  • rutile M 4+ ⁇ Tiy0 2 ⁇ + 2 y
  • M denotes a metal.
  • the metal M can be selected from the following group:
  • Fe or other transition metals such as Cu, Mn, Co, Ni, which form divalent cations. If these metals are not included in the synthesis, they can be entered into the glass as impurities via the raw materials.
  • Form cations such. B. Nb or Ta, such as. B. (Ti, Nb, Fe 3+ ) 3 0 6 or (Ti, Ta, Fe 3+ ) 3 O 6
  • Calcium-containing crystal phases such as. B. anorthite (CaAI 2 Si 2 O 8 ) or calcium phosphate (especially apatite), are undesirable because of their known opacifying effect and low chemical resistance as main crystal phases, the formation of which is determined by the amounts Avoided phosphorus oxide and calcium oxide in the glass ceramic.
  • Main crystal phases made from aluminum niobate and / or aluminum tantalate and / or aluminum niobate tantalate are also undesirable. Less than 5% by weight of niobium and / or tantalum oxide is preferably used in the starting melt.
  • compositions (in% by weight) based on oxide are used as alkali-containing glass ceramics, referred to as “AH-GC”, for example when used as low-pressure discharge lamps, in particular as “backlighf lamps for use in TFT displays:
  • 0-4 common refining agents are e.g. B. Sn0 2, Ce0 2 , S0 4 , Cl, As 2 0 3,
  • the glass ceramics are characterized by the main crystal phases HQMK (high quartz mixed crystal), keatite.
  • Both types of glass ceramics mentioned above can also be used with particular preference as outer bulbs for metal halide high-pressure discharge lamps.
  • High-halogen halide high-pressure discharge lamps with a CDM-Tc type silica glass bulb are described, for example, on the Philips website at www.philips.com. The content of the disclosure of these documents is fully incorporated into the present application.
  • compositions are to be regarded as examples of the glass ceramics indicated.
  • Example 1 describes compositions of alkali-containing glass ceramics which have proven to be advantageous in tube drawing tests and which can be used in tube form in lamp construction:
  • the thermal expansion changes from 3.9 ppm / K for the green glass to a value ⁇ 1 ppm / K for the ceramized glass, i. H. the glass ceramic.
  • Example 2 describes compositions of an alkali-free glass ceramic which is suitable in tube form for use in lamp construction: % By weight component
  • the ceramization changes the thermal expansion from 2.8 ppm / K for green glass to 3.8 ppm / K for glass ceramics.
  • compositions given above are compositions of the starting glass, but are retained even after the ceramization.
  • the thermal stability of the glass ceramic can be modified by synthesis and different ceramization programs.
  • the viscosity of the material as a function of temperature can be used to assess the stability.
  • the glass ceramics are superior to the aluminosilicate glass. Furthermore, by adjusting the ceramization conditions, glass ceramics with different optical properties can be produced from the same starting glass, in particular with regard to the UV edge position.
  • the starting glasses of the glass ceramics can be produced by melting at a temperature 1, refining at a temperature 2, the temperature 2 being higher than the temperature 1, and then working out in a crucible in a one-step process.
  • a two-stage process in a first step, the two-stage process is carried out at high temperatures, for example 1650 ° C., after which, in a second step, it is melted again, refined and worked out.
  • Step 1 of the two-stage process should be carried out in a silica glass crucible, step 2 then being able to be carried out in the platinum crucible.
  • the remelting can be carried out for two hours, followed by refining at 1450 ° C for twelve hours and then at 1500 ° C for four hours.
  • the nozzle is "melted free” with a burner, with some of the glass ceramic starting glass being discarded.
  • the hot molding is then carried out at, for example, 1475 ° C.-1485 ° C.
  • the resulting glass ceramic tube is heated to 1080 ° C. by means of a subsequent muffle furnace It is important to form tubes in the nozzle located needle, which can protrude up to 10 mm from the nozzle.
  • a suitable inner diameter of the nozzle can be 35 mm.
  • Suitable tube dimensions for the glass ceramics obtained are, for example: total diameter of 8 mm with 1 mm wall thickness and 6 mm tube inner diameter, which can be obtained at take-off speeds of approximately 34 cm / min; Total diameter of 10.5 mm with 1.2 mm wall thickness, to be obtained at take-off speeds of approximately 16 cm / min; Overall diameter of 13.5 mm with a wall thickness of 1.2 - 1.4 mm, which can be obtained at take-off speeds of around 10 cm / min.
  • the indication of the total diameter should in no way be understood as restricting the procedure. With only a few steps modified processes, in particular the use of drawing speeds below 10 cm / min and the use of optimized drawing nozzles, drawing muffle and drawing needle design, it is also possible to process outer diameters up to 25 mm or more crystal-free.
  • a green glass tube is first drawn, tapered or melted. Then the tube melted on one side is fitted and the bushing is melted down. The green glass lamp body that is still present after the bushing is melted is then partially or completely ceramized.
  • a green glass tube is tapered on one side in a conventional burner flame, for example, or - if no vacuum is required in the outer bulb - completely melted off.
  • the tapering or melting takes place either by heating a terminal tube or by Heating in the middle of the pipe and pulling apart or twisting the pipe apart.
  • the melting time As well as the geometry and gas and. 0 2 or air exposure to the burner flame, the melting takes place without the occurrence of uncontrolled crystallization phenomena, ie the tube is still in the desired green state after melting.
  • the green glass tube which is open on one side, is equipped with a discharge body (in the case of an HID lamp formed from silica glass or translucent ceramic) and the metal feeds located thereon are melted into the outer bulb green glass, if necessary after the outer bulb has tapered.
  • a discharge body in the case of an HID lamp formed from silica glass or translucent ceramic
  • the metal feeds located thereon are melted into the outer bulb green glass, if necessary after the outer bulb has tapered.
  • the green glass is brought to suitable temperatures and pressed against the metal electrodes, for example with a pressing device.
  • the green glass's thermal expansion is matched to the metal of the bushing, for example W or Mo. If this is not the case, thin wires, e.g. B. with a diameter of ⁇ 1 mm, preferably ⁇ 0.5 mm or thin foils of thickness ⁇ 100 microns with the green glass tension-free and hermetically sealed. This is also a possible measure if the ceramicization causes an expansion that does not match the metal
  • the glass of the composition in the green state has a thermal expansion matched to tungsten and can therefore be fused with it without stress
  • the still open but tapered tube end can be melted off by applying a vacuum.
  • the ceramization of the entire lamp structure can either be complete or partial, i.e. H. done partially. What is meant here is that the body remains locally green with a transition zone into a fully ceramicized area. The latter is partially crystallized by the temperature / time treatment (see definition at the beginning).
  • the partial ceramization is particularly preferred when the ceramization produces a glass ceramic material which in the green state was tightly fused to the metal, but by the
  • Ceramization changes the coefficient of expansion of the material significantly. This is the case, for example, with the glass ceramic according to exemplary embodiment 1.
  • the thermal expansion coefficient of the green glass largely corresponds to the expansion coefficient of the material of the bushing, for example tungsten. If the green glass is ceramized, the coefficient of expansion changes, as can be seen from the table for exemplary embodiment 1.
  • the ceramization is preferably carried out in the areas which do not form the bushing if the coefficient of expansion of the green glass largely corresponds to that of the metal of the bushing.
  • the coefficient of expansion of the green glass largely corresponds to that of the metal of the bushing.
  • the lamp body in the area of the fusion ie the implementation, has the character of a hard glass (Tg> 650 ° C.) in the hot area, however the required very high temperature stability> 800 ° C and UV blocking, due to the fact that there is ceramicized material in the form of a glass ceramic.
  • Lamp body the maximum ceramization temperatures less than 1100 ° C.
  • the lamp body here the lamp bulb
  • the lamp body is rotated about its axis during the ceramization. In a further particular embodiment, this is done by mounting the lamp on a gas levitation bed.
  • the lead-through area is z. B. partially cooled by blowing with air or embedding in water and thus the implementation area in the green state - kept.
  • a glass ceramic is preferably selected whose thermal expansion coefficient is as close as possible to the expansion of the
  • Implementation material is adapted.
  • the glass of the composition according to Example 2 may be mentioned, the ceramized shape of which has the desired elongation of z. B. has tungsten wire.
  • a hermetically sealed, low-stress feedthrough can be realized analogously to the case of the fusion of green glass with metal with a suitable choice of the ratio wire thickness / glass thickness.
  • a ratio of wire thickness to glass thickness of at least 1: 2, advantageously at least 1: 5, particularly preferably of at least 1:10 perpendicular to the direction of execution is recommended.
  • both sides of the bulb - after insertion of the discharge vessel - are fused with the metal feeder attached to the discharge vessel.
  • a pump stem possibly also made of green glass, is melted onto the green glass piston tube on the outer bulb. After the metal is melted, vacuum is generated in the inner piston via the pump handle and the latter is melted down again. The ceramization takes place in a manner as described above.
  • halogens - as liquids when cooling the lamp body or in the gaseous state under pressure - are introduced or pressed into the lamp body.
  • the filled lamp bulb can then be completely or partially ceramized as described above.
  • green glass tubes made of material with the composition according to Example 1 can be partially ceramized.
  • a piece of pipe (outside diameter ⁇ 4 mm to 14 mm; wall thickness approx. 0.5 mm) with a length of approx. 300 mm was placed in a pipe furnace.
  • the heating zone has an extension of approx. 23 cm, but can optionally be extended or shortened.
  • a folding tube furnace with open heating elements (length 200 mm) is used.
  • the sample chamber is formed by a quartz glass tube (length 400 mm) with inserted AI 2 O 3 ceramic tube (length 230 mm).
  • the ceramic tube supports the selective heating of the samples by its absorber effect for the radiation of the heating elements.
  • the edges of the heating zone thus become relatively sharp, so that the temperature drops drastically by up to 200 ° C. in a range from 5 mm to 15 mm, particularly preferably ⁇ 10 mm.
  • the gradient can be influenced even further by varying the external cooling or letting the pipe ends (one-sided / two-sided) protrude from the furnace.
  • the transition area from glass to glass ceramic can be extended by changing the ceramic tube (diameter, holes, length) in order to reduce tension in thick-walled tubes.
  • the temperature homogeneity in the heated area is very high and is in the range of ⁇ 20 K, ideally ⁇ 10 K.
  • a tube sample that is open on one or both sides is positioned in the tube furnace in such a way that the open ends / the open end protrudes from the heating zone and can be cooled with outside air in a controlled manner.
  • FIG. 2 shows a tubular glass that can be used to produce a “backlighf lamp”.
  • the central part, designated 20, is ceramicized.
  • the metal wires 24.1, 24.2 of the bushings are already inserted into the two open ends 22.1, 22.2.
  • the green glass is selected such that the coefficient of expansion of the green glass largely corresponds to the coefficient of expansion of the metal wire 24.1, 24.2. Appropriate guidance of the ceramization ensures that the central part 20 of the “backlighf lamp has a high UV-A blocking.
  • a Li are 2 0-AI 2 ⁇ 3 -Si ⁇ 2 ceramic material and used as the implementation of tungsten. It appears, that with a suitable choice of tube dimensions with a diameter of ⁇ 5 mm, preferably ⁇ 3 mm and an oven gradient of> 120 ° C, the transition from the glassy end region 22.1, 22.2 to the ceramicized central part 20 can be largely stress-free, which means that the tube in the Transition area is sufficiently unbreakable. If the transition area is to be very short, this can be accomplished by local furnace cooling or by thermal insulation of the end piece from the remaining piece to be ceramized.
  • outer bulbs can also be provided for HID lamps contacted on one side.
  • the outer bulbs of such HID lamps in section are shown in FIGS. 3a and 3b.
  • FIG. 3a also shows the burner system 1002, which can be designed as an A ⁇ Os burner.
  • the burner system 1002 is attached to a nipple 1004.
  • the nipple 1004 results when the pump stem is melted after applying the vacuum that exists in the outer bulb.
  • the so-called former fusion point then acts as the upper fixed point of the burner system 1004, which is opposite z.
  • B. a W filament in a halogen lamp has a significantly larger mass, so that a fixation in the outer bulb is advantageous.
  • the lead and lead wires are stiff enough to hold the torch, but greater safety and reproducibility in positioning the torch is obtained when an extension 1010 of the lead wire 1008 is anchored at the top on the nipple 1004.
  • the outer bulb 1000 is partially ceramized, namely that a glass ceramic 1000.1 is formed in the area of the burner system 1002, whereas the outer bulb 1000 is a green glass 1000.2 in the area of the bushings.
  • the metal feeds on it are melted into the outer bulb green glass 1000.2, if necessary after the outer bulb has tapered.
  • the green glass is brought to suitable temperatures and pressed against the metal electrodes, for example with a pressing device.
  • FIG. 3b shows an outer bulb 1000 without a holder 1004 for a burner system.
  • the same components are identified with the same reference numbers.
  • the material can be completely ceramized and this already completely transparent ceramized material can subsequently be fused with metals.
  • the open end of a ceramic tube melted on one side is brought into contact with a tungsten wire and melted over a gas flame.
  • the glass ceramic locally melts again to form green glass, which, for example in the case of Li2 ⁇ -Al 2 ⁇ 3-Si0 2 glass ceramics, connects hermetically tight to the tungsten wire.
  • the burner flame can e.g. B. be designed so that a central, very hot punctiform area> 1500 ° C is embedded in a wide burner tail that does not exceed 700 ° C. In this way, transition regions with low stress states can be generated which have sufficient mechanical breaking strength.
  • the flame must have a suitable characteristic for this, characterized by a wide warm area (T less than approx. 700 ° C.) which encloses a hot local area.
  • the feed-through wire to be fused lies within the ceramic tube, which is underneath
  • Ceramic pipes can also be used without their direct melting with metal bushings.
  • a base plate with suitable bushings is provided, the base plate being made, for example, from tempered glass, silica glass or also from glass ceramic.
  • the connection to the piston can be made by direct fusion or by using suitable frits, ceramicizing solders or transition glasses. The separation of the glass ceramic bulb from the metal melt is advantageous in terms of a high production yield and process reliability / transparency
  • the ceramization can also take place in lamp operation itself.
  • for. B uses the thermal radiation emitted by the tungsten filament in type A applications or the residual heat prevailing in the interior of an outer bulb in type B applications to partially ceramize the bulb in situ.
  • a lamp operating cycle corresponding to the external ceramization process should be run, for example, in order to achieve the desired one
  • melting can also be done optically.
  • One such method is kIR technology.
  • kIR denotes short-wave infrared radiation.
  • DE 199 38 807 describes the use of KLR radiation to form glass parts from a glass item, but is preferably shown on flat glass plates.
  • DE 199 38 808, DE 199 38 811 and DE 101 18260 describe the use of kIR radiation for heating semi-transparent glass-ceramic starting glasses, but without reference to round shapes or glass-metal melts.
  • An advantage of using kIR radiation compared to using a normal gas flame in connection with the lamp body shaping as described in this application lies in the very rapid and local heating of the glass items. For example, a simple one can be done very quickly and locally
  • a particular advantage of using optical radiation, such as klR radiation in the field of lamp construction, is the targeted setting of
  • the composite is conventionally heated up to about Tg of the glassy partner.
  • the ceramization is carried out after switching over the flame heating to kIR radiation, the metal, here the tungsten wire, being hardly heated or cooled externally.
  • the green glass changes into zero-stretching glass ceramic, with a crystallization shrinkage of the order of magnitude of ⁇ 5%.
  • this process only lasts for a short time, preferably ⁇ 15 min.
  • the composite is very quickly, ideally shock-cooled, and at the end of the process step there is a stress-free metal-glass ceramic composite of a zero-expanding glass ceramic with a W wire. If this composite is heated to operating conditions, the composite seals itself further due to expansion of the W-wire, making it particularly tight for gases under pressure inside a piston.
  • AH-GC alkali-containing glass ceramic
  • Example 2 Another advantage of the materials mentioned in this application, namely in particular the alkali-containing glass ceramic (AH-GC), which also includes Example 2, is that different crystal phases depending on the ceramization conditions (HQMK) and / or keatite or mixture of these phases can be obtained. This enables the thermal expansion to be set in a range from 0 to 2 ppm / K. In this way it is possible, depending on the choice of the ceramization conditions, to obtain an expansion adapted to the material of the bushing, for example an expansion adapted to the expansion of W.
  • HQMK ceramization conditions
  • an AF-GC glass ceramic which includes a glass ceramic according to exemplary embodiment 2, it is also possible again to set different crystal phases due to different ceramization conditions and thus also the coefficient of thermal expansion in the range between 2 to 6 ppm / K im Glass ceramic / metal feedthrough area.
  • the part of the body that surrounds the illuminant can be a glass ceramic that is transparent, but in the area of the lead-through, a translucent glass ceramic is produced by post-ceramization or another type of ceramization, the expansion behavior of which is adapted to the material of the lead-through.

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Abstract

The invention relates to a method for producing a luminous device comprising at least one body which surrounds an illuminant and into which a current supplying device is introduced. Said method comprises the following steps: a current supplying device is inserted into the body comprising at least one open end and consisting of a glass composition, at the at least one open end thereof; the at least one open end of the body is melted with the current supplying device and/or the current supplying unit and/or is joined to the current supplying device and/or the current-supplying unit; and the body is partially or fully ceramised.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Leuchtvorrichtung umfassend eine Glaskeramik Method for producing a lighting device comprising a glass ceramic
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtvorrichtung oder von Bauteilen einer Leuchtvorrichtung, insbesondere ausgehend von Glaskeramikgrünglas. Die Glaskeramiken, die aus dem Glaskeramikgrünglas erhalten werden, weisen bevorzugt die Form eines Glaskeramikrohrs auf. Der Einsatz kann in vielfältigen Anwendungsbereichen bzw. in vielfältigen Typen von Lampen erfolgen, beispielsweise im Bereich der allgemeinen Beleuchtung oder der Automobilbeleuchtung bzw. in Temperaturstrahlern, wie Halogenlampen oder Glühlampen bzw. in Hochdruckoder Niederdruckentladungslampen. Insbesondere können die Glaskeramiken auch miniaturisiert zum so genannten „Backlighting" im Zusammenhang mit der Hintergrundbeleuchtung von Flachbildschirmen eingesetzt werden. Ebenso eignen sich die erfindungsgemäßen Glaskeramiken bevorzugt als Außenkolben für Hochdruck-Metallhalogenid-Entladungslampen z. B. solche, mit Brennern aus Al203 Keramik, wobei der Lampenkolben aus der erfindungsgemäßen Glaskeramik den Raum um den Brenner gegenüber der Außenatmosphäre abtrennt.The present invention relates to a method for producing a lighting device or components of a lighting device, in particular starting from glass ceramic green glass. The glass ceramics which are obtained from the glass ceramic green glass preferably have the shape of a glass ceramic tube. They can be used in a wide range of applications or in a wide variety of types of lamps, for example in the field of general lighting or automotive lighting or in temperature radiators such as halogen lamps or incandescent lamps or in high-pressure or low-pressure discharge lamps. In particular, the glass ceramics can also be used in miniaturized form for backlighting in connection with the backlighting of flat screens. The glass ceramics according to the invention are also preferably suitable as outer bulbs for high-pressure metal halide discharge lamps, for example those with burners made of Al 2 O 3 Ceramic, wherein the lamp bulb made of the glass ceramic according to the invention separates the space around the burner from the outside atmosphere.
Bei herkömmlichen Beleuchtungsquellen wie Glühlampen, Halogenlampen und Gasentladungslampen haben die transparenten Kolben, bevorzugt aus Glas oder transluzenter Keramik in gestreckt zylindrischer oder gedrungen - bauchiger Form, im Wesentlichen zwei unterschiedliche Aufgaben, wie unten beschrieben.In conventional lighting sources such as incandescent lamps, halogen lamps and gas discharge lamps, the transparent bulbs, preferably made of glass or translucent ceramic in a stretched cylindrical or compact bulbous shape, essentially have two different tasks, as described below.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden Lampen bzw. Anwendungen definiert , bei denen der Glaskolben als erste Umhüllende der lichtemittierenden Einheit, beispielsweise des Filamentes, und/oder als hermetisch dichter Körper für Schutz- bzw. Entladungsgase verwandt wird. Diese Anwendungen werden in der vorliegenden Anmeldung als Typ A-Anwendungen bezeichnet.Within the scope of the present invention, lamps or applications are defined in which the glass bulb is used as the first envelope of the light-emitting unit, for example of the filament, and / or as a hermetically sealed body for protective or discharge gases. These applications are referred to as Type A applications in the present application.
Anwendungen vom Typ A sind Anwendungen bei denen die Glaskolben die erste Umhüllende der lichtemittierenden Einheit darstellen. Hierunter fallen insbesondere Lampen des Typs „Glühbirne" oder „Halogenstrahler" in denen eine stromdurchflossene und dadurch stark erhitzte Wolframwendel Licht aussendet, beispielsweise Glühbirnen oder Halogenstrahler. Zur Erhöhung der Lebensdauer sowie Steigerung der Lichtausbeute werden bei derartigen Lampen die Kolben mit „schweren" Gasen wie Krypton, Argon oder Xenon befüllt. Im Falle vonType A applications are applications in which the glass bulb is the first envelope of the light-emitting unit. This includes in particular lamps of the type “light bulb” or “halogen spotlight” in which a current-carrying and therefore strongly heated tungsten filament emits light, for example light bulbs or halogen spotlights. In order to increase the service life and increase the luminous efficacy, the bulbs of such lamps are filled with “heavy” gases such as krypton, argon or xenon
Halogenlampen sind dies Halogenide, welche von der Wendel abdampfendes Wolfram von den kälteren Kolbeninnenwänden wegführen und dieses an der Wolframwendel wieder abscheiden. Dies bezeichnet man als Halogenkreislauf. Mit Hilfe von Halogenzusätzen ist es möglich, innerhalb einer bestimmten Temperaturspanne die Kolbenschwärzung, bedingt durch abdampfendeHalogen lamps are halides that guide tungsten that evaporates from the filament away from the colder inner walls of the bulb and separate it again on the tungsten filament. This is known as the halogen cycle. With the help of halogen additives, it is possible to reduce the bulb blackening within a certain temperature range due to the evaporation
Wolframatome, und die mit ihr einhergehende Lichtstromabnahme praktisch völlig zu unterbinden. Deshalb kann bei Halogen-Glühlampen die Kolbengröße stark verkleinert werden, wodurch einerseits der Füllgasdruck erhöht werden kann und andererseits der wirtschaftliche Einsatz der teuren Edelgase Krypton und Xenon als Füllgas ermöglicht wird.Tungsten atoms, and practically completely prevent the associated decrease in luminous flux. For this reason, the bulb size of halogen incandescent lamps can be greatly reduced, which on the one hand increases the filling gas pressure and on the other hand enables the expensive noble gases krypton and xenon to be used economically as the filling gas.
In einer alternativen Ausgestaltung einer Anwendung vom Typ A bildet der Glaskolben den Reaktionsraum einer Gasentladung. Der Glaskolben kann zusätzlich als Träger von lichtkonvertierenden Schichten fungieren. Derartige Lampen sind beispielsweise Niederdruck-Fluoreszenzlampen sowie Hochdruck- Gasentladungslampen. In beiden Fällen werden flüssig oder gasförmig eingebrachte Stoffe - oftmals Quecksilber (Hg) und/oder Xenon (Xe) und/oder Neon (Ne), durch Bogenentladung zwischen zwei in den Kolben ragenden Elektroden angeregt und zu stimulierter Emission, meist im UV- Bereich gebracht. Bei Niederdrucklampen, beispielsweise bei Backlightlampen, werden die diskreten UV Linien durch Fluoreszenzschichten teilweise in sichtbare konvertiert. Bei Mitteldruck- und Hochdruckentladungslampen werden die Füllgase unter hohen Druck bis 100 bar oder mehr gesetzt. Durch Stosseffekte sowie Bildung von Molekülen, z. B. von Hg entarten die diskreten Linien zu Emissionsbanden mit der Konsequenz, dass quasi weißes Licht abgegeben wird. Hinzu kommen optisch aktive Stoffe, beispielsweise Halogenide der seltenen Erden, insbesondere Dysprosium - Halogenide, oder Alkali-Halogenide, welche fehlende spektrale Anteile auffüllen und die Farbechtheit erhöhen Die Abhängigkeit der Weißqualität vom Druck wird in Derra et al. in „UHP- Lampen: Lichtquellen extrem hoher Leuchtdichte für das Projektionsfernsehen", Phys. Bl. 54 (1998) Nr.9 817-820 beschrieben. Der Offenbarungsgehalt dieser Veröffentlichung wird vollumfänglich in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung mitaufgenommen.In an alternative embodiment of an application of type A, the glass bulb forms the reaction space of a gas discharge. The glass bulb can also act as a carrier for light-converting layers. Such lamps are, for example, low-pressure fluorescent lamps and high-pressure gas discharge lamps. In both cases, liquid or gaseous substances - often mercury (Hg) and / or xenon (Xe) and / or neon (Ne) - are excited by arc discharge between two electrodes protruding into the bulb and stimulated emission, mostly in the UV range brought. In the case of low-pressure lamps, for example in the case of backlight lamps, the discrete UV lines are partially converted into visible ones by means of fluorescent layers. In the case of medium-pressure and high-pressure discharge lamps, the filling gases are put under high pressure up to 100 bar or more. By impact effects and the formation of molecules, e.g. B. from Hg, the discrete lines degenerate into emission bands with the consequence that quasi white light is emitted. In addition, there are optically active substances, for example halides of the rare earths, in particular dysprosium halides, or alkali halides, which lack spectral Fill up portions and increase color fastness. The dependence of white quality on printing is described in Derra et al. in "UHP lamps: light sources of extremely high luminance for projection television", Phys. Bl. 54 (1998) No. 9 817-820. The disclosure content of this publication is fully incorporated into the disclosure content of the present application.
Bei Anwendungen des Types B - dient der Glaskolben als zweite Umhüllende beispielsweise zur thermischen Kapselung der eigentlichen lichtemittierenden Einheit und/oder zum Bruch/ Explosionsschutz bzw. zum Schutz von Materialien und dem Lampenanwender vor schädlichen Strahlen, insbesondere vor UV-. Strahlen.In type B applications, the glass bulb serves as a second envelope, for example for thermal encapsulation of the actual light-emitting unit and / or for breakage / explosion protection or for protecting materials and the lamp user from harmful rays, in particular from UV rays. Rays.
Anwendungen des Typs B betreffen beispielsweise Hochdruckentladungslampen. Die Brenner von Hochdruckentladungslampen, gefertigt aus Kieselglas oder transluzenter Keramik (z.B. AI2O3, YAG- Keramiken), werden auf möglichst hohen Betriebstemperaturen bis 1000°C bzw. darüber betrieben. Je höher die Betriebstemperaturen sind, desto höher ist der Farbwiedergabeindex und die Wirksamkeit und umso geringer sind Unterschiede der Lichtqualität von Lampe zu Lampe.Type B applications relate, for example, to high-pressure discharge lamps. The burners of high-pressure discharge lamps, made of silica glass or translucent ceramics (eg Al 2 O 3 , YAG ceramics), are operated at the highest possible operating temperatures up to 1000 ° C or above. The higher the operating temperatures, the higher the color rendering index and the effectiveness and the smaller the differences in light quality from lamp to lamp.
Zur thermischen Isolation des Entladungsgefäßes wird um den eigentlichen Reaktionskörper ein zweiter Glas-Hüllkolben gestülpt, wobei der Raum dazwischen meist bzw. im wesentlichen evakuiert ist. Der Hüllkolben ist zudem mit UV blockenden Komponenten dotiert.For the thermal insulation of the discharge vessel, a second glass envelope bulb is placed around the actual reaction body, the space in between being mostly or essentially evacuated. The envelope bulb is also doped with UV blocking components.
Soll eine Hochdruckentladungslampe ohne weitere Schutzvorkehrungen direkt in einer Lampenfassung betrieben werden, d. h. ist die Lampe nicht in eine Leuchte mit Abdeckscheibe integriert, wie von Aufbauten von Niedervolt-Halogenstrahlern bekannt, so werden zwischen Hüllkolben und Entladungskolben weitere zylindrische transparente Elemente eingefügt die als Explosionsschutz dienen sollen. Aufgrund der unterschiedlichen Einsatzgebiete ergeben sich unterschiedliche Anforderungen an die verwendeten Kolbengläser für Gläser bei Typ A- und Typ B- Anwendungen.If a high-pressure discharge lamp is to be operated directly in a lamp holder without further protective measures, i.e. if the lamp is not integrated in a luminaire with a cover plate, as is known from superstructures of low-voltage halogen lamps, further cylindrical transparent elements are inserted between the envelope bulb and the discharge bulb, which are to serve as explosion protection , Due to the different areas of application, there are different requirements for the piston glasses used for glasses in type A and type B applications.
Typ A-Anwednungen erfordern thermisch sehr stabile Materialien, beispielsweise Gläser, welche sich unter den Belastungen der räumlich nahen Wolframwendel bzw. den hohen Betriebstemperaturen unter Druck, insbesondere der hohe Druck, der sich bei HID (High intenisty discharge) ergibt, nicht verformen. Die Glaskolben stehen zudem unter Innendruck zwischen 2 und ca. 30 bar bei Halogenlampen bzw. bis ca. 100 bar oder mehr bei HID-Lampen. Die Kolben müssen des weiteren chemisch sehr inert sein, d. h., sie dürfen im Kontakt mit den Füllstoffen nicht reagieren. Dies bedeutet, dass keine Komponenten aus dem Glas an die Umgebung abgeben werden dürfen, insbesondere keine Alkalien oder OH-Ionen bzw. H2O. Des weiteren ist es vorteilhaft, wenn die transparenten Materialien dauerhaft hermetisch dicht mit den Zuführungsmetallen verschmolzen werden können. Insbesondere sollen die Glaskolben mit W oder Mo - Metall oder mit Fe- Ni-Co Legierungen (z.B. Kovar.Alloy 42) verschmolzen werden können. Des weiteren sollen die derart verschmolzenen Durchführungen auch gegenüber Temperaturwechselzyklen stabil sein.Type A applications require thermally very stable materials, for example glasses, which do not deform under the loads of the spatially close tungsten filament or the high operating temperatures under pressure, in particular the high pressure which results from HID (high intensity discharge). The glass bulbs are also under internal pressure between 2 and approx. 30 bar for halogen lamps or up to approx. 100 bar or more for HID lamps. The pistons must also be chemically very inert, ie they must not react in contact with the fillers. This means that no components from the glass may be released into the environment, in particular no alkalis or OH ions or H 2 O. Furthermore, it is advantageous if the transparent materials can be permanently hermetically sealed with the feed metals. In particular, the glass bulb should be able to be fused with W or Mo metal or with Fe-Ni-Co alloys (eg Kovar.Alloy 42). Furthermore, the bushings fused in this way should also be stable with respect to temperature change cycles.
Kalte Lampentypen wie Niederdruck-Lampen erfordern vergleichsweise geringere thermische Belastbarkeiten der Durchführungen. Werden derartige Niederdruck- Lampen aber als „Backligh -Lampenkörper eingesetzt, so ergeben sich besondere Anforderungen an die UV-Blockung.Cold lamp types such as low pressure lamps require comparatively lower thermal load capacities of the bushings. However, if such low-pressure lamps are used as “backligh lamp bodies, there are special requirements for UV blocking.
„Backlighf-Lampen sind Niederdruck-Entladungslampen, die miniaturisiert in TFT („thin film transistor")-Displays beispielsweise für Bildschirme, Monitore, TV-Geräte zur Hintergrundbeleuchtung eingesetzt werden können. Hierfür wurden bisher Multikomponenten-Gläser auf Silicatbasis eingesetzt. Bei Verwendung als „Backlighf-Lampe wird an das Abschirmen von UV-Licht durch das Glas der Lampe selbst hohe Anforderungen gestellt, da andere Komponenten insbesondere solche aus Kunststoff, in den Flachbildschirmen rasch altern und degenerieren."Backlighf lamps are low-pressure discharge lamps that can be miniaturized in TFT (" thin film transistor ") displays, for example for screens, monitors, TV sets, for backlighting. For this, multicomponent glasses based on silicate have previously been used “Backlighf lamps place high demands on the shielding of UV light through the glass of the lamp itself, as other components especially those made of plastic, quickly age and degenerate in the flat screen monitors.
Bei Typ B-Anwendungen sind die Anforderungen an die Temperaturbelastbarkeit und die chemische Zusammensetzung/Resistenz im allgemeinen niedriger als bei Typ A-Anwendungen. So herrschen beispielsweise bei einer HID Lampe Außenkolbentemperaturen von ca. 300 - 700°C abhängig vom Abstand des Hot- Spots des Brenners vom Kolben. Entsprechend ist der Durchführungsbereich deutlich kälter als das dem Brenner direkt benachbarte Kolbenvolumen. Abhängig von der Leistungsabgabe des Brenners und bei sehr kleinen Abständen des Hotspots von der Kolbeninnenwand können auch durchaus Wandtemperaturen bis 800°C oder darüber vorherrschen.Wie oben beschrieben, sollten diese Kolben eine hohe UV Blockung, insbesondere bei „Backlighf-Anwendungen, aufweisen. Weiterhin stellt sich auch hier das Problem der Dichtigkeit der Durchführung. Es ist jedoch nicht zwingend, dass die Durchführung gegenüber chemischen Reagenzien inert ist.In type B applications, the requirements for temperature resistance and chemical composition / resistance are generally lower than in type A applications. For example, with an HID lamp, the outside bulb temperature is around 300 - 700 ° C depending on the distance between the hot spot of the burner and the bulb. Accordingly, the bushing area is significantly colder than the piston volume directly adjacent to the burner. Depending on the output of the burner and if the hotspot is very close to the inside wall of the piston, wall temperatures of up to 800 ° C or above can also prevail. As described above, these pistons should have a high UV blocking, especially in “backlighf applications”. Furthermore, there is also the problem of the tightness of the implementation. However, it is not imperative that the procedure be inert to chemical reagents.
Als Materialien für Glaskolben bei Anwendungen vom Typ A werden im Stand der Technik Weichgläser für Glühbirnen, alkalifreies Hartglas für Automobil- Halogenlampen bzw. Kieselglas für Halogenlampen oder HID Lampen für dieIn the prior art, materials for glass bulbs in type A applications are soft glasses for light bulbs, alkali-free hard glass for automotive halogen lamps or silica glass for halogen lamps or HID lamps for
Allgemeinbeleuchtung bzw. die Studiobeleuchtung verwendet. Diesbezüglich wird auf Heinz G. Pfaender: SCHOTT Glaslexikon, mvg-Verlag, Seiten 122-128 verwiesen oder auch die Patente DE 19747 355 C1 , DE 197 58481 C1 , DE 197 47 354 C1 deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird.General lighting or studio lighting used. In this regard, reference is made to Heinz G. Pfaender: SCHOTT Glaslexikon, mvg-Verlag, pages 122-128 or patents DE 19747 355 C1, DE 197 58481 C1, DE 197 47 354 C1, the disclosure of which is fully incorporated in the present application.
Höchstleistungsentladungslampen verwenden alternativ zu Kieselglas im Stand der Technik auch transluzentes Aluminiumoxid, welches bis 1100°C oder darüber belastbar ist. Betreffend Höchstleistungsentladungslampen wird beispielsweise auf die EP 748 780 B1 oder Krell et al: Transparent sintered corundum with highAs an alternative to silica glass in the prior art, high-power discharge lamps also use translucent aluminum oxide which can be loaded up to 1100 ° C. or above. With regard to high-power discharge lamps, for example, EP 748 780 B1 or Krell et al: Transparent sintered corundum with high
Hardness and Strength in J. Am. Ceram. Soc. 86(4) 546-553 (2003) verwiesen, deren Offenbarungsgehalt voll umfänglich in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird.Hardness and Strength in J. Am. Ceram. Soc. 86 (4) 546-553 (2003), the disclosure content of which is fully incorporated in the present application.
In kalten Niederdrucklampen kann als Glaskolbenmaterial vergleichsweise weiches Glas, beispielsweise Borosilicatglas, verwandt werden.In cold, low-pressure lamps, comparatively soft glass, for example borosilicate glass, can be used as the glass bulb material.
Als Materialien der Glaskolben für Typ B-Anwendungen kommt derzeit überwiegend Kieselglas bzw. Multikomponentengläser z. B. des Typs Suprax (SCHOTT Typ 8655 bzw. DURAN-Glass der Fa. SCHOTT GLAS Mainz ) zum Einsatz.The materials used for the glass bulb for type B applications are currently mainly silica glass or multi-component glasses such as. B. of the Suprax type (SCHOTT Type 8655 or DURAN-Glass from SCHOTT GLAS Mainz).
Glaskeramiken mit bevorzugten Eigenschaften zum gezielten Einsatz bei speziellen Anwendungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und beispielhaft seien die prominenten Marken der Anmelderin, Ceran® und Robax®, genannt. Glaskeramiken wie die genannten weisen ein unitäres Spektrum an Eigenschaften auf, welche aus gezielter, kontrollierter, temperaturgesteuerter, partieller Kristallisation resultieren. Abhängig von Zusammensetzung, Art und Weise der Herstellung des Ausgangsglases, das auch „Grünglas" genannt wird, und Anpassung des Temperaturregimes in der Heißnachverarbeitung (welche auch die sogenannte Keramisierung, also die Umwandlung des Grünglases in eine Glaskeramik einschließt) können bei einer Glaskeramik unterschiedliche Kristallphasenarten, kristallographische Spezies mit verschiedener Kristallmorphologie und Größe sowie unterschiedliche Kristallmengen ausgeschieden werden. Dadurch lassen sich insbesondere die thermische Dehnung, mechanische Stabilitäten, der optische „Cut-off", insbesondere im UV- Bereich usw., einstellen. Eine herausragende grundlegende Eigenschaft einer Glaskeramik wie Robax® oder einer Glaskeramik aus anderen chemischen Systemen stellt die hohe thermische Stabilität des Materials dar, welche wesentlich höher ist als die gängiger Multikomponentengläser, insbesondere höher als diejenige des jeweiligen Grünglases. Während Glaskeramiken bislang in scheibenartiger Form als Kochplatten und Scheiben für Öfen und Kamine Anwendung gefunden haben, gibt es bislang noch keine technische Lösung dafür, diese vorteilhaften Materialien in anderen komplexeren Formen zu fertigen und für andere Anwendungen einzusetzen. Insbesondere Verfahren zur kostengünstigen und reproduzierbaren Herstellung von Glaskeramikrohren in - vor allem für Lampenanwendungen - geeignetem Keramisierungszustand bzw. Geometrie insbesondere Größe ist im Stand der Technik bisher nicht beschrieben worden.Glass ceramics with preferred properties for targeted use in special applications are known from the prior art and the prominent brands of the applicant, Ceran® and Robax®, may be mentioned by way of example. Glass ceramics such as those mentioned have a unitary spectrum of properties which result from targeted, controlled, temperature-controlled, partial crystallization. Depending on the composition, the way in which the starting glass, which is also called "green glass", is produced and the temperature regime in hot post-processing (which also includes the so-called ceramization, i.e. the conversion of the green glass into a glass ceramic), different crystal phase types can be used in a glass ceramic , crystallographic species with different crystal morphology and size as well as different amounts of crystal. In this way, in particular the thermal expansion, mechanical stabilities, the optical "cut-off", in particular in the UV range, etc., can be set. An outstanding basic property of a glass ceramic such as Robax® or a glass ceramic from other chemical systems is the high thermal stability of the material, which is significantly higher than that of common multi-component glasses, in particular higher than that of the respective green glass. While glass ceramics have so far been used in disk-like form as hot plates and disks for stoves and fireplaces, there is as yet no technical solution for producing these advantageous materials in other more complex shapes and using them for other applications. In particular, processes for the cost-effective and reproducible production of glass ceramic tubes in a ceramization state or geometry, in particular size, suitable for lamp applications in particular have not previously been described in the prior art.
Die Patentschrift DE 37 34 609 C2 betrifft Calciumphosphatglaskeramiken, die auch in Entladungsröhren verwendet werden können. Die Hauptkristallphase in diesen Glaskeramiken ist Apatit, wodurch die Glaskeramik einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, was gemäß der DE 37 34 609 C2 auch gewünscht ist. Die Patentschrift offenbart keine Glaskeramik, die einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als 6 x 10"6/°K aufweist.The patent specification DE 37 34 609 C2 relates to calcium phosphate glass ceramics, which can also be used in discharge tubes. The main crystal phase in these glass ceramics is apatite, as a result of which the glass ceramic has a high coefficient of thermal expansion, which is also desirable according to DE 37 34 609 C2. The patent does not disclose any glass ceramic which has a coefficient of thermal expansion smaller than 6 x 10 "6 / ° K.
Neben dem Nachteil, dass die in der DE 37 34 609 beschriebenen Glaskeramiken mit mindestens 6 ppm/K hochausdehnend sind, sind die caiciumphosphathaltigen Glaskeramiken infolge ihrer geringen chemischen Stabilität im allgemeinen nicht geeignet für Lampenanwendungen. Das betrifft insbesondere solcheIn addition to the disadvantage that the glass ceramics described in DE 37 34 609 are highly expansive with at least 6 ppm / K, the glass ceramics containing calcium phosphate are generally not suitable for lamp applications due to their low chemical stability. This applies particularly to those
Lampenanwendungen, bei denen der Glaskeramikkolben mit reaktiven Füllgasen in Kontakt kommt. Ein weiterer Nachteil dieser Glaskeramik ist, dass zur Herstellung schon des Grünglases besondere schmelztechnische Randbedingungen erfüllt sein müssen, wie z. B. Tiegelauswahl, Rohstoffauswahl etc.Lamp applications in which the glass ceramic bulb comes into contact with reactive filling gases. Another disadvantage of this glass ceramic is that special melting conditions have to be met in order to produce the green glass, e.g. B. selection of crucibles, selection of raw materials etc.
Die Verwendung von Glaskeramiken im Lampenbau ist beispielsweise in GB 1,139,622 beschrieben. Hier wird eine Komposit-Lampe beschrieben bestehend aus einem Glaskeramikteil sowie einem Kieselglas-Fenster. Die Teile sind mit einem Cu-haltigen Lotglas miteinander verbunden. In der GB 1 ,139,622 werden keine Angaben gemacht zur Herstellung von Grünglaskolben oder - körper bzw. deren Weiterprozessierung. Die Anwendung ist auf UV- und IR-Beleuchtungen beschränkt,. Es gibt keinerlei Offenbarung zur Abschirmung von UV-Strahlung.The use of glass ceramics in lamp construction is described for example in GB 1,139,622. Here a composite lamp is described consisting of a glass ceramic part and a silica glass window. The parts are connected with a copper-containing solder glass. No details are given in GB 1, 139.622 for the production of green glass bulbs or bodies or their further processing. The application is limited to UV and IR lighting. There is no disclosure regarding UV radiation shielding.
Die US 4,045,156 beschreibt den Einsatz von partiell kristallisiertem Glas für Anwendungen in Photoflash- Lampen. Diese Lampen zeichnen sich durch eine höhere Temperaturbeständigkeit, höhere Thermoschockbeständigkeit sowie mechanischer Festigkeit als herkömmliche Glaskolbenlampen aus. Der Ausdehnungskoeffizient liegt maßgeblich bedingt durch das Ausscheiden von Lithium-Disilikat-Kristallen aus entsprechenden Ausgangsgläsern bei ca. 8,0-9,5 ppm/K. Grund hierfür ist, dass in der US 4,045,156 die Glaskeramik im Ausdehnungsverhalten an hochdehnende Durchführungsmetalle - bzw. Legierungen, z. B. Cu führende Ni-Fe-Legierungen, angepasst ist. Die Kristallite der Glaskeramik haben eine Größe im Bereich von 50nm bis 10 μm. Die US 4,045,156 beschreibt weiterhin Verfahrensschritte von Schmelze, Rohrziehen bis hin zu Keramisierungsprozessen. Das voll keramisierte Rohr wird als ausreichend prozessierbar beschrieben. Eine Verfahrensführung zur Herstellung einer kompletten Lampe wird nicht beschrieben, insbesondere nicht wie erreicht werden kann, dass im Bereich der Durchführung eine derartige Lampe ausreichende Dichtigkeit gewährleistet wird.US 4,045,156 describes the use of partially crystallized glass for applications in photoflash lamps. These lamps are characterized by a higher temperature resistance, higher thermal shock resistance and mechanical strength than conventional glass bulb lamps. The coefficient of expansion is mainly due to the precipitation of lithium disilicate crystals from the corresponding starting glasses at approx. 8.0-9.5 ppm / K. The reason for this is that, in US 4,045,156, the glass ceramic expands to high-expansion lead-through metals - or alloys, e.g. B. Cu leading Ni-Fe alloys is adjusted. The crystallites of the glass ceramic have a size in the range from 50 nm to 10 μm. US 4,045,156 also describes process steps from melt, tube drawing to ceramization processes. The fully ceramized pipe is described as sufficiently processable. A procedure for the production of a complete lamp is not described, in particular not how it can be achieved that such a lamp is guaranteed to have sufficient tightness in the area of the implementation.
Die US 3,960,533 beschreibt die Anwendung von transluzent keramisierter Glaskeramik als Abschattung vor dem grellen Wolfram-Filament in einer Glühbirne. Die in der US 3,960,533 verwendete Glaskeramik in der Zusammensetzung der aus der US 4,045,156 bekannten Glaskeramik, jedoch in transluzenter keramisierter Form.No. 3,960,533 describes the use of translucent ceramic-coated glass ceramics as shading in front of the bright tungsten filament in a light bulb. The glass ceramic used in US 3,960,533 in the composition of the glass ceramic known from US 4,045,156, but in a translucent ceramicized form.
Eine in größeren Mengen Ta205- und/oder Nb2Os- (5 bis 20 Gew.% im Ausgangsglas) umfassende Glaskeramik mit mehr als 50 Vol.-% amorphen Phasen wird in der US 4,047,960 beschrieben. Bei der Verwendung als Teil einer Lampe jedoch ist nachteilig, dass bei Einbringen von erkennbaren Mengen an Ta205- und/oder Nb205das Ausbilden von „Charge-Transfer-Komplexen" in der Glaskeramik zu unerwünschten Verfärbungen führt. In der US 4,047,960 werden keine Angaben gemacht zum Ziehen der Grüngläser in Rohre sowie deren Weiterverarbeitung zu einem Lampenkörper.A glass ceramic comprising larger amounts of Ta 2 0 5 and / or Nb 2 Os (5 to 20% by weight in the starting glass) with more than 50% by volume of amorphous phases is described in US Pat. No. 4,047,960. When used as part of a lamp, however, it is disadvantageous that when recognizable amounts of Ta 2 0 5 - and / or Nb 2 0 5 are introduced, the formation of “charge transfer complexes” in the glass ceramic leads to undesired discoloration US 4,047,960 No information was given on pulling the green glasses into tubes and their further processing into a lamp body.
In GB 1260933 werden Glaskeramiken beschrieben die sich für Anwendungen in Na-Dampflampen eignen. Sie sind chemisch sehr stabil gegenüber Natriumdampf und können neben deren Verwendung als Verschlussmaterialien auch als Teile von Lampenkörperverwendet werden. Die Glaskeramik ist Si-frei mit den Hauptkomponenten CaO und AI2O3 und stabil bis ca. 900°C. Die in der GB 1260933 beschriebenen Glaskeramikkörper sind nicht für Na-Hoch- drucklampen geeignet.GB 1260933 describes glass ceramics which are suitable for applications in sodium vapor lamps. They are chemically very stable to sodium vapor and, in addition to being used as sealing materials, can also be used as parts of lamp bodies. The glass ceramic is Si-free with the main components CaO and AI 2 O 3 and stable up to approx. 900 ° C. The glass ceramic bodies described in GB 1260933 are not suitable for Na high pressure lamps.
Aus der DE 100 17 696 A1 und DE 100 17 701 C2 ist die Verwendung von Glaskeramiken als Abdeckscheiben von Strahlungsquellen von Lampen, insbesondere Halogenstrahlern beschrieben.DE 100 17 696 A1 and DE 100 17 701 C2 describe the use of glass ceramics as cover plates for radiation sources from lamps, in particular halogen lamps.
Ein Verfahren zur Herstellung von Leuchtmitteln umfassend beispielsweise eine Glaskeramik als Material für den Glaskolben ist aus dem Stand der Technik nicht bekannt. Insbesondere ist aus dem Stand der Technik nicht bekannt geworden, wie ein Verfahren geführt werden muss, um eine hermetisch dichte Durchführung zwischen dem Lampenkolben beispielsweise aus Glaskeramik und einem Durchführungsmaterial - beispielsweise einer Wolfram-Durchführung - zu erreichen.A method for producing lamps comprising, for example, a glass ceramic as material for the glass bulb is not known from the prior art. In particular, it has not become known from the prior art how a method has to be carried out in order to achieve a hermetically sealed bushing between the lamp bulb, for example made of glass ceramic, and a bushing material - for example a tungsten bushing.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Insbesondere sollen Verfahren angegeben werden mit denenThe object of the invention is to overcome the disadvantages of the prior art. In particular, methods are to be specified with which
Leuchtvorrichtung, insbesondere Lampen umfassend Glaskeramiken hergestellt werden können. Im besonderen sollen die Verfahrensführung so erfolgen, dass die Durchführung weitgehend hermetisch dicht sind.Lighting device, in particular lamps comprising glass ceramics can be produced. In particular, the procedure should be carried out so that the implementation is largely hermetically sealed.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 13 sowie eine Vorrichtung gemäß Anspruch 31 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.According to the invention, the object is achieved by a method according to claim 1 or claim 13 and an apparatus according to claim 31. Advantageous refinements are the subject of the dependent claims.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen umfassend die möglichen Einzelprozessschritte vom gezogenen Grünglas hin zu einem Lampenkörper, beschrieben werden. Die Schritte werden im allgemeinen für spezifische Lampentypen aufgezeigt, beschränken sich aber nicht auf diese. Kombinationen der bei den einzelnen Ausführungsbeispielen beschriebenen Schritte können in geeigneter Weise zusammengesetzt werden zum Bau auch anderer Lampen als im Ausführungsbeispiel angegeben.The invention is to be described below on the basis of exemplary embodiments comprehensively the possible individual process steps from drawn green glass to a lamp body. The steps are generally shown for specific lamp types, but are not limited to these. Combinations of the steps described in the individual exemplary embodiments can be put together in a suitable manner for the construction of lamps other than those specified in the exemplary embodiment.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 : RAMAN-Spekrum von durchkeramisiertem und glasigem MaterialFigure 1: RAMAN spectrum of through-ceramized and glassy material
Figur 2: Rohrglas, das zur Herstellung einer „Backlight-Lampe" verwendet werden kann Figur 3a, b Rohrkolben, wie sie zur Herstellung einer HID Lampe verwendet werden können in unterschiedlichen Ausführungsformen.Figure 2: Tubular glass that can be used to produce a "backlight lamp" Figure 3a, b bulbs, as they can be used to produce an HID lamp in different embodiments.
Mit den hier beschriebenen Herstellungsverfahren ist es möglich, glaskeramische Materialien im Lampenbau einzusetzen. Insbesondere ist es möglich, hochstabile, transparente und auf sonstige Anforderungen maßgeschneiderte Glaskeramiken zu verwenden, die im Einsatz befindliche herkömmliche Gläser gemäß dem Stand der Technik weit übertreffen. Dies ist neben anderen insbesondere der Falle bei Niederdrucklampen, z. B. Backlightlampen, bei denen Glaskeramiken bspw. Vorteile im Bereich der „UV-Blockung" bei hoher Gesamttransparenz bieten. Gleiches gilt für den Einsatz von Glaskeramiken als Aussenkolben für Hochdruck- Metallhalogenidlampen, z. B. solche mit AI2O3 Keramikbrenner.With the manufacturing processes described here, it is possible to use glass-ceramic materials in lamp construction. In particular, it is possible to use highly stable, transparent glass ceramics which are tailored to other requirements and which far exceed conventional glasses in use according to the prior art. Among other things, this is particularly the case with low-pressure lamps, e.g. B. backlight lamps, in which glass ceramics, for example, offer advantages in the field of "UV blocking" with high overall transparency. The same applies to the use of glass ceramics as outer bulbs for high-pressure metal halide lamps, for example those with Al 2 O 3 ceramic burners.
Insbesondere können bei Glaskeramiken Eigenschaftskombinationen genützt werden, da Glaskeramiken kontrolliert partiell kristallisierte Gläser sind, welche die vorteilhaften Eigenschaften von Glas in Kombination mit Kristallen nützen. Die Kristallite sind dabei so klein, beispielsweise < 1 μm, bevorzugt < 200 nm , besonders bevorzugt < 100 nm, so dass das Material wie Glas transparent bleibt, jedoch eine Vielzahl verbesserter Eigenschaften hervorruft, wie hohe Temperaturbeständigkeit, hohe Temperaturwechselbeständigkeit, hohe mechanische Festigkeit, hohe chemische Resistenz sowie hohe UV Blockung.In particular, combinations of properties can be used in the case of glass ceramics, since glass ceramics are partially crystallized glasses which use the advantageous properties of glass in combination with crystals. The Crystallites are so small, for example <1 μm, preferably <200 nm, particularly preferably <100 nm, so that the material, like glass, remains transparent, but causes a number of improved properties, such as high temperature resistance, high resistance to temperature changes, high mechanical strength, and high chemical resistance and high UV blocking.
Weiterhin können in Abhängigkeit von der chemischen Ausgangszusammensetzung sowie der Führung der Keramisierung Art, Volumenanteil und Größenverteilung der Kristallite gezielt bezüglich anderer Eigenschaften eingestellt werden. Hierbei ist insbesondere der thermische Ausdehnungskoeffizient zu nennen, der z. B an ein Durchführungsmaterial angepasst sein kann. So können mit Glaskeramik thermische Ausdehnungskoeffizienten α2o/3oo zwischen 0 und < x 10"6/K, bevorzugt zwischen 3 x 10"6/K und 5,5 x 10"6/K erreicht werden. Für Verschmelzungen mit Wolfram sind Ausdehnungskoeffizienten zwischen 3,4 x 10"6/K und 4,4 x 10"6/K und fürFurthermore, the type, volume fraction and size distribution of the crystallites can be specifically adjusted with respect to other properties, depending on the chemical starting composition and the way the ceramization is carried out. Here, the thermal expansion coefficient should be mentioned in particular, the z. B can be adapted to an implementation material. Thus, thermal expansion coefficients α 2 o / 3oo between 0 and <x 10 "6 / K, preferably between 3 x 10 " 6 / K and 5.5 x 10 "6 / K can be achieved with glass ceramics. For fuses with tungsten there are expansion coefficients between 3.4 x 10 "6 / K and 4.4 x 10 " 6 / K and for
Verschmelzungen mit Molybdän Ausdehnungskoeffizienten zwischen 4,2 x 10"6/K und 5,3 x 10"6/K besonders bevorzugt. Für Fe-Ni-Co Legierungen sind, je nach Zusammensetzung der Legierung (z. B. KOVAR, Alloy 42) Ausdehnungskoeffizienten zwischen 3,8 x 10"6/K und 5,2 x 10"6/K besonders bevorzugt.Mergers with molybdenum expansion coefficients between 4.2 x 10 "6 / K and 5.3 x 10 " 6 / K are particularly preferred. For Fe-Ni-Co alloys, depending on the composition of the alloy (e.g. KOVAR, Alloy 42), expansion coefficients between 3.8 x 10 "6 / K and 5.2 x 10 " 6 / K are particularly preferred.
Auch können beispielsweise Li20-SiO2-AI2θ3-Glaskeramiken so hergestellt werden, dass sie einen Ausdehnungskoeffizienten von 0 bis 2 ppm/K bzw. bevorzugt < 1 ppm/K aufweisen. Diese Glaskeramik kann dann problemlos an gängige Lampenglasmaterialien wie SiO2 angepasst, d. h. mit letzterem verschmolzen bzw. gef rittet werden.For example, Li 2 0-SiO 2 -AI 2 θ 3 glass ceramics can also be produced in such a way that they have an expansion coefficient of 0 to 2 ppm / K or preferably <1 ppm / K. This glass ceramic can then be easily adapted to common lamp glass materials such as SiO 2 , ie fused or ridden with the latter.
Glaskeramiken für den Lampenbau können in der Form von Röhren vorliegen, was insbesondere sinnvoll ist, wenn die Glaskeramik als Teil einer Lampe verwendet wird. Röhren können, sofern erforderlich, in kugelförmige oder ellipsoide Formen überführt werden. Hohlkugeln oder Hohlellipsoide können, unabhängig von einer vorangegangenen Rohrform, auch direkt durch Blasen und Verpressen hergestellt werden.Glass ceramics for lamp construction can be in the form of tubes, which is particularly useful if the glass ceramic is used as part of a lamp. If necessary, tubes can be converted into spherical or ellipsoidal shapes. Hollow spheres or hollow ellipsoids can regardless of a previous pipe shape, can also be produced directly by blowing and pressing.
Glaskeramikrohre in rohrförmiger bzw. rohrähnlicher Form können auch als Außenkolben in HID (high intensity discharge) Lampen, z. B. Hochdruck-Glass ceramic tubes in tubular or tube-like form can also be used as outer bulbs in HID (high intensity discharge) lamps, e.g. B. high pressure
Metallhalogenid - Entladungslampen, verwandt werden. Unter „rohrförmig" wird in dieser Anmeldung ein Hohlkörper mit einer äußeren Wand und mindestens einer Öffnung verstanden, dessen Querschnitt kreisrund ist, wohingegen „rohrähnlich" entsprechende Querschnitte anderer geschlossener Geometrie, z. B. elliptisch, oval oder verrundet-eckig, bezeichnet.Metal halide discharge lamps can be used. In this application, “tubular” is understood to mean a hollow body with an outer wall and at least one opening, the cross section of which is circular, whereas “tubular” corresponding cross sections of other closed geometry, eg. B. elliptical, oval or rounded-angular.
Anforderungen an die Glaskeramiken für eine Verwendung im Lampenbau sind wie oben aufgezeigt beispielsweise eine gute Temperaturstabilität bei hervorragender Transparenz.As shown above, requirements for glass ceramics for use in lamp construction include, for example, good temperature stability with excellent transparency.
Was die Temperaturstabilität betrifft, so sollte diese höher als die von Hartglas sein. Gängige Gläser, die sich hier eignen und die z. B. vom Typ Aluminosilicatglas sind, weisen Transformationstemperaturen (Tg) im Bereich von 750 °C bis 800 °C auf. Bei solchen Temperaturen liegt das Glas also noch in festem Zustand vor.As far as temperature stability is concerned, it should be higher than that of tempered glass. Common glasses that are suitable here and z. B. are of the aluminosilicate glass type, have transformation temperatures (Tg) in the range from 750 ° C to 800 ° C. At such temperatures, the glass is still in a solid state.
Da für Glaskeramiken keine Transformationstemperatur (Tg) bestimmt werden kann, ist es sinnvoll, einen von der Temperatur abhängigen, noch stabilen Zustand anhand der Viskosität der Glaskeramik in Abhängigkeit von der Temperatur zu bestimmen. Eine geeignete Glaskeramik sollte auch bei höheren Temperaturen nicht viskos fließen und Lampenbetriebstemperaturen von > 800 °C, bevorzugt von > 900 °C, und weiter bevorzugt von > 1000 °C standhalten.Since no transformation temperature (Tg) can be determined for glass ceramics, it makes sense to determine a still dependent state on the temperature on the basis of the viscosity of the glass ceramic as a function of the temperature. A suitable glass ceramic should not flow viscously even at higher temperatures and withstand lamp operating temperatures of> 800 ° C, preferably of> 900 ° C, and more preferably of> 1000 ° C.
Idealerweise setzt das viskose Fließen einer im Lampenbau eingesetzten Glaskeramik erst bei höheren Temperaturen als bei Kieselglas ein. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Glaskeramik ähnlich stabil oder noch stabiler als transluzente Keramiken, zum Beispiel solche auf Basis von AI2O3 ist. Neben der hervorragenden Temperaturstabilität sollen die Glaskeramiken eine hohe Transmission im sichtbaren Bereich (zwischen 380 nm und 780 nm) bei einer Schichtdicke von 0,3 mm aufweisen, beispielsweise > 75 %, bevorzugt > 80 %, besonders bevorzugt > 90 %. Diese Eigenschaft ist bei der Anwendung der Glaskeramiken als Teile einer Lampe von Bedeutung. Ganz besonders bevorzugt sind weiterhin Glaskeramiken, welche bei 1 mm Wanddicke im Wellenlängenbereich zwischen 400 und 780 nm bevorzugt > 75 %, besonders bevorzugt > 80 % Transmission aufweisen.Ideally, the viscous flow of a glass ceramic used in lamp construction only begins at higher temperatures than with silica glass. It is particularly preferred if the glass ceramic is similarly stable or even more stable than translucent ceramics, for example those based on Al 2 O 3 . In addition to the excellent temperature stability, the glass ceramics should have a high transmission in the visible range (between 380 nm and 780 nm) with a layer thickness of 0.3 mm, for example> 75%, preferably> 80%, particularly preferably> 90%. This property is important when using glass ceramics as parts of a lamp. Glass ceramics which have a wall thickness of 1 mm in the wavelength range between 400 and 780 nm, preferably> 75%, particularly preferably> 80% transmission, are also particularly preferred.
Insbesondere bei der Anwendung zur Hintergrundbeleuchtung in TFT Displays spielt eine gute UV-Blockung eine wichtige Rolle. Unter Blockung wird eine Transmission von kleiner 1 % bei einer Schichtdicke von 0,3 mm verstanden. Die Blockung kann erreicht werden für Wellenlängen ≤ 260 nm, bevorzugt ≤ 300 bzw. < 315 bzw. < 365 nm.Good UV blocking plays an important role, especially when used for backlighting in TFT displays. Blocking means a transmission of less than 1% with a layer thickness of 0.3 mm. The blocking can be achieved for wavelengths ≤ 260 nm, preferably ≤ 300 or <315 or <365 nm.
Bei Metallhalogenid-Lampen mit Keramikbrennern wird derzeit Kieselglas der Wandstärke ca. 1 -1 ,5 mm als Außenkolbenmaterial verwendet. Zur UV-Blockung wird das Kieselglas mit Ce02 in Gehalten meist < 1 Gew.-% dotiert. Nachteilig ist, dass dadurch das Glas im Bereich der harten energiereichen UV C- und D-In metal halide lamps with ceramic burners, silica glass with a wall thickness of approximately 1-1.5 mm is currently used as the outer bulb material. For UV blocking, the silica glass is usually doped with Ce0 2 in contents of <1% by weight. The disadvantage is that the glass in the area of hard, high-energy UV C and D
Strahlung unterhalb 300 nm noch Resttransmission in der Größenordnung von 10 % oder mehr aufweist. Mit einem hochtemperaturfesten Multikomponentenmaterial wie Glaskeramik kann dieser Wellenlängenbereich komplett geblockt werden. Glaskeramik stellt daher gegenüber den bislang im Stand der Technik verwandten Gläsern eine verbesserte UV-Blockung sowie eine verbesserte Verschmelzbarkeit bzw. Fügbarkeit mit Durchführungsmetallen zur Verfügung.Radiation below 300 nm still has residual transmission in the order of 10% or more. This wavelength range can be completely blocked with a high-temperature resistant multi-component material such as glass ceramic. Glass ceramics therefore provide improved UV blocking and improved fusibility or joinability with lead-through metals compared to the glasses previously used in the prior art.
Für einige Verwendungen von Glaskeramiken im Lampenbau sollte die Glaskeramik bzw. das Grünglas gut verschmelzbar mit elektrischenFor some uses of glass ceramics in lamp construction, the glass ceramic or green glass should be easily fusible with electrical ones
Durchführungen sein, welche je nach Anwendung aus Molybdän, Wolfram oder Legierungen wie Vacon 11® der CRS Holdings Inc., die auch als „Kovar" bezeichnet wird bestehen. Mit den erfindungsgemäßen Herstellverfahren können derartige Glaskeramiken einen hermetisch dichten Verschluss einer elektrisch und thermisch leitenden Met?"J",''chführung sowie dem Kolbenmaterial ermöglichen und Probleme, die durch unterschiedliche Eigenschaften bezüglich der thermischen Ausdehnung der Materialien Glas und Metall entstehen, können umgangen werden.Bushings which, depending on the application, are made of molybdenum, tungsten or alloys such as Vacon 11® from CRS Holdings Inc., also known as "Kovar" designated will exist. The inventive manufacturing such glass-ceramics can, '' enable a hermetic closure of an electrically and thermally conductive Met? "J" chführung and the piston material and problems of thermal expansion of glass and metal, are formed with respect to by different properties can be circumvented ,
So können thermische Ausdehnungskoeffizienten α2o/3oo zwischen 0 und < 6 x 10"6/K, bevorzugt zwischen 3 x 10"6/K und 5,5 x 10"6/K erreicht werden. Für Verschmelzungen bzw. Fügbarkeit mit Wolfram sind Ausdehnungskoeffizienten zwischen 3,4 x 10"6/K und 4,4 x 10"6/K und für Verschmelzungen bzw. Fügbarkeit mit Molybdän Ausdehnungskoeffizienten zwischen 4,2 x 10"6/ und 5,3 x 10"6/K besonders bevorzugt. Für Fe-Ni-Co Legierungen sind, je nach Zusammensetzung der Legierung (z. B. KOVAR, Alloy 42) Ausdehnungskoeffizienten zwischen 3,8 ppm/K und 5,2 ppm/K besonders bevorzugt.In this way, thermal expansion coefficients α 2 o / 3 oo between 0 and <6 x 10 "6 / K, preferably between 3 x 10 " 6 / K and 5.5 x 10 "6 / K can be achieved. For merging or joining with Tungsten are coefficients of expansion between 3.4 x 10 "6 / K and 4.4 x 10 " 6 / K and for mergers or joining with molybdenum expansion coefficients between 4.2 x 10 "6 / and 5.3 x 10 " 6 / K. Particularly preferred for Fe-Ni-Co alloys, depending on the composition of the alloy (eg KOVAR, Alloy 42), expansion coefficients between 3.8 ppm / K and 5.2 ppm / K are particularly preferred.
Hierbei kann die Glaskeramik bevorzugt so gestaltet werden, dass die thermische Ausdehnung des Elektrodenmaterials, bestehend aus Metall, angenähert wird, so dass vorteilhaft erreicht wird, dass auch bei Betriebstemperatur während des Lampenbetriebes keine Undichtigkeiten entstehen.In this case, the glass ceramic can preferably be designed such that the thermal expansion of the electrode material, consisting of metal, is approximated, so that it is advantageously achieved that no leaks occur even at operating temperature during lamp operation.
Für die Anwendung der Glaskeramiken im Lampenbau ist es vorteilhaft, wenn die Materialien chemisch resistent sind, so dass z. B. Vorgänge in einer Lampe dauerhaft nicht beeinflusst werden. Bei der Verwendung in Halogenlampen soll insbesondere eine Störung des Halogenkreislaufes vermieden werden. Die Materialien sollten nicht von Füllstoffen durchdringbar sein, also eine gute Langzeitdichtigkeit aufweisen. Auch sollten heiße, unter Druck stehende Füllstoffe keine Korrosion bedingen.For the application of glass ceramics in lamp construction, it is advantageous if the materials are chemically resistant, so that, for. As operations are not affected permanently in a lamp. When used in halogen lamps, a disturbance in the halogen circuit should be avoided in particular. The materials should not be penetrable by fillers, i.e. they should have good long-term tightness. Hot, pressurized fillers should not cause any corrosion.
In einer besonderen Ausführungsform können die Glaskeramiken bei der Verwendung in Lampen zumindest in den obersten Schichten der Rohrinnenoberfläche, bevorzugt im gesamten Lampenkolbenkörper, alkalifrei sein und höchsten Anforderungen bezüglich der Reinheit entsprechen. Der sogenannte Weißeindruckindex (color rendering index CRI) ist dabei dauerhaft optimal, z. B. CRI > 90, bevorzugt CRI = ca. 100.In a particular embodiment, the glass ceramics can be used in lamps at least in the uppermost layers of the Inner tube surface, preferably in the entire lamp bulb body, should be alkali-free and meet the highest purity requirements. The so-called white impression index (color rendering index CRI) is permanently optimal, e.g. B. CRI> 90, preferably CRI = approx. 100.
Bei der Verwendung von Glaskeramikmaterial bei der Herstellung von Leuchtmitteln, insbesondere Lampen, ist zu berücksichtigen, dass im Vergleich zu herkömmlichen Glaslösungen neben der Herstellung eines Glases z. B. in Rohrform, und ggf. dessen Verschmelzung mit dem Durchführungsmaterial noch ein zusätzliches Temperprogramm hinzukommt.When using glass ceramic material in the manufacture of lamps, in particular lamps, it must be taken into account that, in comparison to conventional glass solutions, in addition to the manufacture of a glass, for. B. in tubular form, and if necessary its fusion with the feedthrough material is added an additional tempering program.
Die Keramisierung erfolgt prinzipiell in einem mehrstufigen Prozess, der durch Heizrampen und Haltezeiten gekennzeichnet ist. Die Maximalttemperatur liegt bei 1200 °C, die Haltezeiten sind dem optimalen Kristallitwachstum - bezogen auf ein gegebenes Anforderungsprofil optischer und thermischer Zielgrössen - angepasst. Die Kristallitgröße liegt bevorzugt in der Größenordnung von 10 bis 200 nm, der Kristallphasenanteil beträgt bevorzugt mindestens 50 Vol-%, bevorzugt mehr als 60 Vol-% , besonders bevorzugt mehr als 70 Vol-%, insbesondere mehr als 80 Vol-%.In principle, the ceramization takes place in a multi-stage process, which is characterized by heating ramps and holding times. The maximum temperature is 1200 ° C, the holding times are adapted to the optimal crystallite growth - based on a given requirement profile of optical and thermal target values. The crystallite size is preferably in the order of 10 to 200 nm, the crystal phase fraction is preferably at least 50% by volume, preferably more than 60% by volume, particularly preferably more than 70% by volume, in particular more than 80% by volume.
Bevor auf die einzelnen Verfahrensabfolgen detailliert eingegangen wird, werden zunächst allgemein die Eigenschaften von Glaskeramiken beschrieben, die bei der Erfindung Verwendung finden können.Before the individual process sequences are discussed in detail, the properties of glass ceramics which can be used in the invention are first described in general.
Sollen Glaskeramiken beispielsweise in Rohrform vorliegen, werden mittels dem Fachmann bekannten Keramisierungsprogrammen beispielsweise Grünglasrohre, die zuvor gezogen wurden zu Glaskeramiken umgewandelt. Die Keramisierungsprogramme sind so zu gestalten, dass die erhaltene Glaskeramik für den jeweiligen Einsatz bezüglich der entsprechend erforderlichen Eigenschaften optimiert ist. Die Glaskeramikeigenschaften sind dabei eine Folge insbesondere von Kristallart, -menge, -grösse , sowie der Zusammensetzung und Eigenschaften des Restglases. Für eine optimale thermische Stabilität kann es sinnvoll sein, den Glasanteil innerhalb der Glaskeramik zu minimieren und/oder die Zusammensetzung der Restglasphase nahe an die reinen Kieselglases einzustellen.If glass ceramics are to be in tube form, for example, green glass tubes that were previously drawn are converted into glass ceramics by means of ceramicization programs known to the person skilled in the art. The ceramization programs are to be designed in such a way that the glass ceramic obtained is optimized for the respective application with regard to the properties required. The glass ceramic properties are a consequence, in particular, of the type, amount and size of crystal, as well as the composition and properties of the residual glass. For optimal thermal stability, it can be useful to minimize the glass content within the glass ceramic and / or to adjust the composition of the residual glass phase close to the pure silica glass.
Die Keramisierungsprogramme sind bezüglich der Temperatur- und Zeitregime angepasst und abgestimmt auf gewünschte Kristallphasen, ebenso abgestimmt auf das Verhältnis von Restglasphase und Kristallphasenanteil sowie Kristalllitgröße.The ceramization programs are adjusted with regard to the temperature and time regimes and matched to the desired crystal phases, as well as to the ratio of residual glass phase and crystal phase content as well as crystal litite size.
Ferner kann durch das Keramisierungsprogramm der Oberflächenmechanismus bzw. ein Tiefenprofil für bestimmte Elemente eingestellt werden, wodurch im Verlauf der Keramisierung in oberflächennahen Bereichen ein gewünschter Gehalt an Alkalien eingestellt werden kann, auch in Feineinstellung von „alkaliarm" bis „alkalifrei".Furthermore, the surface mechanism or a depth profile for certain elements can be set by the ceramization program, whereby a desired content of alkalis can be set in the course of the ceramization in areas close to the surface, even in the fine adjustment from “low in alkali” to “alkali-free”.
Während der Keramisierung kann auch ein Konzentrationsgradient für bestimmte Elemente aufgebaut werden, was durch deren Einbindung in die Kristallphase bzw. deren Verbleib oder Anreicherung in der Restglasphase bewirkt werden kann, insbesondere durch die Ausbildung einer glasigen Oberflächenschicht, deren Dicke durch die Zusammensetzung des Ausgangsglases und die Keramisierungsatmosphäre bestimmt werden kann.During the ceramization, a concentration gradient can also be built up for certain elements, which can be brought about by their incorporation into the crystal phase or by their remaining or enrichment in the residual glass phase, in particular by the formation of a glassy surface layer, the thickness of which depends on the composition of the starting glass and the Ceramization atmosphere can be determined.
Möglich ist auch die Keramisierung direkt während des Lampenbetriebs („in-situ- Keramisierung") durch Einstellung bestimmter Strom-Spannungs-Zeit-Verläufe, die zu einer Wärmeabstrahlung durch die Lampenwendel führen, mit denen sich entsprechende Keimbildungs- und Kristallwachstumstemperaturen sowie Aufheiz- und Abkühlraten im Lampenkörper erreichen lassen.It is also possible to ceramize directly during lamp operation (“in-situ ceramization”) by setting certain current-voltage-time profiles, which lead to heat radiation through the lamp filament, with which corresponding nucleation and crystal growth temperatures as well as heating and Allow cooling rates in the lamp body to reach.
Die Zusammensetzung des Ausgangsglases als auch dasThe composition of the original glass as well
Keramisierungsprogramm ist zudem, sofern erforderlich, bezüglich Keimbildungs- bzw. Kristallentwicklungsregime an das gewünschte Maß der Abschirmung von UV-Strahlung angepasst.Ceramization program is also, if necessary, regarding nucleation or crystal development regime adapted to the desired level of shielding from UV radiation.
Die UV-Blockungseigenschaften (d. h. die Lage/Steilheit der Absorptionskante) der Glaskeramik können durch eine Reihe von Maßnahmen maßgeschneidert werden: Neben der Einführung von UV-blockenden Zusätzen, wie z. B. Ti02, sind bei Glaskeramiken gegenüber Gläsern weitere Einstellmöglichkeiten gegeben: beispielsweise die Partikelgröße die bezüglich maximaler UV-Streuung angepasst ist, und die Partikelgrößenverteilung. Generell gilt, dass je homogener die Größe der Teilchen ist, desto steiler die UV-Kante ist. Die Glaskeramik kann auch derartig bzgl. Ausgangsglas und Keramisierungsstatus eingestellt sein, dass sich der aktive Dotierstoff Ti ideal auf Restglasphase und Kristallphase verteilt. Je größer die Kristallpartikel sind, desto größer sind die UV-Blockungseigenschaften. Bevorzugt sind Partikelgrößen im Bereich 10 - 100 nm, wobei eine möglichst monomodale Partikelverteilung bevorzugt ist und bevorzugt zumindest 60 % der vorhandenen Teilchen in diesem Größenbereich liegen, wobei bevorzugt der Anteil an Kristallphase am Gesamtvolumen wenigstens 50 Vol.-% und höchstens 90 Vol.-% beträgt.The UV blocking properties (ie the position / slope of the absorption edge) of the glass ceramic can be tailored by a number of measures: In addition to the introduction of UV blocking additives, such as. B. Ti0 2 , there are further setting options for glass ceramics compared to glasses: for example the particle size which is adapted with regard to maximum UV scatter, and the particle size distribution. In general, the more homogeneous the size of the particles, the steeper the UV edge. The glass ceramic can also be set with respect to the starting glass and the ceramization status such that the active dopant Ti is ideally distributed over the residual glass phase and crystal phase. The larger the crystal particles, the greater the UV blocking properties. Particle sizes in the range 10-100 nm are preferred, with a monomodal particle distribution being preferred and preferably at least 60% of the particles present being within this size range, the proportion of crystal phase in the total volume preferably being at least 50% by volume and at most 90% by volume. % is.
Durch diese Maßnahme wird verhindert, dass die Gesamttransmission im Bereich um > 400 nm stark geschwächt wird, und andererseits wird eine steile UV-Kante im Bereich 360 - 400 nm erreicht.This measure prevents the overall transmission from being severely weakened in the region around> 400 nm, and on the other hand a steep UV edge in the region 360-400 nm is achieved.
Durch Varianten der Keramisierungsbedingungen kann die UV-Blockung gezielt eingestellt werden. Das keramisierte Rohr ist gegenüber einem nicht keramisierten Rohr derselben Zusammensetzung, also ihrem Grünglasrohr, hinsichtlich der UV- Blockungseigenschaften überlegen. Es ist daher für die erfindungsgemäßen Verwendungen hervorragend geeignet.By variants of ceramicization the UV blocking can be adjusted. The ceramicized tube is superior to a non-ceramicized tube of the same composition, ie its green glass tube, in terms of UV blocking properties. It is therefore extremely suitable for the uses according to the invention.
Möglich sind auch Keramisierungregime zur Generierung eines hermetisch dichten Überganges vom Glas zu einer elektrischen Durchführung. Hierbei ist denkbar, dass sich durch Schrumpfung des Materials während der Keramisierung günstige Spannungszustände (axial/radial) ausbilden und damit eine hermetisch dichte Verbindung bereitgestellt wird. Durch Verwendung in ihrer thermischen Ausdehnung angepasster Glaskeramikmaterialien (bevorzugt sowohl im glasigen als auch im keramisierten Zustand) können auch massivere Metalldurchführungen (anstelle sehr dünner Mo-Bleche, eingesetzt z. B. in Halogenlampen auf Basis von Kieselglas) verwendet werden, was auch eine bessere Wärmeableitung aus der Lampe ermöglichen sollte.Ceramization regimes are also possible to generate a hermetically sealed transition from glass to an electrical feedthrough. It is conceivable that shrinkage of the material during the ceramization Develop favorable stress conditions (axial / radial) and thus provide a hermetically sealed connection. By using glass ceramic materials that are adapted in terms of their thermal expansion (preferably both in the glassy and in the ceramicized state), more massive metal bushings (instead of very thin Mo sheets, used e.g. in halogen lamps based on silica glass) can also be used, which is also a better one Should allow heat dissipation from the lamp.
Auch kann durch geeignete Keramisierung oder die Anwendung geeigneter Erhitzungsverfahren zur Umformung des Ausgangsglases ein Zustand eingestellt werden, bei welchem die Lampe „sich selbst abdichtet" während des Betriebes.A state in which the lamp “seals itself” during operation can also be set by suitable ceramization or the use of suitable heating methods for shaping the starting glass.
Bevorzugt verwendet, insbesondere im Bereich der Halogenlampen und Gasentladungslampen, werden im wesentlichen alkalifreie Glaskeramiken (GC), bezeichnet auch als „AF-GC" mit folgenden Zusammensetzungen in Gew-%:Alkali-free glass ceramics (GC), also referred to as “AF-GC” with the following compositions in% by weight, are preferably used, in particular in the field of halogen lamps and gas discharge lamps:
35 - 70, bevorzugt 35 - 60 Si02 35-70, preferably 35-60 Si0 2
14 - 40, bevorzugt 16,5 - 40 Al203 14-40, preferably 16.5-40 Al 2 0 3
0 - 20, bevorzugt 4-20 MgO, besonders bevorzugt 6-20 MgO 0-15, bevorzugt 0-9 ZnO, besonders bevorzugt 0-4 MgO0-20, preferably 4-20 MgO, particularly preferably 6-20 MgO 0-15, preferably 0-9 ZnO, particularly preferably 0-4 MgO
0-10, bevorzugt 1-10 Ti02 0-10, preferably 1-10 Ti0 2
0-10, bevorzugt 1-10 ZrO2 0-10, preferably 1-10 ZrO 2
0-8, bevorzugt 0-2 Ta205 0-8, preferably 0-2 Ta 2 0 5
0-10, bevorzugt 0-8 BaO 0 - <8, bevorzugt 0-5 CaO, besonders bevorzugt CaO <0,1 Gew.-%0-10, preferably 0-8 BaO 0 - <8, preferably 0-5 CaO, particularly preferably CaO <0.1% by weight
0-5, bevorzugt 0-4 SrO0-5, preferably 0-4 SrO
0-10, bevorzugt > 4 - 10 B203 0-10, preferably> 4 - 10 B 2 0 3
0-10, P2O5, bevorzugt < 4 Gew.-% P2O5 0-10, P 2 O 5 , preferably <4% by weight P 2 O 5
0-5 Fe2O3 0-5 CeO2 0-5 Fe 2 O 3 0-5 CeO 2
0-3 Bi203 0-3 Bi 2 0 3
0-3 WO3 0 - 3 M0O3 0-3 WO 3 0 - 3 M0O 3
0 - 4 übliche Läutermittel wie z. B. Sn02ι CeO2, S0 ι Cl, As2O3ι Sb2O3 0 - 4 usual refining agents such. B. Sn0 2ι CeO 2 , S0 ι Cl, As 2 O 3ι Sb 2 O 3
Die Glaskeramiken sind charakterisiert durch die Hauptkristallphasen Spinell, Sapphirin, Hochquarzmischkristall (HQMK), alpha-Quarz, Cordierit und entsprechende Mischkristalle (insbesondere Zn-Spinelle/Sapphirine; Mg/Zn- HQMK). Als Hauptkristallphase soll eine Kristallphase bezeichnet werden , deren Anteil an der Summe aller Kristallphasen grösser als 5 Vol.-% ist.The glass ceramics are characterized by the main crystal phases spinel, sapphirine, high quartz mixed crystal (HQMK), alpha quartz, cordierite and corresponding mixed crystals (in particular Zn spinels / sapphirine; Mg / Zn-HQMK). A crystal phase is to be referred to as the main crystal phase, the proportion of which in the sum of all crystal phases is greater than 5% by volume.
Als Nebenkristallphasen werden diejenigen Kristallphasen bezeichnet , deren Anteil bezüglich der Summe aller Kristallphasen weniger als 5 Vol.-% ausmacht. Als Nebenkristallphasen können llmenite (M2+Ti03), llenorutile (M3+ xTi4+y)O2y+1 ι5x oder Rutile (M4+χTiy02χ+2y) auftreten. Hierbei bezeichnet M ein Metall.Secondary crystal phases are those crystal phases whose share in relation to the sum of all crystal phases is less than 5% by volume. As secondary crystal phases, llmenite (M 2+ Ti0 3 ), llenorutile (M 3+ x Ti 4+ y) O 2 y +1 ι5x or rutile (M 4+ χTiy0 2 χ + 2 y) can occur. Here M denotes a metal.
Beispielsweise kann das Metall M aus folgender Gruppe ausgewählt werden:For example, the metal M can be selected from the following group:
Fe oder andere Übergangsmetalle wie Cu, Mn, Co, Ni, welche zweiwertige Kationen bilden. Sofern diese Metalle nicht in der Synthese enthalten sind, können diese über die Rohstoffe als Verunreinigung ins Glas eingetragen werden.Fe or other transition metals such as Cu, Mn, Co, Ni, which form divalent cations. If these metals are not included in the synthesis, they can be entered into the glass as impurities via the raw materials.
Zn, Mg oder andere Erdalkalien, welche zweiwertige Kationen bilden.Zn, Mg or other alkaline earths which form divalent cations.
Fe, AI, Lanthaniden oder andere Metalle, welche dreiwertige Kationen bilden.Fe, Al, lanthanides or other metals which form trivalent cations.
Zr, Hf oder andere Metalle, welche vierwertige Kationen bilden. - Als llmenorutile können auch Metalle vorkommen, welche fünfwertigeZr, Hf or other metals that form tetravalent cations. - Metals, which are pentavalent, can also occur as menu elements
Kationen bilden, wie z. B. Nb oder Ta, wie z. B. (Ti, Nb, Fe3+)306 oder (Ti, Ta, Fe3+)3O6 Form cations such. B. Nb or Ta, such as. B. (Ti, Nb, Fe 3+ ) 3 0 6 or (Ti, Ta, Fe 3+ ) 3 O 6
Calciumhaltige Kristallphasen, wie z. B. Anorthit (CaAI2Si2O8) oder Calciumphosphat (insbesondere Apatit), sind aufgrund ihrer bekanntermaßen trübenden Wirkung und geringen chemischen Beständigkeit als Hauptkristallphasen unerwünscht, deren Ausbildung wird durch die Mengen an Phosphoroxid und Caiciumoxid in der Glaskeramik vermieden. Unerwünscht sind auch Hauptkristallphasen aus Aluminiumniobat und/oder Aluminiumtantalat und/oder Aluminiumniobate-tantalate. Vorzugsweise werden kleiner als 5 Gew.-% an Niob- und/oder Tantaloxid in der Ausgangsschmelze eingesetzt.Calcium-containing crystal phases, such as. B. anorthite (CaAI 2 Si 2 O 8 ) or calcium phosphate (especially apatite), are undesirable because of their known opacifying effect and low chemical resistance as main crystal phases, the formation of which is determined by the amounts Avoided phosphorus oxide and calcium oxide in the glass ceramic. Main crystal phases made from aluminum niobate and / or aluminum tantalate and / or aluminum niobate tantalate are also undesirable. Less than 5% by weight of niobium and / or tantalum oxide is preferably used in the starting melt.
Als alkalihaltige Glaskeramiken, bezeichnet als „AH-GC", finden erfindungsgemäß beispielsweise folgende Zusammensetzungen (in Gew-%) auf Oxidbasis Verwendung, beispielsweise beim Einsatz als Niederdruckentladungslampen, insbesondere als „Backlighf-Lampen zur Verwendung in TFT-Displays:According to the invention, the following compositions (in% by weight) based on oxide are used as alkali-containing glass ceramics, referred to as “AH-GC”, for example when used as low-pressure discharge lamps, in particular as “backlighf lamps for use in TFT displays:
50-70 Si02, bevorzugt 60 - 70 SiO2 50-70 Si0 2 , preferably 60-70 SiO 2
17-27 Al203 17-27 Al 2 0 3
>0-5 Li20> 0-5 Li 2 0
0-5 Na2O0-5 Na 2 O
0-5 K200-5 K 2 0
0-5 MgO0-5 MgO
0-5 ZnO0-5 ZnO
0-5 Ti02 0-5 Ti0 2
0-5 Zr02 0-5 Zr0 2
0-8 Ta205 0-8 Ta 2 0 5
0-5 BaO0-5 BaO
0-5 SrO0-5 SrO
0-10 P205 0-10 P 2 0 5
0-5 Fe203 0-5 Fe 2 0 3
0-5 Ce02 0-5 Ce0 2
0-3 Bi2O3 0-3 Bi 2 O 3
0-3 W03 0-3 W0 3
0-3 M0O3 0-3 M0O 3
0-4 übliche Läutermittel sind z. B. Sn02, Ce02, S04, Cl, As203, Die Glaskeramiken sind charakterisiert durch die Hauptkristallphasen HQMK (Hochquarzmischkristall), Keatit.0-4 common refining agents are e.g. B. Sn0 2, Ce0 2 , S0 4 , Cl, As 2 0 3, The glass ceramics are characterized by the main crystal phases HQMK (high quartz mixed crystal), keatite.
Beide oben genannten Glaskeramiktypen sind auch besonders bevorzugt einsetzbar als Außenkolben für Metallhalognid-Hochdruck-Entladungslampen. Mtallhalognid-Hochdruck-Entladungslampen mit einem Kieselglaskolben vom Typ CDM-Tc sind beispielsweise auf der Internetseite der Fa. Philips unter www.philips.com beschrieben. Der Offenbarungsgehalt dieser Schriften wird vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen.Both types of glass ceramics mentioned above can also be used with particular preference as outer bulbs for metal halide high-pressure discharge lamps. High-halogen halide high-pressure discharge lamps with a CDM-Tc type silica glass bulb are described, for example, on the Philips website at www.philips.com. The content of the disclosure of these documents is fully incorporated into the present application.
Die nachfolgenden Zusammensetzungen sind als beispielhaft für die angegebenen Glaskeramiken anzusehen. The following compositions are to be regarded as examples of the glass ceramics indicated.
Beispiel 1:Example 1:
Beispiel 1 beschreibt Zusammensetzungen von alkalihaltigen Glaskeramiken, die sich bei Rohrzugsversuchen als vorteilhaft erwiesen haben und die in Rohrform im Lampenbau Verwendung finden können:Example 1 describes compositions of alkali-containing glass ceramics which have proven to be advantageous in tube drawing tests and which can be used in tube form in lamp construction:
Anteil Gew. -% KomponentePercentage by weight of component
67,2 Si02 67.2 Si0 2
21,4 Al203 21.4 Al 2 0 3
3,8 Li203.8 Li 2 0
1,1 MgO1.1 MgO
1.7 ZnO1.7 ZnO
2,2 Ti02 2.2 Ti0 2
1,7 Zr02 1.7 Zr0 2
0,2 As203 0.2 ace 2 0 3
0,1 K200.1 K 2 0
0,4 Na200.4 Na 2 0
0,016 Fe203 0.016 Fe 2 0 3
Summe: 99,8Total: 99.8
Thermische Ausdehnung: 3,9 (Ausgangsglas)Thermal expansion: 3.9 (original glass)
[ppm/K] <1 (keramisiert)[ppm / K] <1 (ceramicized)
Durch Keramisierung ändert sich die thermische Ausdehnung von 3,9 ppm/K für das Grünglas auf einen Wert < 1 ppm/K für das keramisierte Glas, d. h. die Glaskeramik.By ceramization, the thermal expansion changes from 3.9 ppm / K for the green glass to a value <1 ppm / K for the ceramized glass, i. H. the glass ceramic.
Beispiel 2:Example 2:
Beispiel 2 beschreibt Zusammensetzungen einer alkalifreien Glaskeramik, die in Rohrform für eine Verwendungen im Lampenbau geeignet ist: Anteil Gew. -% KomponenteExample 2 describes compositions of an alkali-free glass ceramic which is suitable in tube form for use in lamp construction: % By weight component
58,5 Si02 58.5 Si0 2
20,3 Al203 20.3 Al 2 0 3
4,2 MgO4.2 MgO
8,4 ZnO8.4 ZnO
3,0 Ti02 3.0 Ti0 2
5,0 Zr02 5.0 Zr0 2
0,5 As203 0.5 ace 2 0 3
Summe: 99,9Total: 99.9
Thermische Ausdehnung: 2,8 (Ausgangsglas)Thermal expansion: 2.8 (starting glass)
[ppm/K] 3,8 (keramisiert)[ppm / K] 3.8 (ceramized)
Die thermische Ausdehnung ändert sich durch die Keramisierung von 2,8 ppm/K beim Grünglas auf 3,8 ppm/K bei der Glaskeramik.The ceramization changes the thermal expansion from 2.8 ppm / K for green glass to 3.8 ppm / K for glass ceramics.
Die oben angegebenen Zusammensetzungen sind Zusammensetzungen des Ausgangsglases, die aber auch nach der Keramisierung erhalten bleiben.The compositions given above are compositions of the starting glass, but are retained even after the ceramization.
Die thermische Stabilität der Glaskeramik kann durch Synthese und unterschiedliche Keramisierungsprogramme modifiziert werden. Zur Beurteilung der Stabilität kann die Viskosität des Materials in Abhängigkeit der Temperatur dienen.The thermal stability of the glass ceramic can be modified by synthesis and different ceramization programs. The viscosity of the material as a function of temperature can be used to assess the stability.
Misst man die Viskosität in Abhängigkeit der Temperatur der verwendbaren alkalihaltigen und alkalifreien Glaskeramiken AH-GC und AF-GC mit der Viskosität von Aluminosilicatglas und Kieselglas so zeigt sich, dass die Glaskeramiken dem Aluminosilicatglas überlegen sind. Des weiteren kann man durch Anpassung der Keramisierungsbedingungen aus dem gleichen Ausgangsglas Glaskeramiken mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften insbesondere bezüglich der UV-Kantenlage herstellen.If one measures the viscosity as a function of the temperature of the alkali-containing and alkali-free glass ceramics AH-GC and AF-GC that can be used with the viscosity of aluminosilicate glass and silica glass, it can be seen that the glass ceramics are superior to the aluminosilicate glass. Furthermore, by adjusting the ceramization conditions, glass ceramics with different optical properties can be produced from the same starting glass, in particular with regard to the UV edge position.
Während Aluminosilicatglas bei Bestrahlung mit UV-Licht unter einer Degeneration leidet, nämlich nach UV-Bestrahlung geringere Transmissionswerte aufweist, ist dies für die erfindungsgemäßen Glaskeramiken nicht der Fall. Während die Transparenz herkömmlichen Glases nach Einwirken von UV-Strahlung nachlässt, ist ein solcher Effekt für die erfindungsgemäß zu verwendenden Glaskeramiken nicht nachweisbar. Betreffend die Herstellverfahren können die Ausgangsgläser der Glaskeramiken mittels Einschmelzen bei einer Temperatur 1 , Läutern bei einer Temperatur 2, wobei die Temperatur 2 höher als die Temperatur 1 ist, und anschließendes Ausarbeiten in einem Tiegel in einem einstufigen Verfahren hergestellt werden.While aluminosilicate glass suffers from a degeneration when irradiated with UV light, namely has lower transmission values after UV irradiation, this is not the case for the glass ceramics according to the invention. While the transparency of conventional glass decreases after exposure to UV radiation, such an effect cannot be demonstrated for the glass ceramics to be used according to the invention. With regard to the production processes, the starting glasses of the glass ceramics can be produced by melting at a temperature 1, refining at a temperature 2, the temperature 2 being higher than the temperature 1, and then working out in a crucible in a one-step process.
Möglich ist auch, nach dem Einschmelzen vorzuläutem und abzuschrecken.It is also possible to pre-ring and quench after melting.
Bei einem zweistufigen Verfahren wird in einem ersten Schritt zweistufigen Verfahrens bei hohen Temperaturen, wie beispielsweise 1650 °C das Einschmelzen durchgeführt, wonach während eines zweiten Schrittes dann wiedereingeschmolzen, nachgeläutert und ausgearbeitet wird. Schritt 1 des zweistufigen Verfahrens sollte in einem Kieselglastiegel durchgeführt werden, wobei Schritt 2 dann im Platintiegel durchführbar ist. Beispielsweise kann bei 1450 °C in einem PtRhι0Tiegel (4 Liter Volumen) mit direkt angesetzter Düse für zwei Stunden das Wiedereinschmelzen, gefolgt von Nachläutern bei 1450 °C für zwölf Stunden und dann bei 1500 °C für vier Stunden durchgeführt werden. Dann wird die Düse mit einem Brenner „frei geschmolzen", wobei ein Teil des Glaskeramik- Ausgangsglases verworfen wird. Anschließend erfolgt die Heißformgebung bei beispielsweise 1475 °C - 1485 °C. Das entstandene Glaskeramikrohr wird mittels einem sich anschließenden Muffelofen bei 1080 °C warm gehalten. Wichtig zum Ausbilden von Rohren ist die sich in der Düse befindliche Nadel, welche bis zu 10 mm weit aus der Düse herausragen kann. Ein geeigneter Innendurchmesser der Düse kann 35 mm betragen.In a two-stage process, in a first step, the two-stage process is carried out at high temperatures, for example 1650 ° C., after which, in a second step, it is melted again, refined and worked out. Step 1 of the two-stage process should be carried out in a silica glass crucible, step 2 then being able to be carried out in the platinum crucible. For example, at 1450 ° C in a PtRhι 0 crucible (4 liter volume) with a directly attached nozzle, the remelting can be carried out for two hours, followed by refining at 1450 ° C for twelve hours and then at 1500 ° C for four hours. Then the nozzle is "melted free" with a burner, with some of the glass ceramic starting glass being discarded. The hot molding is then carried out at, for example, 1475 ° C.-1485 ° C. The resulting glass ceramic tube is heated to 1080 ° C. by means of a subsequent muffle furnace It is important to form tubes in the nozzle located needle, which can protrude up to 10 mm from the nozzle. A suitable inner diameter of the nozzle can be 35 mm.
Geeignete Rohrabmessungen für die erhaltenen Glaskeramiken sind beispielsweise: Gesamtdurchmesser von 8 mm bei 1 mm Wandstärke und 6 mm Rohrinnendurchmesser, zu erlangen bei Abzugsgeschwindigkeiten von etwa 34 cm/min; Gesamtdurchmesser von 10,5 mm bei 1,2 mm Wandstärke, zu erlangen bei Abzugsgeschwindigkeiten von etwa 16 cm/min; Gesamtdurchmesser von 13,5 mm bei 1,2 - 1 ,4 mm Wandstärke, zu erlangen bei Abzugsgeschwindigkeiten von etwa 10 cm/min. Die Angabe des Gesamtdurchmesser soll hier keineswegs beschränkend für die Verfahrensführung verstanden werden. Durch nur in wenigen Schritten modifizierte Verfahren , insbesondere Anwendung von Ziehgeschwindigkeiten unter 10cm/min und Verwendung optimierter Ziehdüsen, Ziehmuffel und Ziehnadelauslegung ist es auch möglich Außendurchmesser bis 25 mm oder mehr kristallfrei zu prozessieren.Suitable tube dimensions for the glass ceramics obtained are, for example: total diameter of 8 mm with 1 mm wall thickness and 6 mm tube inner diameter, which can be obtained at take-off speeds of approximately 34 cm / min; Total diameter of 10.5 mm with 1.2 mm wall thickness, to be obtained at take-off speeds of approximately 16 cm / min; Overall diameter of 13.5 mm with a wall thickness of 1.2 - 1.4 mm, which can be obtained at take-off speeds of around 10 cm / min. The indication of the total diameter should in no way be understood as restricting the procedure. With only a few steps modified processes, in particular the use of drawing speeds below 10 cm / min and the use of optimized drawing nozzles, drawing muffle and drawing needle design, it is also possible to process outer diameters up to 25 mm or more crystal-free.
Vorrichtungen, wie in der Deutschen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 10348466.3 beschrieben, können zur Herstellung der hier beschriebenen Glaskeramiken verwendet werden.Devices as described in the German patent application with the application number 10348466.3 can be used to produce the glass ceramics described here.
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird zur Herstellung eines Leuchtvorrichtung, insbesondere einer Lampe zunächst ein Grünglasrohr gezogen, dieses verjüngt bzw. abgeschmolzen. Sodann das einseitig abgeschmolzene Rohr bestückt und die Durchführung eingeschmolzen. Der nach dem Einschmelzen der Durchführung noch vorliegende Grünglaslampenkörper wird davon anschließend teilweise oder vollständig keramisiert.In a first embodiment of the invention, in order to produce a lighting device, in particular a lamp, a green glass tube is first drawn, tapered or melted. Then the tube melted on one side is fitted and the bushing is melted down. The green glass lamp body that is still present after the bushing is melted is then partially or completely ceramized.
Im Einzelnen wird ein Grünglasrohr beispielsweise in einer konventionellen Brennerflamme einseitig verjüngt bzw. - sofern kein Vakuum im Aussenkolben notwendig ist - komplett abgeschmolzen. Die Verjüngung bzw. das Abschmelzen erfolgt entweder durch Erhitzung eines endständigen Rohres des oder durch Erhitzung in der Rohrmitte und Auseinanderziehen bzw. Auseinanderdrehen des Rohres. Bei geeigneter Wahl der Abschmelzdauer sowie der Geometrie und Gas- und. 02 bzw. Luft- Beaufschlagung der Brennerflamme erfolgt die Abschmelzung ohne Auftreten unkontrollierter Kristallisationserscheinungen, d. h. das Rohr ist auch noch nach dem Abschmelzen im gewünschten grünen Zustand.Specifically, a green glass tube is tapered on one side in a conventional burner flame, for example, or - if no vacuum is required in the outer bulb - completely melted off. The tapering or melting takes place either by heating a terminal tube or by Heating in the middle of the pipe and pulling apart or twisting the pipe apart. With a suitable choice of the melting time as well as the geometry and gas and. 0 2 or air exposure to the burner flame, the melting takes place without the occurrence of uncontrolled crystallization phenomena, ie the tube is still in the desired green state after melting.
Daran anschließend wird beispielsweise bei einer Typ B-Anwendung das einseitig offene Grünglasrohr mit einem Entladungskörper, (im Falle einer HID Lampe geformt aus Kieselglas oder transluzenter Keramik) bestückt und die daran befindlichen Metallzuführungen, ggf. nach Verjüngung des Aussenkolbens, in das Aussenkolbengrünglas eingeschmolzen. Hierbei wird das Grünglas auf geeignete Temperaturen gebracht und beispielsweise mit einer Pressvorrichtung gegen die Metallelektroden gepresst.Then, for example in a Type B application, the green glass tube, which is open on one side, is equipped with a discharge body (in the case of an HID lamp formed from silica glass or translucent ceramic) and the metal feeds located thereon are melted into the outer bulb green glass, if necessary after the outer bulb has tapered. Here, the green glass is brought to suitable temperatures and pressed against the metal electrodes, for example with a pressing device.
Idealerweise im Sinne einer möglichst spannungsfreien Verschmelzung ist das Grünglas in seiner thermischen Ausdehnung an das Metall der Durchführung, - beispielsweise W oder Mo -angepasst. Ist dies nicht der Fall können alternativ dünne Drähte, z. B. mit Durchmesser < 1 mm, bevorzugt < 0,5 mm oder dünne Folien der Dicke < 100 μm mit dem Grünglas spannungsfrei und hermetisch dicht verschmolzen werden. Dies ist auch eine mögliche Maßnahme, sofern durch die Keramisierung eine nicht mit den Metall übereinstimmende Ausdehnung entstehtIdeally, in the sense of a stress-free fusion, the green glass's thermal expansion is matched to the metal of the bushing, for example W or Mo. If this is not the case, thin wires, e.g. B. with a diameter of <1 mm, preferably <0.5 mm or thin foils of thickness <100 microns with the green glass tension-free and hermetically sealed. This is also a possible measure if the ceramicization causes an expansion that does not match the metal
Überraschender - und günstigerweise hat das Glas der Zusammensetzung in wie in Beispiel 1 oben angegeben im Grünzustand eine an Wolfram angepasste thermische Ausdehnung und kann mit diesem daher spannungsfrei verschmolzen werdenMore surprisingly - and favorably, the glass of the composition in the green state, as stated in Example 1 above, has a thermal expansion matched to tungsten and can therefore be fused with it without stress
Ist es notwendig, dass ein Vakuum zwischen Innen- und Aussenkolben anliegt, so kann das noch offene, jedoch verjüngte Rohrende unter Anlegen eines Unterdrucks abgeschmolzen werden. Nachdem der gesamte Lampenaufbau im Grünglas, d. h. in der glasigen Phase wie zuvor beschrieben hergestellt wurde, wird er keramisiert.If it is necessary that a vacuum is present between the inner and outer bulb, the still open but tapered tube end can be melted off by applying a vacuum. After the entire lamp structure in the green glass, ie in the glassy phase has been produced as described above, it is ceramized.
Die Keramisierung des gesamten Lampenaufbaus kann entweder vollständig, oder aber teilweise, d. h. partiell erfolgen. Hierbei ist gemeint dass der Körper lokal im Grünzustand bleibt mit einer Übergangszone in einen vollständig keramisierten Bereich. Letzterer ist durch die Temperatur/zeit-Behandlung partiell kristallisert (s. Definition am Anfang). Die partielle Keramisierung wird insbesondere dann bevorzugt, wenn die Keramisierung ein Glaskeramikmaterial hervorbringt, welches im Grünzustand dicht mit dem Metall verschmolzen war, jedoch durch dieThe ceramization of the entire lamp structure can either be complete or partial, i.e. H. done partially. What is meant here is that the body remains locally green with a transition zone into a fully ceramicized area. The latter is partially crystallized by the temperature / time treatment (see definition at the beginning). The partial ceramization is particularly preferred when the ceramization produces a glass ceramic material which in the green state was tightly fused to the metal, but by the
Keramisierung der Ausdehnungskoeffizient des Materials maßgeblich verändert wird. Dies ist beispielsweise bei der Glaskeramik gemäß Ausführungsbeispiel 1 der Fall. Bei der Glaskeramik gemäß Ausführungsbeispiel 1 entspricht der thermische Ausdehnungskoeffizient des Grünglases weitgehend dem Ausdehnungskoeffizienten des Materials der Durchführung, bspw. Wolfram. Wird das Grünglas keramisiert, so ändert sich der Ausdehnungskoeffizient, wie aus der Tabelle zu Ausführungsbeispiel 1 hervorgeht.Ceramization changes the coefficient of expansion of the material significantly. This is the case, for example, with the glass ceramic according to exemplary embodiment 1. In the case of the glass ceramic according to exemplary embodiment 1, the thermal expansion coefficient of the green glass largely corresponds to the expansion coefficient of the material of the bushing, for example tungsten. If the green glass is ceramized, the coefficient of expansion changes, as can be seen from the table for exemplary embodiment 1.
Bei teilweiser nachträglicher Keramisierung wie oben beschrieben erfolgt die Keramisierung bevorzugt in den Bereichen, die nicht die Durchführung ausbilden, wenn der Ausdehnungskoeffizient des Grünglases weitgehend dem des Metalles der Durchführung entspricht. Allerdings bestehen bei Lampenkörpern, die teilweise keramisiert und im Bereich der Durchführung noch Grünglas aufweisen, am Übergang Grünglas/Glaskeramik Spannungen.In the case of partial subsequent ceramization as described above, the ceramization is preferably carried out in the areas which do not form the bushing if the coefficient of expansion of the green glass largely corresponds to that of the metal of the bushing. However, in the case of lamp bodies which are partially ceramicized and still have green glass in the area of the leadthrough, there are tensions at the transition from green glass to glass ceramic.
Diese Spannungen lassen sich jedoch durch eine geeignete Prozessführung und Anpassung der Versuchsanordnung so minimieren, dass ein Rohr weiterhin mechanisch beanspruchbar bleibt und ein Bruch vermieden wird.However, these tensions can be minimized by a suitable process control and adaptation of the test arrangement so that a pipe remains mechanically stressable and breakage is avoided.
Wird wie beschrieben nur partiell im Bereich ausserhalb der Verschmelzungszone keramisiert, hat der Lampenkörper im Bereich der Verschmelzung, d. h. der Durchführung den Charakter eines Hartglases (Tg > 650 °C), im heissen Bereich, jedoch die erforderliche sehr hohe Temperaturstabilität > 800 °C und UV- Blockung, aufgrund der Tatsache, dass dort keramisiertes Material in Form einer Glaskeramik vorliegt.If, as described, ceramization is carried out only partially in the area outside the fusion zone, the lamp body in the area of the fusion, ie the implementation, has the character of a hard glass (Tg> 650 ° C.) in the hot area, however the required very high temperature stability> 800 ° C and UV blocking, due to the fact that there is ceramicized material in the form of a glass ceramic.
Bevorzugt betragen bei der oben beschriebenen Keramisierung desIn the ceramization described above, the
Lampenkörpers die maximale Keramisierungstemperaturen weniger als 1100 °C.Lamp body the maximum ceramization temperatures less than 1100 ° C.
In einer besonderen Ausführungsform wird der Lampenkörper, hier der Lampenkolben um seine Achse während der Keramisierung rotiert. In einer weiteren besonderen Ausführungsform erfolgt dies durch Lagerung der Lampe auf einem Gas- Levitationsbett.In a special embodiment, the lamp body, here the lamp bulb, is rotated about its axis during the ceramization. In a further particular embodiment, this is done by mounting the lamp on a gas levitation bed.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform wird der Durchführungsbereich während der Keramisierung z. B. durch Anblasen mit Luft oder Einbettung in Wasser partiell gekühlt und der Durchführungsbereich damit im Grünzustand - gehalten.In a further particular embodiment, the lead-through area is z. B. partially cooled by blowing with air or embedding in water and thus the implementation area in the green state - kept.
Wird der gesamte Lampenkörper einschließlich des Durchführungsbereiches keramisiert, wird bevorzugt eine Glaskeramik ausgewählt, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient möglichst gut an die Ausdehnung desIf the entire lamp body including the lead-through area is ceramized, a glass ceramic is preferably selected whose thermal expansion coefficient is as close as possible to the expansion of the
Durchführungsmateriales angepasst ist. Als Beispiel sei hier das Glas der Zusammensetzung gemäß Beispiel 2 erwähnt, dessen keramisierte Form die gewünschte Dehnung von z. B. Wolframdraht aufweist.Implementation material is adapted. As an example, the glass of the composition according to Example 2 may be mentioned, the ceramized shape of which has the desired elongation of z. B. has tungsten wire.
Ist der Ausdehnungskoeffizient der Glaskeramik nicht an den desIs the coefficient of expansion of the glass ceramic not that of the
Durchführungsmaterials angepasst, so kann, analog zum Fall der Verschmelzung von Grünglas mit Metall bei entsprechender Wahl des Verhältnisses Drahtdicke/ Glasdicke eine hermetisch dichte, spannungsarme Durchführung realisiert werden. Es empfiehlt sich ein Verhältnis von Drahtdicke zur Glasdicke von mindestens 1 : 2, günstigerweise mindestens 1 : 5, besonders bevorzugt von mindestens 1 : 10 senkrecht zur Durchführungsrichtung. Dabei ist eine Verschmelzungslänge von max. 10 mm, bevorzugt von max. 5 mm, besonders bevorzugt von max. 3 mm einzustellen.Adapted feedthrough material, a hermetically sealed, low-stress feedthrough can be realized analogously to the case of the fusion of green glass with metal with a suitable choice of the ratio wire thickness / glass thickness. A ratio of wire thickness to glass thickness of at least 1: 2, advantageously at least 1: 5, particularly preferably of at least 1:10 perpendicular to the direction of execution is recommended. There is one Fusion length of max. 10 mm, preferably of max. 5 mm, particularly preferably of max. 3 mm.
Bei Lampen mit zweiseitiger Kontaktierung, z. B. bei HID- Lampen wie bspw. Hochdruck-Metallhalogenid-Entladungslampen, werden beide Seiten des Kolbens - nach Einführen des Entlad ungsgefässes - mit den am Entladungsgefäss angebrachten Metallzuführungen verschmolzen. Um dies zu ermöglichen, wird am Aussenkolben ein Pumpstengel, ggf. ebenfalls aus einem Grünglas, an das Grünglaskolbenrohr angeschmolzen. Nach der Metalleinschmelzung wird über den Pumpstengel Unterdruck im Innenkolben erzeugt und letzterer wieder abgeschmolzen. Die Keramisierung erfolgt in einer Weise wie zuvor beschrieben.For lamps with two-sided contacting, e.g. B. with HID lamps such as high-pressure metal halide discharge lamps, both sides of the bulb - after insertion of the discharge vessel - are fused with the metal feeder attached to the discharge vessel. To make this possible, a pump stem, possibly also made of green glass, is melted onto the green glass piston tube on the outer bulb. After the metal is melted, vacuum is generated in the inner piston via the pump handle and the latter is melted down again. The ceramization takes place in a manner as described above.
In nachfolgendem Ausführungsbeispiel wird die Herstellung einer Lampe in einer Typ A-Anwendung, bspw. die Herstellung einer Halogenlampe beschrieben, bei der wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen für Typ B-In the following exemplary embodiment, the production of a lamp in a type A application is described, for example the production of a halogen lamp, in which, as in the previously described exemplary embodiments for type B,
Anwendungen eine Keramisierung erst nach Einschmelzen der Durchführung partiell oder vollständig erfolgt.Applications ceramization takes place only partially or completely after the implementation has melted.
Die Prozesschritte sind dabei analog wie oben am Beispiel von Aussenkolben für HID-Lampen beschrieben mit folgenden Unterschieden: es wird nicht ein Entladungskörper mit Zuführungen eingebracht und eingeschmolzen sondern direkt ein Wolfram- Filament ggf. mit angeschweissten Mo-Draht bzw. Mo-Folie anstelle des Anbringens von Unterdruck über ein noch offenes Ende (einseitige Kontaktierung) bzw. über einen Pumpstengel (zweiseitigeThe process steps are analogous to those described above using the example of outer bulbs for HID lamps with the following differences: it is not a discharge body with feeds that is introduced and melted in, but a tungsten filament, possibly with welded Mo wire or Mo foil instead of the Applying negative pressure via a still open end (one-sided contacting) or via a pump handle (two-sided
Kontaktierung) werden Halogene - als Flüssigkeiten bei Kühlung des Lampenkörpers bzw. in gasförmigem Zustand unter Druck - in den Lampenkörper eingebracht bzw. eingepresst. Der gefüllte Lampenkolben kann dann wie oben beschrieben komplett oder partiell keramisiert werden.Contacting), halogens - as liquids when cooling the lamp body or in the gaseous state under pressure - are introduced or pressed into the lamp body. The filled lamp bulb can then be completely or partially ceramized as described above.
Alternativ zu der zuvor beschriebenen Vorgehensweise bei der Herstellung von Lampen ist es auch möglich, die Keramisierung vor dem Einbringen der Durchführung vorzunehmen. Dies soll nachfolgend detailliert am Beispiel von „Backligh -Lampen, also TYP A Anwendungen beschrieben werden. Bei „Backlighf-Lampen ist es möglich wie oben beschrieben nur partiell zu keramisieren.As an alternative to the procedure described above for the production of lamps, it is also possible to ceramize before introducing the Implementation. This should be described in detail below using the example of “backligh lamps, ie TYPE A applications. With “Backlighf lamps it is possible to ceramize only partially, as described above.
Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn nicht die gesamte Lampe in den Keramiserungsprozess einbezogen werden soll, beispielsweise aus Gründen der Innendruckdruckentwicklung bzw. der Füllgasdegradation z. B. bei Halogenlampen oder HID-Lampen. Neben den zuvor genannten ."Backlight"- Lampen empfiehlt sich bei diesen Lampentypen in einer bevorzugten Ausführungsform das Keramisieren einer Lampenkolbens vorder Metalleinschmelzung.This is particularly advantageous if the entire lamp is not to be included in the ceramization process, for example for reasons of internal pressure development or fill gas degradation, e.g. B. with halogen lamps or HID lamps. In addition to the “backlight” lamps mentioned above, in a preferred embodiment it is advisable in these lamp types to ceramicize a lamp bulb before melting the metal.
Überraschenderweise wurde gefunden dass sich Grünglasrohre aus Material mit Zusammensetzung gemäss Beispiel 1 partiell keramisieren lassen. Hierzu wurde ein Rohrstück (Außendurchmesser ~ 4 mm bis 14 mm; Wanddicke ca. 0,5 mm) von ca. 300 mm Länge in einen Rohrofen gegeben. Die Heizzone hat eine Ausdehnung von ca. 23 cm, kann jedoch wahlweise verlängert oder verkürzt werden.Surprisingly, it was found that green glass tubes made of material with the composition according to Example 1 can be partially ceramized. For this purpose, a piece of pipe (outside diameter ~ 4 mm to 14 mm; wall thickness approx. 0.5 mm) with a length of approx. 300 mm was placed in a pipe furnace. The heating zone has an extension of approx. 23 cm, but can optionally be extended or shortened.
Verwendet wird ein Klapp-Rohrofen mit offenen Heizelementen (Länge 200 mm). Der Probenraum wird durch ein Quarzglasrohr (Länge 400 mm) mit eingeschobenem AI2O3- Keramikrohr (Länge 230 mm) gebildet. Das Keramikrohr unterstützt die selektive Heizung der Proben durch dessen Absorberwirkung für die Strahlung der Heizelemente. Zusätzlich sind die Verschlussstopfen imA folding tube furnace with open heating elements (length 200 mm) is used. The sample chamber is formed by a quartz glass tube (length 400 mm) with inserted AI 2 O 3 ceramic tube (length 230 mm). The ceramic tube supports the selective heating of the samples by its absorber effect for the radiation of the heating elements. In addition, the sealing plugs in the
Quarzglasrohr mit Belüftungslöcher versehen, so dass die Enden der Probe mit kühler Luft umspült werden. Die Ränder der Heizzone werden dadurch relativ scharf, so dass in einem Bereich von 5 mm bis 15 mm , besonders bevorzugt < 10 mm die Temperatur drastisch um bis zu 200°C abfällt. Durch Variation der aussenliegenden Kühlung bzw. Herausstehenlassen der Rohrenden (einseitig/ zweiseitig) aus dem Ofen kann der Gradient noch weiter beeinflusst werden. Der Übergangsbereich von Glas zu Glaskeramik kann durch Veränderungen des Keramikrohres (Durchmesser, Löcher, Länge) verlängert werden, um Spannungen bei dickwandigen Rohren zu reduzieren. Die Temperaturhomogenität im beheizten Bereich ist dafür sehr hoch und liegt im Bereich von < 20 K, idealerweise < 10 K.Provide ventilation holes in the quartz glass tube so that the ends of the sample are flushed with cool air. The edges of the heating zone thus become relatively sharp, so that the temperature drops drastically by up to 200 ° C. in a range from 5 mm to 15 mm, particularly preferably <10 mm. The gradient can be influenced even further by varying the external cooling or letting the pipe ends (one-sided / two-sided) protrude from the furnace. The transition area from glass to glass ceramic can be extended by changing the ceramic tube (diameter, holes, length) in order to reduce tension in thick-walled tubes. The temperature homogeneity in the heated area is very high and is in the range of <20 K, ideally <10 K.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird eine einseitig oder beidseitig offene Rohrprobe derart im Rohrofen positioniert, dass die offenen Enden/das offene Ende aus der Heizzone herausragt und kontrolliert mit Aussenluft gekühlt werden kann. Nach Durchlaufen des Keramisierungsprogrammes liegt dann im Bereich der Heizzone eine keramisierte, thermisch stabile bzw. stark UV- blockendeIn one embodiment of the invention, a tube sample that is open on one or both sides is positioned in the tube furnace in such a way that the open ends / the open end protrudes from the heating zone and can be cooled with outside air in a controlled manner. After going through the ceramization program, there is a ceramized, thermally stable or strongly UV-blocking end in the area of the heating zone
Region vor, je nach Führung des Keramisierungsprogramms. Im Gegensatz zum beheizten Teilstück ist/sind das/die endständige(n) Teilstück(e) glasig geblieben. Hier lassen sich, z. B. zur Realisierung einer CCFL- Backlightlampe, nach Aufbringen und Einbrennen der Fluoreszenzschicht, Elektroden einschmelzen.Region before, depending on the leadership of the ceramization program. In contrast to the heated section, the end section (s) have remained glassy. Here, e.g. B. to realize a CCFL backlight lamp, after applying and baking the fluorescent layer, melt electrodes.
Der Übergang vom glasigen zum transparent voll durchkeramisiertem Material lässt sich, über RAMAN Spektroskopie nachweisen, wie in Figur 1 dargestellt und unter Fluoreszenzlicht (248 nm) visualisieren. In Figur 1 bezeichnet 10 die Kurve des keramisierten Materials und 11 die des glasigen Materials.The transition from glassy to transparent, fully ceramized material can be demonstrated by RAMAN spectroscopy, as shown in Figure 1, and visualized under fluorescent light (248 nm). In Figure 1, 10 denotes the curve of the ceramic material and 11 that of the glassy material.
In Figur 2 ist ein Rohrglas, das zur Herstellung einer „Backlighf-Lampe verwendet werden kann, dargestellt.FIG. 2 shows a tubular glass that can be used to produce a “backlighf lamp”.
Der mit 20 bezeichnete Mittenteil ist keramisiert. In die beiden offenen Enden 22.1, 22.2 sind die Metalldrähte 24.1 , 24.2 der Durchführungen bereits eingelegt. Das Grünglas ist so gewählt, dass der Ausdehnungskoeffizient des Grünglases weitgehend mit dem Ausdehnungskoeffizient des Metalldrahtes 24.1, 24.2 übereinstimmt. Durch entsprechende Führung der Keramisierung wird erreicht, dass der Mittelteil 20 der „Backlighf-Lampe eine hohe UV-A-Blockung aufweist.The central part, designated 20, is ceramicized. The metal wires 24.1, 24.2 of the bushings are already inserted into the two open ends 22.1, 22.2. The green glass is selected such that the coefficient of expansion of the green glass largely corresponds to the coefficient of expansion of the metal wire 24.1, 24.2. Appropriate guidance of the ceramization ensures that the central part 20 of the “backlighf lamp has a high UV-A blocking.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden eine Li20-AI2θ3-Siθ2 Glaskeramik und als Material der Durchführung Wolfram verwandt. Es zeigt sich, dass bei geeigneter Wahl der Rohrabmessungen mit Durchmesser < 5 mm, bevorzugt < 3 mm sowie eines Ofengradienten von >120 °C der Übergang vom glasigen Endbereich 22.1 , 22.2 zum keramisierten Mittenteil 20 weitgehend spannungsfrei erfolgen kann, was zur Folge hat, dass das Rohr im Übergangsbereich ausreichend bruchfest ist. Soll der Übergangsbereich sehr kurz sein, so lässt sich dies durch lokale Ofenkühlung bzw. durch thermische Isolierung des Endstückes vom zu keramisierenden Reststück bewerkstelligen.In a particularly advantageous embodiment, a Li are 2 0-AI 2 θ 3 -Siθ 2 ceramic material and used as the implementation of tungsten. It appears, that with a suitable choice of tube dimensions with a diameter of <5 mm, preferably <3 mm and an oven gradient of> 120 ° C, the transition from the glassy end region 22.1, 22.2 to the ceramicized central part 20 can be largely stress-free, which means that the tube in the Transition area is sufficiently unbreakable. If the transition area is to be very short, this can be accomplished by local furnace cooling or by thermal insulation of the end piece from the remaining piece to be ceramized.
Die oben gemachten Ausführungen beschränken sich nicht auf die beispielhaft gewählten Geometrien oder Lampentypen, sondern die Erfindung ist auch prinzipiell auf andere Abmessungen und Lampentypen anwendbar. Beispielsweise sind auch partiell, sprich lokal keramiserte Rohre mit Aussendurchmessem im Bereich zwischen 10 mm und 20 mm und Wanddicken im Bereich 1 - 2 mm realisierbar.The statements made above are not limited to the geometries or lamp types chosen by way of example, but the invention can in principle also be applied to other dimensions and lamp types. For example, partially ceramic pipes with outside diameters in the range between 10 mm and 20 mm and wall thicknesses in the range of 1 - 2 mm can also be realized.
Beispielsweise können so auch Aussenkolben für einseitig kontaktierte HID Lampen bereitgestellt werden. Die Außenkolben derartiger HID-Lampen im Schnitt sind in den Figuren 3a und 3b gezeigt.For example, outer bulbs can also be provided for HID lamps contacted on one side. The outer bulbs of such HID lamps in section are shown in FIGS. 3a and 3b.
In Figur 3a ist neben dem Außenkolben 1000 auch noch das Brennersystem 1002, das als A^Os-Brenner ausgebildet sein kann, dargestellt. Das Brennersystem 1002 ist an einem Nippel 1004 befestigt. Der Nippel 1004 ergibt sich, wenn der Pumpstengel nach Anlegen des Vakuums, welches im Aussenkolben herrscht, abgeschmolzen wird. Die sogenannte ehemalige Verschmelzstelle fungiert dann als oberer Fixpunkt des Brennersystems 1004, welches gegenüber z. B. einer W- Wendel bei einer Halogenlampe eine deutlich größere Masse hat, so dass eine Fixierung im Außenkolben vorteilhaft ist. Des weiteren sind gezeigt die Zuführdrähte 1006 und Abführdrähte 1008. Die Zuführ- und Abführdrähte sind zwar steif genug um den Brenner zu halten, eine grössere Sicherheit und Reproduzierbarkeit in der Positionierung des Brenners wird aber erhalten, wenn eine Verlängerung 1010 des Abführdrahtes 1008 oben eine Verankerung am Nippel 1004 hat. Erfindungsgemäß ist der Außenkolben 1000 partiell keramisiert und zwar wird im Bereich des Brennersystems 1002 eine Glaskeramik 1000.1 ausgebildet, wohingegen der Außenkolben 1000 im Bereich der Durchführungen ein Grünglas 1000.2 ist.In addition to the outer bulb 1000, FIG. 3a also shows the burner system 1002, which can be designed as an A ^ Os burner. The burner system 1002 is attached to a nipple 1004. The nipple 1004 results when the pump stem is melted after applying the vacuum that exists in the outer bulb. The so-called former fusion point then acts as the upper fixed point of the burner system 1004, which is opposite z. B. a W filament in a halogen lamp has a significantly larger mass, so that a fixation in the outer bulb is advantageous. Also shown are the lead wires 1006 and lead wires 1008. The lead and lead wires are stiff enough to hold the torch, but greater safety and reproducibility in positioning the torch is obtained when an extension 1010 of the lead wire 1008 is anchored at the top on the nipple 1004. According to the invention, the outer bulb 1000 is partially ceramized, namely that a glass ceramic 1000.1 is formed in the area of the burner system 1002, whereas the outer bulb 1000 is a green glass 1000.2 in the area of the bushings.
Nachdem der Außenkolben 1000 mit einem Brennersystem bestückt wurde, werden die daran befindlichen Metallzuführungen, ggf. nach Verjüngung des Außenkolbens, in das Außenkolbengrünglas 1000.2 eingeschmolzen. Hierbei wird das Grünglas auf geeignete Temperaturen gebracht und beispielsweise mit einer Pressvorrichtung gegen die Metallelektroden gepresst.After the outer bulb 1000 has been fitted with a burner system, the metal feeds on it are melted into the outer bulb green glass 1000.2, if necessary after the outer bulb has tapered. Here, the green glass is brought to suitable temperatures and pressed against the metal electrodes, for example with a pressing device.
In Figur 3b ist ein Außenkolben 1000 ohne eine Halterung 1004 für ein Brennersystem gezeigt. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.FIG. 3b shows an outer bulb 1000 without a holder 1004 for a burner system. The same components are identified with the same reference numbers.
In einer alternativen Ausführungsform kann das Material vollständig durchkeramisiert sein und dieses bereits komplett transparente durchkeramisierte Material nachträglich mit Metallen verschmolzen werden. Hierzu wird beispielsweise das offene Ende eines einseitig abgeschmolzenen Keramikrohres mit einem Wolfram-Draht in Kontakt gebracht und über einer Gasflamme verschmolzen. Bei Anlegen einer geeigneten wohl ausgelegten Brennerflamme schmilzt die Glaskeramik lokal wieder zum Grünglas auf, das sich beispielsweise im Falle von Li2θ-Al2θ3-Si02 Glaskeramiken hermetisch dicht mit dem Wolfram- Draht verbindet. Die Brennerflamme kann z. B. so ausgelegt sein, dass ein zentraler, sehr heisser punktueller Bereich > 1500 °C eingebettet ist, in einen breiten Brennerschweif, der 700 °C nicht übersteigt. Somit können Übergangsbereiche mit geringen Spannungszuständen erzeugt werden, die ausreichende mechanische Bruchfestigkeit aufweisen.In an alternative embodiment, the material can be completely ceramized and this already completely transparent ceramized material can subsequently be fused with metals. For this purpose, for example, the open end of a ceramic tube melted on one side is brought into contact with a tungsten wire and melted over a gas flame. When a suitable, well-designed burner flame is applied, the glass ceramic locally melts again to form green glass, which, for example in the case of Li2θ-Al 2 θ3-Si0 2 glass ceramics, connects hermetically tight to the tungsten wire. The burner flame can e.g. B. be designed so that a central, very hot punctiform area> 1500 ° C is embedded in a wide burner tail that does not exceed 700 ° C. In this way, transition regions with low stress states can be generated which have sufficient mechanical breaking strength.
Erfindungsgemäß muss hierfür die Flamme eine geeignete Charakteristik habe, gekennzeichnet durch einen breite warmen Bereich (T kleiner ca. 700 °C) welcher einen heißen lokalen Bereich umschließt. Durch eine derartige Flammencharakteristik kann, wie oben beschrieben, eine spannungs- und damit rissfreie Übergangszone gewährleistet werden.According to the invention, the flame must have a suitable characteristic for this, characterized by a wide warm area (T less than approx. 700 ° C.) which encloses a hot local area. By such Flame characteristics, as described above, can ensure a stress-free and therefore crack-free transition zone.
In einer modifizierten Ausführungsform liegt der zu verschmelzende Durchführungsdraht innerhalb des keramisierten Rohres, welches unterIn a modified embodiment, the feed-through wire to be fused lies within the ceramic tube, which is underneath
Drehbewegungen unter Verwendung der o. g. Flamme auseinandergezogen und damit verjüngt wird, so dass ich das Glas letztlich an den Draht anschmiegt. Eine Vereinzelung erfolgt als nachfolgender Prozessschritt.Rotational movements using the above. Flame is pulled apart and thus tapered, so that I finally nestles the glass onto the wire. Separation takes place as a subsequent process step.
Die Verwendung von keramisierten Rohren kann auch ohne deren direkten Einschmelzung mit Metalldurchführungen erfolgen. In einer weiteren Ausführungsform wird eine Basisplatte mit geeigneten Durchführungen bereitgestellt, wobei die Basisplatte beispielsweise aus Hartglas, Kieselglas oder auch aus Glaskeramik hergestellt ist . Die Verbindung zum Kolben kann durch direktes Verschmelzen oder durch Verwendung geeigneter Fritten, keramisierender Lote oder Übergangsgläser erfolgen. Die Trennung des Glaskeramik-Kolbens von der Metalleinschmelzung ist vorteilhaft im Sinne einer hohen Herstellungsausbeute und Prozesssicherheit/-transparenzCeramic pipes can also be used without their direct melting with metal bushings. In a further embodiment, a base plate with suitable bushings is provided, the base plate being made, for example, from tempered glass, silica glass or also from glass ceramic. The connection to the piston can be made by direct fusion or by using suitable frits, ceramicizing solders or transition glasses. The separation of the glass ceramic bulb from the metal melt is advantageous in terms of a high production yield and process reliability / transparency
Die Keramisierung kann auch im Lampenbetrieb selber erfolgen. Dabei wird z. B die vom Wolfram-Filament abgegebene Wärmestrahlung bei Typ A-Anwendungen bzw. die im Innenbereich eines Außenkolbens bei Typ B-Anwendungen vorherrschende Restwärme genutzt, den Kolben partiell in situ zu keramisieren. Hierzu sollte bspw. vor Auslieferung ein dem externen Keramisierungsprozess entsprechende Lampenbetriebszyklus gefahren werden, um den gewünschtenThe ceramization can also take place in lamp operation itself. Here, for. B uses the thermal radiation emitted by the tungsten filament in type A applications or the residual heat prevailing in the interior of an outer bulb in type B applications to partially ceramize the bulb in situ. For this purpose, a lamp operating cycle corresponding to the external ceramization process should be run, for example, in order to achieve the desired one
Keramisierungsgrad an der gewünschten Kolbenstelle zu erreichen. Bei Vorliegen einer geeigneten sensiblen Keimbildungs- bzw. Kristallwachstumskinetik ist auch denkbar, den Grünglas- Lampenkolben im realen Gebrauch ohne Vorgabe von Zyklen konstruktiv „degenerieren" zu lassen.To achieve the degree of ceramization at the desired piston position. In the presence of suitable sensitive nucleation or crystal growth kinetics, it is also conceivable to have the green glass lamp bulb constructively "degenerate" in real use without specifying cycles.
Alternativ zum Einschmelzen von Elektroden über einer Flamme kann die Einschmelzung auch auf optischem Wege erfolgen. Optische Heizelemente haben den Vorteil in sehr kurzer Zeit und lokal Glasposten zu erschmelzen, wobei die Erhitzung nicht über Oberflächenerhitzung und Wärmetransport über das Material selbst erfolgt, sondern dieses direkt im Volumen erhitzt wird. Dadurch werden insbesondere bei dicken Proben, Spannungen im Glasposten vermieden. Ein derartiges geeignetes Verfahren stellt die kIR-Technologie dar. Hierbei bezeichnet kIR kurzwellige Infrarot-Strahlung.As an alternative to melting electrodes over a flame, melting can also be done optically. Have optical heating elements to melt the advantage in a very short time and locally glass items, whereby the heating does not take place via surface heating and heat transport via the material itself, but this is heated directly in volume. This avoids stress in the glass batch, especially with thick samples. One such method is kIR technology. Here, kIR denotes short-wave infrared radiation.
Der Stand der Technik zur Anwendung von kIR-Strahlung ist in einer Reihe von Schriften beschrieben. Die DE 199 38 807 beschreibt die Anwendung von klR- Strahlung zur Formung von Glasteilen aus einem Glasposten, jedoch bevorzugt dargestellt an flachen Glasplatten. DE 199 38 808, DE 199 38 811 sowie DE 101 18260 beschreiben die Anwendung von kIR-Strahlung zum Erwärmen von semitransparenten Glaskeramik-Ausgangsgläsern, jedoch ohne Bezug auf runde Formen bzw. Glas-Metalleinschmelzungen.The prior art for the use of kIR radiation is described in a number of documents. DE 199 38 807 describes the use of KLR radiation to form glass parts from a glass item, but is preferably shown on flat glass plates. DE 199 38 808, DE 199 38 811 and DE 101 18260 describe the use of kIR radiation for heating semi-transparent glass-ceramic starting glasses, but without reference to round shapes or glass-metal melts.
Die Möglichkeit der Keramisierung von Grünglas mittels kIR-Strahlung wird in DE 100 60 987 beschrieben, in DE 100 62 187 unter zusätzlicher Verwendung einer Levitations- Einrichtung. Letztere verhindert Kratzer auf der Glaskeramik- Oberfläche, welche normalerweise - infolge der Relativbewegung der keramisierenden Platte zur Unterlage - entstehen.The possibility of ceramizing green glass using kIR radiation is described in DE 100 60 987 and in DE 100 62 187 with the additional use of a levitation device. The latter prevents scratches on the glass ceramic surface, which normally occur due to the relative movement of the ceramic plate to the base.
Ein Vorteil der Anwendung von kIR-Strahlung im Vergleich zur Verwendung einer normalen Gasflamme im Zusammenhang mit der Lampenkörperformung wie in dieser Anmeldung beschrieben liegt in der sehr schnellen und lokalen Erwärmung der Glasposten. So kann beispielsweise sehr schnell und lokal eine einfacheAn advantage of using kIR radiation compared to using a normal gas flame in connection with the lamp body shaping as described in this application lies in the very rapid and local heating of the glass items. For example, a simple one can be done very quickly and locally
Rohrab- oder Durchschmelzung erfolgen ohne dass störende und unkontrollierte Kristallausscheidungen erfolgen.Pipe melting or melting takes place without annoying and uncontrolled crystal precipitations.
Ein besonderer Vorteil der Verwendung von optischer Strahlung, wie klR- Strahlung im Bereich Lampenbau, liegt in der gezielten Einstellung vonA particular advantage of using optical radiation, such as klR radiation in the field of lamp construction, is the targeted setting of
Spannungszuständen eines Glas/ bzw. Glaskeramik /Metall - Verbundes sowohl im Kaltzustand als auch im Betriebszustand. Eine konventionelle Verschmelzung erfolgt in der Weise, dass ein Durchführungsdraht oder -blech, wie auch das Glas über Gasbrenner auf eine Temperatur gebracht wird, die eine Verbindung der beiden Partner der Glas/ bzw. Glaskeramik/Metall-Durchführung im wachsweichen Glaszustand ermöglicht. Der Verbund wird dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Im Falle der Glaskeramik erfolgt meist danach der Keramisierungsschritt im mehr oder weniger festen Viskositätszustand des Glases.Stress states of a glass / or glass ceramic / metal composite both in the cold state and in the operating state. A conventional amalgamation takes place in such a way that a lead-through wire or sheet, as well as the glass, is brought to a temperature by means of gas burners, which enables a connection of the two partners of the glass / or glass ceramic / metal bushing in the wax-soft glass state. The composite is then cooled to room temperature. In the case of glass ceramics, the ceramization step usually takes place afterwards in the more or less solid viscosity state of the glass.
Sowohl beim Glaseinschmelzen als auch beim Keramisieren können - sofern Unterschiede in den Ausdehnungskoeffizienten zwischen Metall und dem Verschmelzungspartner vorliegen - Spannungszustände entstehen die sich in Bruch oder Undichtigkeiten der Verschmelzstelle äußern.Both when melting glass and when ceramizing - if there are differences in the expansion coefficients between metal and the fusion partner - stress states can arise which are manifested in breakage or leaks at the fusion point.
Unter Zuhilfenahme von kIR-Strahlung kann ein derartiger Spannungszustand weitgehend vermieden werden, da beim Bestrahlen eines Glas/Metall-Verbundes bzw. Glaskeramik/Metall-Verbundes, wie es ja die Durchführung darstellt, die klR- Strahlung zwar den Glasposten/Glaskeramikposten erhitzt, den Metalldraht (z. B. Wolfram oder Mo) jedoch nur unwesentlich bzw. - bei kurzen Expositionsdauern - gar nicht. Damit ist ein Freiheitsgrad gegeben der es ermöglicht die Spannungszustände gemäss der nachfolgenden ProportionalitätWith the aid of kIR radiation, such a stress state can be largely avoided, since when irradiating a glass / metal composite or glass ceramic / metal composite, as is shown in the implementation, the klR radiation heats the glass item / glass ceramic item Metal wire (e.g. tungsten or Mo), however, only insignificantly or - at short exposure times - not at all. This gives a degree of freedom that enables the stress states according to the following proportionality
Spannung ~ Δ α * ΔTVoltage ~ Δ α * ΔT
ist über den Parameter ΔT einzustellen.is to be set via the parameter ΔT.
Hierbei bezeichnetInscribed here
Δ α den Unterschied der Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Verschmelzpartnern Glas bzw. Glaskeramik in [ppm/K]Δ α the difference in the expansion coefficients between the fusion partners glass or glass ceramic in [ppm / K]
sowie Δ T die Differenz zwischen Endtemperatur und Starttemperatur [K] des Verschmelzungsprozesses.such as Δ T the difference between the end temperature and the start temperature [K] of the fusion process.
Der Parameter ΔT ist hierbei der Unterschied der Temperaturen, die im Bereich des Verschmelzens der Durchführung auftritt. Wird zum Beispiel die Durchführung auf eine Temperatur T(verschmelzen) erhitzt und anschließend auf eine Temperatur T (kühlen) abgekühlt, so ist ΔT = T (verschmelzen) - T (kühlen).The parameter ΔT is the difference in the temperatures that occur in the area of the fusion of the bushing. For example, if the bushing is heated to a temperature T (melt) and then cooled to a temperature T (cool), then ΔT = T (melt) - T (cool).
Im folgenden wird eine von mehreren Möglichkeiten zur Erreichung eines spannungsfreien Glaskeramik-Metall-Verbundes bei Raumtemperatur anhand einer Li20-AI203-Siθ2 Glaskeramik und Wolfram-Draht als Durchführungsmaterial beschrieben:The following describes one of several options for achieving a stress-free glass ceramic-metal composite at room temperature using Li 2 0-AI 2 0 3 -Siθ2 glass ceramic and tungsten wire as the lead-through material:
Um einen spannungsfreien Glaskeramik/Metall-Verbund unter Verwendung eines ideal vorgekeimten Grünglases zu erhalten, wird der Verbund konventionell bis ca. zu Tg des glasigen Partners erhitzt. Die Keramisierung wird nach Umschalten der Flammenerhitzung auf kIR-Strahlung durchgeführt, wobei das Metall, hier der Wolfram-Draht, sich kaum erhitzt bzw. extern gekühlt wird. Bei der Keramisierung geht das Grünglas in null- dehnende Glaskeramik über, wobei ein Kristallisationsschrumpf in der Größenordnung von < 5 % einsetzt. Dieser Vorgang dauert idealerweise nur kurze Zeit vorzugsweise < 15 min an. Der Verbund wird sehr schnell, idealerweise schockgekühlt , wobei am Ende des Prozessschrittes ein spannungsfreier Metall-Glaskeramik-Verbund einer nullausdehnenden Glaskeramik mit einem W- Draht vorliegt. Wird dieser Verbund auf Betriebsbedingungen erhitzt dichtet sich durch Ausdehnung des W- Drahtes der Verbund weiter ab und wird dadurch für unter Druck stehende Gase im Inneren eines Kolbens besonders dicht.In order to obtain a stress-free glass ceramic / metal composite using an ideal pre-germinated green glass, the composite is conventionally heated up to about Tg of the glassy partner. The ceramization is carried out after switching over the flame heating to kIR radiation, the metal, here the tungsten wire, being hardly heated or cooled externally. During the ceramization, the green glass changes into zero-stretching glass ceramic, with a crystallization shrinkage of the order of magnitude of <5%. Ideally, this process only lasts for a short time, preferably <15 min. The composite is very quickly, ideally shock-cooled, and at the end of the process step there is a stress-free metal-glass ceramic composite of a zero-expanding glass ceramic with a W wire. If this composite is heated to operating conditions, the composite seals itself further due to expansion of the W-wire, making it particularly tight for gases under pressure inside a piston.
Ein weitere Vorteil der in dieser Anmeldung genannten Materialien, nämlich insbesondere der alkalihaltigen Glaskeramik (AH-GC), unter die auch Beispiel 2 fällt, ist dass je nach Keramisierungsbedingungen unterschiedliche Kristallphasen (HQMK) und/oder Keatit bzw. Mischung dieser Phasen erhalten werden. Dies ermöglicht die Einstellung der thermischen Ausdehnung in einem Bereich von 0 bis 2 ppm/K. Auf diese Art ist es möglich, je nach Wahl der Keramisierungsbedingungen, eine an das Material der Durchführung angepasste Dehnung, bspw. eine an die Ausdehnung von W angepasste Dehnung zu erhalten.Another advantage of the materials mentioned in this application, namely in particular the alkali-containing glass ceramic (AH-GC), which also includes Example 2, is that different crystal phases depending on the ceramization conditions (HQMK) and / or keatite or mixture of these phases can be obtained. This enables the thermal expansion to be set in a range from 0 to 2 ppm / K. In this way it is possible, depending on the choice of the ceramization conditions, to obtain an expansion adapted to the material of the bushing, for example an expansion adapted to the expansion of W.
Wird anstelle der AH-GC Glaskeramik eine AF-GC Glaskeramik verwandt, unter die eine Glaskeramik gemäß Ausführungsbeispiel 2 fällt, so ist ebenfalls wieder möglich aufgrund unterschiedlicher Keramisierungsbedingungen unterschiedliche Kristallphasen einzustellen und damit auch den thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich zwischen 2 bis 6 ppm/K im Bereich der Glaskeramik/Metall-Durchführung.If, instead of the AH-GC glass ceramic, an AF-GC glass ceramic is used, which includes a glass ceramic according to exemplary embodiment 2, it is also possible again to set different crystal phases due to different ceramization conditions and thus also the coefficient of thermal expansion in the range between 2 to 6 ppm / K im Glass ceramic / metal feedthrough area.
Diese Ausführungen zeigen, dass es vorteilhaft ist unterschiedliche Bereiche des Körpers der Lampe unterschiedlich zu keramisieren. So kann der Teil des Körpers, der das Leuchtmittel umgibt eine Glaskeramik sein, die transparent ist, im Bereich der Durchführung wird aber durch Nachkeramisierung oder eine andere Art der Keramisierung eine transluzente Glaskeramik erzeugt, die in Ihrem Ausdehnungsverhalten an das Material der Durchführung angepasst ist. These statements show that it is advantageous to ceramize different areas of the body of the lamp differently. The part of the body that surrounds the illuminant can be a glass ceramic that is transparent, but in the area of the lead-through, a translucent glass ceramic is produced by post-ceramization or another type of ceramization, the expansion behavior of which is adapted to the material of the lead-through.

Claims

Patenansprüche patent claims
1. Verfahren zur Herstellung einer Leuchtvorrichtung mit wenigstens einem Körper, der ein Leuchtmittel umgibt und in den eine Stromzuführung eingebracht ist, umfassend folgende Schritte:1. A method for producing a lighting device with at least one body which surrounds a lighting means and into which a power supply is introduced, comprising the following steps:
1.1 in den Körper, der wenigstens ein offenes Ende aufweist und aus einer Glaszusammensetzung besteht, wird eine Stromzuführung an dem wenigstens einen offenen Ende eingelegt;1.1 in the body, which has at least one open end and consists of a glass composition, a power supply is inserted at the at least one open end;
1.2 das wenigstens eine offene Ende des Körpers wird mit der Stromzuführung und/oder der stromzuführenden Einheit verschmolzen und/oder an die1.2 the at least one open end of the body is fused to the power supply and / or the power supply unit and / or to the
Stromzuführung und/oder die stromzuführende Einheit gefügt;Power supply and / or the power supply unit added;
1.3 der Körper wird teilweise oder vollständig keramisiert.1.3 the body is partially or completely ceramized.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Körper teilweise keramisiert wird, wobei die Bereiche der offenen Enden im glasigen Zustand verbleiben.2. The method according to claim 1, characterized in that the body is partially ceramized, the regions of the open ends remaining in the glassy state.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient der Glaszusammensetzung im Bereich der offenen Enden im wesentlichen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des3. The method according to claim 2, characterized in that the thermal expansion coefficient of the glass composition in the region of the open ends substantially the thermal expansion coefficient of the
Materials der Stromzuführung entspricht.Material of the power supply corresponds.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Körper vollständig keramisiert wird.4. The method according to claim 1, characterized in that the body is completely ceramized.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient der Glaskeramik im wesentlichen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien der Stromzuführung entspricht.5. The method according to claim 4, characterized in that the thermal expansion coefficient of the glass ceramic corresponds substantially to the thermal expansion coefficient of the materials of the power supply.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der keramisierte Bereiche eine LJ2θ-Al2θ3.Siθ2 -Glaskeramik umfasst mit einer Zusammensetzung aus dem folgenden6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the ceramicized areas comprises an LJ2θ-Al 2 θ 3 .Siθ2 glass ceramic with a composition of the following
Zusammensetzungsbereich (in Gew.-% auf Oxidbasis):Composition range (in% by weight based on oxide):
Si02 50-70Si0 2 50-70
Al203 17-27 Li20 >0-5Al 2 0 3 17-27 Li 2 0> 0-5
Na200-5Na 2 00-5
K20 0-5K 2 0 0-5
MgO 0-5MgO 0-5
ZnO 0-5 Ti02 0-5ZnO 0-5 Ti0 2 0-5
Zr02 0-5Zr0 2 0-5
Ta2050-8Ta 2 0 5 0-8
BaO 0-5BaO 0-5
SrO 0-5 P205 0-10)SrO 0-5 P 2 0 5 0-10)
Fe2030-5Fe 2 0 3 0-5
Ce020 - 5Ce0 2 0-5
Bi2030-3Bi 2 0 3 0-3
W03 0-3
Figure imgf000041_0001
W0 3 0-3
Figure imgf000041_0001
sowie übliche Läutermittel mit einem Anteil von 0-4 Gew-%as well as conventional refining agents with a share of 0-4% by weight
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der keramisierte Bereiche eine MAS-Glaskeramik umfasst mit einer7. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the ceramicized areas comprises a MAS glass ceramic with a
Zusammensetzung aus dem folgenden Zusammensetzungsbereich (in Gew.-% auf Oxidbasis):Composition from the following composition range (in% by weight on an oxide basis):
Si02 35 - 70, bevorzugt 35 - 60 Al20314 - 40, bevorzugt 16,5 - 40Si0 2 35-70, preferably 35-60 Al 2 0 3 14-40, preferably 16.5-40
MgO 0 - 20, bevorzugt 4 - 20, besonders bevorzugt 6-20 ZnO 0-15, bevorzugt 0-9, besonders bevorzugt 0-4 Ti02 0-10, bevorzugt 1-10 Zr02 0-10, bevorzugt 1-10 Ta2050-8, bevorzugt 0-2 BaO 0-10, bevorzugt 0-8 CaO 0 - <8, bevorzugt 0-5, besonders bevorzugt < 0,1 Gew.%MgO 0-20, preferably 4-20, particularly preferably 6-20 ZnO 0-15, preferably 0-9, particularly preferably 0-4 Ti0 2 0-10, preferably 1-10 Zr0 2 0-10, preferably 1-10 Ta 2 0 5 0-8, preferably 0-2 BaO 0-10, preferably 0-8 CaO 0 - <8, preferably 0- 5, particularly preferably <0.1% by weight
SrO 0-5, bevorzugt 0-4 B203 0-10, bevorzugt > 4- 10 P2O5 0-5, bevorzugt 0-4 Fe2030-5 Ce020-5SrO 0-5, preferably 0-4 B 2 0 3 0-10, preferably> 4- 10 P 2 O5 0-5, preferably 0-4 Fe 2 0 3 0-5 Ce0 2 0-5
Bi2030-3 W03 0-3
Figure imgf000042_0001
sowie übliche Läutermittel mit einem Anteil von 0-4 Gew-%.Bi 2 0 3 0-3 W0 3 0-3
Figure imgf000042_0001
as well as conventional refining agents with a share of 0-4% by weight.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, die8. The method according to any one of claims 6 to 7, characterized in that
Glaskeramik im keramisierten Bereich einen Gehalt an Ti02 von wenigstensGlass ceramic in the ceramized area has a Ti0 2 content of at least
0,1 Gew.% umfasst.0.1% by weight.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromzuführung ein Metall oder eine Legierung umfasst.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the power supply comprises a metal or an alloy.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall ein Metall ausgewählt aus folgenden Verbindungen ist: Wolfram,10. The method according to claim 9, characterized in that the metal is a metal selected from the following compounds: tungsten,
Molybdän, eine Kovar-Legierungen, eine Molekdenwanar-LegierungenMolybdenum, a Kovar alloy, a Molecule alloy
11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtkörper ein Glaskolben einer Typ A-Anwendung ist. 11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the luminous element is a glass bulb of a type A application.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper ein Glaskolben einer Typ B-Anwendung ist.12. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the body is a glass bulb of a type B application.
13. Verfahren zur Herstellung einer Leuchtvorrichtung mit wenigstens einem Körper, in den ein Leuchtmittel und eine Stromzuführung eingebracht ist, umfassend folgende Schritte: der Körper wird teilweise oder vollständig keramisiert an wenigstem einem offenen Ende des Körpers wird eine Stromzuführung eingelegt das offene Ende wird mit der Stromzuführung oder der stromzuführenden13. A method for producing a lighting device with at least one body, in which a lamp and a power supply is introduced, comprising the following steps: the body is partially or completely ceramized at least one open end of the body, a power supply is inserted, the open end is with the Power supply or the power supply
Einheit verschmolzen und/oder an die Stromzuführung und/oder die stromzuführende Einheit gefügt.Unit fused and / or added to the power supply and / or the power supply unit.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper teilweise keramisiert wird, wobei die Bereiche der offenen Enden im glasigen Zustand verbleiben.14. The method according to claim 13, characterized in that the body is partially ceramized, the regions of the open ends remaining in the glassy state.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient der Glaszusammensetzung im Bereich der offenen Enden im Wesentlichen dem thermischen15. The method according to claim 14, characterized in that the thermal expansion coefficient of the glass composition in the region of the open ends essentially the thermal
Ausdehnungskoeffizienten des Materials der Stromzuführung entspricht.Expansion coefficient of the material of the power supply corresponds.
16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper vollständig keramisiert wird.16. The method according to claim 13, characterized in that the body is completely ceramized.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient der Glaskeramik im wesentlichen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien der Stromzuführung entspricht.17. The method according to claim 16, characterized in that the thermal expansion coefficient of the glass ceramic corresponds substantially to the thermal expansion coefficient of the materials of the power supply.
18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der keramisierte Bereiche eine Li2θ-AI203-Siθ2 - Glaskeramik umfasst mit einer Zusammensetzung aus dem folgenden Zusammensetzungsbereich (in Gew.-% auf Oxidbasis):18. The method according to any one of claims 13 to 17, characterized in that the ceramicized areas a Li 2 θ-AI 2 0 3 -Siθ 2 - Glass ceramic comprises with a composition from the following composition range (in% by weight on an oxide basis):
Si02 50-70Si0 2 50-70
Al203 17-27Al 2 0 3 17-27
Li20 >0-5Li 2 0> 0-5
Na20 0-5Na 2 0 0-5
K20 0-5K 2 0 0-5
MgO 0-5MgO 0-5
ZnO 0-5ZnO 0-5
Ti02 0-5Ti0 2 0-5
Zr02 0-5Zr0 2 0-5
Ta205 • 0-8Ta 2 0 5 • 0-8
BaO 0-5BaO 0-5
SrO 0-5
Figure imgf000044_0001
SrO 0-5
Figure imgf000044_0001
Ce02 0-5Ce0 2 0-5
Bi203 0-3Bi 2 0 3 0-3
W03 0-3
Figure imgf000044_0002
W0 3 0-3
Figure imgf000044_0002
sowie übliche Läutermittel mit einem Anteil von 0-4 Gew-%.as well as conventional refining agents with a share of 0-4% by weight.
19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der keramisierte Bereiche eine MAS-Glaskeramik umfasst mit einer Zusammensetzung aus dem folgenden Zusammensetzungsbereich (in19. The method according to any one of claims 13 to 17, characterized in that the ceramized area comprises a MAS glass ceramic with a composition from the following composition area (in
Gew.-% auf Oxidbasis):% By weight on oxide basis):
Si02 35 - 70, bevorzugt 35-60 AI2O314-40, bevorzugt 16,5 - 40 MgO 0 - 20, bevorzugt 4 - 20, besonders bevorzugt 6 - 20Si0 2 35-70, preferably 35-60 Al 2 O 3 14-40, preferably 16.5-40 MgO 0-20, preferably 4-20, particularly preferably 6-20
ZnO 0-15, bevorzugt 0-9, besonders bevorzugt 0-4 Ti02 0-10, bevorzugt 1-10 Zr02 0-10, bevorzugt 1-10 Ta2050-8, bevorzugt 0-2 BaO 0-10, bevorzugt 0-8ZnO 0-15, preferably 0-9, particularly preferably 0-4 Ti0 2 0-10, preferably 1-10 Zr0 2 0-10, preferably 1-10 Ta 2 0 5 0-8, preferably 0-2 BaO 0-10, preferably 0-8
CaO 0-8, bevorzugt 0-5, besonders bevorzugt <0,1 Gew,% SrO 0-5, bevorzugt 0-4CaO 0-8, preferably 0-5, particularly preferably <0.1% by weight SrO 0-5, preferably 0-4
B03 0-10, bevorzugt > 4 - 10 P2O5 0-5, bevorzugt 0-4 Gew.% Fe2030-5 Ce020-5 Bi2030-3B0 3 0-10, preferably> 4 - 10 P2O 5 0-5, preferably 0-4% by weight Fe 2 0 3 0-5 Ce0 2 0-5 Bi 2 0 3 0-3
W03 0-3
Figure imgf000045_0001
sowie übliche Läutermittel mit einem Anteil von 0-4 Gew-%.W0 3 0-3
Figure imgf000045_0001
as well as conventional refining agents with a share of 0-4% by weight.
20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 19, dadurch gekennzeichnet, die Glaskeramik im keramisierten Bereich einen Gehalt an Tiθ2 von wenigstens 0,1 Gew.% umfasst.20. The method according to any one of claims 18 to 19, characterized in that the glass ceramic in the ceramicized area comprises a TiO 2 content of at least 0.1% by weight.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromzuführung ein Metall oder Legierung umfasst.21. The method according to any one of claims 13 to 20, characterized in that the power supply comprises a metal or alloy.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall ein Metall ausgewählt aus folgenden Verbindungen ist:22. The method according to claim 21, characterized in that the metal is a metal selected from the following compounds:
Wolfram, Molybdän , eine Kovar-Legierung, eine Molekdenwanar-LegierungenTungsten, molybdenum, a Kovar alloy, a molecular wanar alloy
23. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtkörper ein Glaskolben einer Anwendung A ist. 23. The method according to any one of claims 13 to 22, characterized in that the luminous element is a glass bulb of an application A.
24. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper ein Glaskolben einer Typ B Anwendung ist.24. The method according to any one of claims 13 to 22, characterized in that the body is a glass bulb of a type B application.
25. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramisierung mit Hilfe von kurzwelliger IR-Strahlung vorgenommen wird.25. The method according to any one of claims 1 to 24, characterized in that the ceramization is carried out with the aid of short-wave IR radiation.
26. Verfahren gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe der kurzwelligen IR-Strahlung nur ein vorbestimmter Bereich des Körpers erhitzt wird.26. The method according to claim 25, characterized in that with the help of the short-wave IR radiation only a predetermined area of the body is heated.
27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die IR-Strahlung in ihrer Wellenlänge derart gewählt wird, dass das Material der Durchführung nicht oder nur geringfügig erhitzt wird.27. The method according to claim 25 or 26, characterized in that the IR radiation is selected in its wavelength such that the material of the implementation is not or only slightly heated.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensführung und/ oder die Wellenlänge der IR-Strahlung so gewählt ist, dass im Bereich der Durchführung ein Glaskeramik-Metall- Verbund erzielt wird, der bei Raumtemperatur spannungsfrei ist.28. The method according to any one of claims 25 to 27, characterized in that the procedure and / or the wavelength of the IR radiation is selected so that a glass ceramic-metal composite is achieved in the area of implementation, which is stress-free at room temperature.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungszustand im Bereich der Glaskeramik-Metall- Durchführung einstellbar ist und die Spannung im Bereich der Glaskeramik- Metalldurchführung nachfolgender Proportionalität genügt29. The method according to any one of claims 1 to 28, characterized in that the stress state in the area of the glass ceramic metal feedthrough is adjustable and the tension in the area of the glass ceramic metal feedthrough satisfies the following proportionality
Spannung ~ Δ α * ΔTVoltage ~ Δ α * ΔT
wobeiin which
Δ α der Unterschied der Ausdehnungskoeffizienten zwischen denΔ α the difference in the expansion coefficient between the
Verschmelzpartnern [ppm/K] ist Δ T die Differenz zwischen Endtemperatur und Starttemperatur [K] des Verschmelzungsprozesses istMerging partners [ppm / K] is Δ T is the difference between the end temperature and the start temperature [K] of the fusion process
30. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensführung derart gewählt ist, dass ein weitgehend spannungsfreier Metall/Glaskeramik oder Metall/ Glas-Verbund im Bereich der Durchführung bei Raumtemperatur in den Körper erhalten wird, wobei sich der Metall/Glaskeramik oder Metall/Glas-Verbund beim Erwärmen, insbesondere beim Hochfahren der Lampe auf Betriebstemperatur, abdichtet.30. The method according to any one of claims 1 to 29, characterized in that the process is chosen such that a largely stress-free metal / glass ceramic or metal / glass composite is obtained in the area of the implementation at room temperature in the body, the metal / Glass ceramic or metal / glass composite seals when heated, especially when the lamp is brought up to operating temperature.
31. Leuchtvorrichtung mit31. Illuminating device with
31.1 mindestens einem Körper, der ein Leuchtmittel umfasst31.1 at least one body which comprises a lamp
31.2 eine in den Körper eingebrachten Stromzuführung, die mit dem Körper verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass31.2 a power supply introduced into the body and connected to the body, characterized in that
31.3 der Körper vollständig oder teilweise aus einer Glaskeramik besteht und31.3 the body consists entirely or partially of a glass ceramic and
31.4 das Material des Körpers im Bereich der Stromzuführung einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der im Wesentlichen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Materials der Stromzuführung entspricht.31.4 the material of the body in the area of the power supply has a coefficient of thermal expansion which essentially corresponds to the thermal expansion coefficient of the material of the power supply.
32. Leuchtvorrichtungen nach Anspruch 31 , dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtvorrichtung ein Temperaturstrahler ist.32. lighting devices according to claim 31, characterized in that the lighting device is a temperature radiator.
33. Leuchtvorrichtung gemäß Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturstrahler eine Glühbirne oder ein Halogenstrahler ist.33. Lighting device according to claim 32, characterized in that the temperature radiator is a light bulb or a halogen radiator.
34. Leuchtvorrichtung gemäß Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die primäre Lichtaussendung des Temperaturstrahlers von einer erhitzten Wendel aus Wolframmetall oder Wolframlegierung erfolgt, welche umgeben ist von Schutzgasen, insbesondere von Krypton, Argon, Xenon oder Halogeniden.34. Lighting device according to claim 33, characterized in that the primary light emission of the temperature radiator is carried out by a heated filament made of tungsten metal or tungsten alloy, which surround is of protective gases, in particular of krypton, argon, xenon or halides.
35. Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 34 dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Stromzuführung Metalle wie Wolfram und / oder Molybdän oder Kovarlegierungen in Form von Drähten oder Folien verwendet werden.35. Lighting device according to one of claims 31 to 34, characterized in that metals such as tungsten and / or molybdenum or kovar alloys in the form of wires or foils are used in the area of the power supply.
36. Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 35 dadurch gekennzeichnet, dass im Innern des Körpers der Leuchtvorrichtung ein36. Lighting device according to one of claims 31 to 35, characterized in that in the interior of the body of the lighting device
Gasinnendruck von bis zu 30 bar im Betrieb aufgebaut ist.Internal gas pressure of up to 30 bar is built up during operation.
37. Leuchtvorrichtungen nach Anspruch 31 dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtvorrichtung eine Entladungslampe ist.37. Lighting devices according to claim 31, characterized in that the lighting device is a discharge lamp.
38. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladungslampe einen Entladungsraum umfasst und der Entladungsraum mit Entladungsstoffen wie Quecksilber und/oder Selten- Erdionen und/oder mit Xenon gefüllt ist38. Lighting device according to claim 37, characterized in that the discharge lamp comprises a discharge space and the discharge space is filled with discharge substances such as mercury and / or rare earth ions and / or with xenon
39. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Innenseite des Körpers eine Fluoreszenzschicht aufgebracht ist, die dazu dient, UV Anteile aus dem Entladungsprozess, insbesondere UV- Anteilen des Quecksilbers in sichtbares Licht zu konvertieren.39. Illuminating device according to claim 38, characterized in that a fluorescent layer is applied to the inside of the body, which serves to convert UV components from the discharge process, in particular UV components of the mercury into visible light.
40. Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper ein Füllgas umfasst und das Füllgas unter einem Druck von bis zu 200 bar oder mehr als 200 bar steht.40. Lighting device according to one of claims 37 to 39, characterized in that the body comprises a filling gas and the filling gas is under a pressure of up to 200 bar or more than 200 bar.
41. Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass der Entladungsraum einen Entladungskörper umfasst.41. Lighting device according to one of claims 37 to 40, characterized in that the discharge space is a discharge body includes.
42. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 41 , dadurch gekennzeichnet, dass der Entladungskörper aus Kieselglas oder transluzenter Keramik besteht und der Körper der Leuchtvorrichtung den Entladungskörper zur42. Illuminating device according to claim 41, characterized in that the discharge body consists of silica glass or translucent ceramic and the body of the lighting device for the discharge body
Gewährleistung des Schutzes gegenüber schädlicher UV Strahlung und/oder, gegenüber Splittern bei Explosion des Entladungskörpers umgibt.Ensuring protection against harmful UV radiation and / or surrounding splinters in the event of an explosion of the discharge body.
43. Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 42 dadurch gekennzeichnet, dass die Stromzuführung ein Metall umfasst.43. Lighting device according to one of claims 37 to 42, characterized in that the power supply comprises a metal.
44. Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 41 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper der Leuchtvorrichtung des Aussenkolbens einer Metallhalogenid- Hochdruckentladungslampe ist.44. Illuminating device according to one of claims 41 to 43, characterized in that the body of the illuminating device of the outer bulb of a metal halide high-pressure discharge lamp.
45. Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 43 oder 44, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall eine oder mehrere der nachfolgenden Materialien umfasst:45. Lighting device according to one of claims 43 or 44, characterized in that the metal comprises one or more of the following materials:
Wolfram Molybdän,Tungsten molybdenum,
Niobmetall eine Kovarlegierungen, eine Molekdenwanar-LegierungNiobium metal is a Kovar alloy, a Molecular alloy
46. Leuchtvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 31 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass der keramisierte Bereiche der Leuchtvorrichtung eine Li20-AI203Si02 -Glaskeramik umfasst mit einer Zusammensetzung aus dem folgenden Zusammensetzungsbereich (in Gew.-% auf Oxidbasis):46. Illuminating device according to one of claims 31 to 45, characterized in that the ceramicized area of the illuminating device comprises a Li 2 0-Al 2 0 3 Si0 2 glass ceramic with a composition from the following composition range (in wt .-% on an oxide basis) :
Si02 50 - 70Si0 2 50-70
AI203 17 - 27 Li20 > 0 - 5 Na200-5 K200 - 5 MgO 0-5 ZnO 0-5 Ti020-5AI 2 0 3 17 - 27 Li 2 0> 0 - 5 Na 2 00-5 K 2 00 - 5 MgO 0-5 ZnO 0-5 Ti0 2 0-5
Zr020-5 Ta2050-8 BaO 0-5 SrO 0 - 5 P2O50-10Fe2O30-5Zr0 2 0-5 Ta 2 0 5 0-8 BaO 0-5 SrO 0 - 5 P 2 O 5 0-10Fe 2 O 3 0-5
Ce020 - 5 Bi2030-3 W030-3
Figure imgf000050_0001
Ce0 2 0 - 5 Bi 2 0 3 0-3 W0 3 0-3
Figure imgf000050_0001
sowie übliche Läutermittel mit einem Anteil von 0-4 Gew-%.as well as conventional refining agents with a share of 0-4% by weight.
47. Leuchtvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 31 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass der keramisierte Bereiche der Leuchtvorrichtung eine MAS-Glaskeramik umfasst mit einer Zusammensetzung aus dem folgenden47. Lighting device according to one of claims 31 to 45, characterized in that the ceramized regions of the lighting device comprises a MAS glass ceramic with a composition of the following
Zusammensetzungsbereich (in Gew.-% auf Oxidbasis):Composition range (in% by weight based on oxide):
Si02 35 - 70, bevorzugt 35 - 60Si0 2 35-70, preferably 35-60
AI2O3 14-40, bevorzugt 16,5 - 40Al2O 3 14-40, preferably 16.5-40
MgO 0 - 20, bevorzugt 4 - 20, besonders bevorzugt 6 - 20 ZnO 0-15, bevorzugt 0-9, besonders bevorzugt 0-4MgO 0-20, preferably 4-20, particularly preferably 6-20 ZnO 0-15, preferably 0-9, particularly preferably 0-4
Ti02 0-10, bevorzugt 1-10Ti0 2 0-10, preferably 1-10
Zr02 0-10, bevorzugt 1-10Zr0 2 0-10, preferably 1-10
Ta2050-8, bevorzugt 0-2Ta 2 0 5 0-8, preferably 0-2
BaO 0-10, bevorzugt 0-8 CaO 0-8, bevorzugt 0-5, besonders bevorzugt < 0,1BaO 0-10, preferably 0-8 CaO 0-8, preferably 0-5, particularly preferably <0.1
SrO 0-5, bevorzugt 0-4SrO 0-5, preferably 0-4
B203 0-10, bevorzugt > 4 - 10 P205 0-5, bevorzugt 0-4 Fe2030-5 Ce020-5 Bi2030-3 W03 0-3
Figure imgf000051_0001
B 2 0 3 0-10, preferably> 4 - 10 P 2 0 5 0-5, preferably 0-4 Fe 2 0 3 0-5 Ce0 2 0-5 Bi 2 0 3 0-3 W0 3 0-3
Figure imgf000051_0001
sowie übliche Läutermittel mit einem Anteil von 0-4 Gew-%.as well as conventional refining agents with a share of 0-4% by weight.
48. Leuchtvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 46 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass die Glaskeramik im keramisierten Bereich einen Gehalt an Ti02 von wenigstens 0,1 Gew.% umfasst. 48. Illuminating device according to one of claims 46 to 47, characterized in that the glass ceramic in the ceramicized area comprises a TiO 2 content of at least 0.1% by weight.
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