CN1071534A - 高压放电灯 - Google Patents

Abstract

带有陶瓷放电容器(8)的高压放电灯包括金属管 状馈电引线(10)，馈电引线的热膨胀系数小于陶瓷的 热膨胀系数。借助位于馈电引线(10)内的内部支撑 元件(16)而实现气密封接。

Description

本发明涉及一种高压放电灯，这种放电灯有一个陶瓷放电容器，放电容器中包含可电离填充物并具有两个端头，每一个端头由一个作为插塞的陶瓷成形部件所封闭，在插塞中置有一个金属制的管状馈电引线，该引线的热膨胀系数小于陶瓷部件的热膨胀系数。

例如，本发明涉及一种高压钠灯，更具体地说，本发明涉及带有改进了色重现性能的金属卤化物灯。陶瓷放电容器的使用允许它工作在较高的所需温度下。典型的额定功率为100瓦到250瓦。管状放电容器的端部被圆柱形陶瓷端部插塞所封闭，在插塞的轴向孔中有金属制的馈电引线。

通常使用的是铌馈电引线（如德国专利申请DE-PS1471379中所描述的）。然而，这些馈电体仅是相对地适用于有着长寿命和良好色重现性能的灯，因为特别在灯中充有金属卤化物时，铌管和用作密封的陶瓷密封材料被显著地腐蚀。在欧洲专利申请EP-PS136505中描述了一种改进。由于在最终绕结当中“未烧结”陶瓷的收缩过程，使铌管气密地封在插塞中，而不需要陶瓷密封材料。因为这两种材料有着近似相同的热膨胀系数（8×10^-6K^-1），这样的密封是很容易实现的。

也试验过用其它金属制作馈电引线。

由英国专利申请GB-PS1152134可知，有一种馈电引线有着铂、铁、镍或钴的表面以及与陶瓷相适配的芯子。馈电引线可以为锥形，使用一个陶瓷的内部支撑件（插塞和内部支撑件也可以为锥形），在确定的气体环境中和一个确定的压力下以轴向压缩使馈电引线与插塞封接。

在德国专利申请DE-PS2548732和2641880所述的放电灯中，管状馈电引线由钨、钼或铼构成，在馈电引线的内部由有着轴向对齐的直壁的陶瓷圆柱体加以支撑。这个圆柱体可以是实心或空心的，在后者的情况下，圆柱体镗孔用作排气通道并随后被封闭。虽然馈电引线和在外部及内部相邻的陶瓷零件较早在1850℃的温度下作过最后烧结，然而仍然要借助一种陶瓷密封材料来实现馈电引线与陶瓷零件之间的密封。虽然这些灯对腐蚀的敏感性的确减小了，但并未能满足有金属卤化物填充物的灯的使用要求。尽管作了大量的尝试，至今仍不能得到一种抗腐蚀的陶瓷密封材料。

本发明的目的在于提供一种抗温度变化和抗腐蚀的馈电引线，更具体地说，这种馈电引线能用于包含卤化物填充物的灯中。

本发明的目的在上述类型的灯中得到实现，其特征在于，插塞直接与馈电引线气密地烧结在一起，大约在插塞的高度上，在馈电引线内部另外设置一个作为内部支撑元件的第二陶瓷成形元件。具体的优良实施例可以用以下方式完成。

借助直接烧结到馈电引线上的插塞的压力使内部支撑元件只连接到馈电引线上。

馈电引线在对着放电空间的一边封闭，而内部支撑元件以陶瓷密封材料或金属焊料连接到馈电引线。

内部支撑元件成形为实心圆柱体或空心圆柱体。

内部支撑元件的高度小于插塞的高度。

内部支撑元件相应于插塞的高度对中地置于馈电引线之内。

至少是内部支撑元件的外壁包括一个向着放电空间而渐缩的锥形部分，此锥形部分与馈电引线和插塞的锥形部分相配。

馈电引线由钼、钨、铼或这些金属的合金所组成。

填充物包括含卤素的成分。

内部支撑元件相应于插塞向着远离放电空间的一边偏移。

馈电引线借助于用摩擦焊接产生的一层薄层而与内部支撑元件连接在一起。

下面将描述本发明的工作。本发明基于在共同申请待批的欧洲专利申请No.91113912.9中描述的技术，把薄壁钼管（壁厚0.05-0.25毫米）直接烧结到陶瓷插塞上。当这些插塞用于在色重现性能特别好的灯中时，在大约500个加温周期（即接通和断开灯，每一次都造成温度负载上的改变）后，在馈电引线和插塞之间造成一个窄的间隙。这个间隙的宽度大约为15微米。这是因为钼的热膨胀系数（6×10^-6K^-1）和陶瓷的热膨胀系数（8×10^-6K^-1）差别（25%）大所造成，这在负载变化时就能觉察到。

一方面，本发明利用了也适用于插塞和非适配馈电引线间接合的未烧结陶瓷收缩技术，从而避免使用对腐蚀敏感的陶瓷密封材料。另一方面，本发明使用了内部支撑元件，这个内部支撑元件是按照已经最终烧结并不再经受收缩工艺的陶瓷的形状制成。内部支撑元件和插塞最好由相同的陶瓷材料构成。由于这两种措施的结合使用，这些灯的寿命大大地延长了（增大到四倍）。

实现接合的过程是，首先把端部插塞作为未烧结体，其中安置了包括内部支撑元件的管状馈电引线。随后最终地烧结该插塞，因为端部插塞的收缩（大约2-20%）而获得所必需的可靠接合。收缩的端部插塞未烧结体压在管状馈电引线上，而使后者压向内部支撑元件。这一步骤中所需的温度约为1850℃，在灯的工作过程中，端部插塞的温度（约1100℃）将不会达到这一烧结温度。

对于填充物中含有卤化物的灯来说，因为已完全去除了对腐蚀敏感的元件，这种接合方法有着特别的优点。

如果管状馈电引线在对着放电空间的一边被气密地封闭，就可以使用公知的陶瓷密封材料工艺来连接内部支撑元件和管状馈电引线，这是因为，在这种情况下将没有卤化物会接触到陶瓷密封材料。必须考虑到，只有陶瓷封材料才是适合的，因其熔点高于烧结温度。很显然，也能使用金属焊料。后者有着较高的弹性伸长，因而能更容易地实现有着不同热膨胀系数的物体之间的连接。

在馈电引线对着放电空间一边开口的情况下，即馈电引线未被气密地封闭，在把内部支撑元件连接到馈电引线管时可以省去陶瓷密封材料。利用外部的插塞的压力使得馈电引线内部实现气密封闭。

在两种情况下都需要内部支撑元件有比较精密的配合（大约15-50微米）。如使用陶瓷密封材料的情况下，精密的配合可引起毛细管作用;而在直接烧结时，即使在仅有轻微的收缩（约2%）下为获得可靠的气密封接，也必须有精密的配合。

在最简单的实施例中，内部支撑元件有着实心圆柱体或圆柱管（中空圆柱体）的形式。在后一情况下，中间镗孔作为排气和充气之用。稍后可用陶瓷密封材料或类似物封闭。

已证明有一个实施例是特别适合的，特别当内部支撑元件也不用陶瓷密封材料或金属焊料封在馈电引线管内时是适合的。在此实施例中，内部支撑元件的高度小于插塞的高度。一个典型的尺寸是减小了30%。在端部插塞与位于其中的馈电引线管的最终烧结过程中，馈电引线管延伸在内部支撑元件之外的部分因内部支撑元件的阻挡不再存在而进一步被压缩，这样，至少在内部支撑元件的一个端部得到特别可靠的气密连接，此外，内部支撑元件被可靠地夹持。内部支撑元件相对于插塞高度的中央定位则特别适用，因为这样可使内部支撑元件的两端都得到卡紧的效果。

一个实施例的优点是内部支撑元件的至少一部分渐缩成锥形形状。对于插塞-馈电引线管-内部支撑元件相接合的部分的匹配来说，由于直径的差别可以通过轴向位移来自动补偿，这种形状就相当有益。初始的配合精度仅需要大约200微米。此外，在管中的内部支撑元件的定位在将后者封接到前者之前就自动得到保证。对于无陶瓷密封材料的封接技术来说，这个实施例是特别适合的。

能够以两种方式来完成这个特别适用的实施例的制造过程。馈电引线管本身可以已有一个锥形部分，内部支撑元件和馈电引线管有着相同的倾斜角（典型地约为10°）。或者，光是内部支撑元件本身原来就可以整个、或者一部分稍成锥形（5～10°）。在这种情况下，原来是圆柱形的管首先被压成锥形。这最好以摩擦焊接的方式实现，即把馈电引线管拉到内部支撑元件上，同时将管连续地旋转。为了更有利于这一技术，或为了获得更大角度，馈电引线管能预先成形，使得稍成锥形（典型的为5°），而在摩擦焊接的过程中进一步增大（典型地是到10°）。随后这一组件塞入到端部插塞的预先成锥形的未烧结体中，最后将端部烧结。

对于摩擦焊接，必须当心的是，由于馈电引线管的摩擦，馈电引线管到达高于从脆性相到塑性相转变的温度，从而使馈电引线管弹性变形。对于钼来说，转变温度特别低（200℃）。为此，在这个工艺中，与钨和铼相比，最好使用钼，这样就可在内部支撑元件和馈电体间提供特别可靠的接合。在其它的实施例中，钨以及钨和铼的合金与钼同样很好地适用。它们的热膨胀系数（4×10^-6K^-1）甚至比钼的膨胀系数要小。概括地说，本发明适用于一种馈电引线，其热膨胀系数比陶瓷成形元件的热膨胀系数要小至少20%。

本发明提供了一种长寿命高压放电灯，其气密性甚至不因使用了含卤化物的填充物而受到损害。放电容器通常为管状，或者是圆柱形的，或者在其中部有向外凸起的部分。通常，它位于一个单端外壳或双端外壳中。

现要参考附图以更充分地描述本发明，附图中：

图1为一个金属卤化物灯，部分为截面图，而

图2-9以截面图形式表明了放电容器的密封部分的几个实施例。

图1表明了额定功率为150瓦的金属囟化物灯。它包括限定了灯轴的硬玻璃圆柱外壳1，外壳在2处夹封并在每一端部有一底座3。轴向对齐的氧化铝陶瓷放电容器8的中部4向外凸起，并具有圆柱端部9。放电容器由两个供电导体6支撑在外壳1中，供电导体通过箔片5连接到底座3。供电导体6焊到管状馈电引线10上，而每一馈电引线都固定在放电容器端部的插塞11中。

两个钼（或钨，也可能是钨与铼的合金）馈电引线10的每一个以其在放电区的一端支撑一个电极12。电极包括一个电极体13和在电极体面对放电区一边套上的线圈14。放电容器的填充物包括惰性起始气体（比如氩）、汞和金属卤化物添加物。

图2详细表明了在放电容器8的一端的密封区。放电容器8的两端9的壁厚为1.2毫米。氧化铝陶瓷的圆柱形插塞11塞入放电容器的端部9。插塞外径为3.3毫米而高度为5毫米。钼管10长12毫米、壁厚0.1毫米、而直径固定为1.4毫米，固定在插塞的轴向开口中作为馈电引线，并在对着放电区的一端15封闭。电极体13焊接在端部15上。

管10在插塞11之外向两边延伸。氧化铝的陶瓷内部支撑元件16在插塞高度处位于封闭的管10的内部。内部支撑元件是一个实心圆柱体，其外径与管10的内径紧配合（约15微米）。实心圆柱体通过一层中间金属焊料薄层17与管10相连接。与此相反，在管10和插塞11之间没有附加连接物。插塞11直接烧结在管10上。

在图3所表明的另一个实施例中，插塞11也烧结在管18上。管18对着放电区的一端被气密封闭，即电极体13是焊接在管18的开口端中。高度大约与插塞高度相同的内部支撑元件19被紧紧适配入管18中（公差约为50微米），并随后在插塞11的收缩过程中形成障碍物（opposition），这确保了管18和内部支撑元件19之间的牢固的、气密的接触。

为了有利于馈电引线中的内部支撑元件的定位，可以使用对内部支撑元件的制动件。在最简单的情况下，它可以是放在圆柱管当中的、由难熔材料制成的环形弹性元件。如图3所示，顶在电极体13上的、用作间隔元件的内部支撑元件的延伸25是特别合适的。

在这个实施例的修改方案中（图4），气密性得到进一步改进，其中，内部支撑元件20为中空圆柱体，其高度为3.5毫米，比插塞11的高度小，此中空圆柱体大约位于相应于插塞的高度的中间。在插塞的烧结收缩过程中，在管18中形成向内伸展的凸块21，这些凸块自内部支撑元件的边缘22起，延伸到插塞的前表面23的高度位置。形成这种结构的原因是，在插塞陶瓷的收缩过程中，在这些区域中没有内部支撑元件的对抗。这些凸块由放大图示出，因为在实际上，它们用肉眼是几乎看不到的。插塞的定位以及馈电引线18的外边和内边的气密性都得到进一步的改善。

在这个修改方案中，如果管18开有一个开口18′，中空圆柱体20就能用作抽气管。在抽气和充入填充物后，中空圆柱体20能够以公知的方式用适当的陶瓷密封材料24密封。

图5和图6表明了更具体地用于内部支撑元件的其它可能性，其中内部支撑元件的长度相应于插塞的长度而减小了。在管28（或29）上的锥形中央部分26（或27）成为制动件，内部支撑元件32（或33）的相应锥形端部30（或31）靠在这些制动件处。这个锥形部分是位于对着放电区-边（图5），还是位于远离放电区-边（图6）是没有关系的。在两种情况下，插塞11也提供相应的倾斜部分34、35。靠着这些部分的锥形变化，内部支撑元件33可以相应于插塞向着远离放电区-边偏移，甚至可以伸出插塞的前表面之外。内部支撑元件的固定可以根据前面所表明的两种工艺（图2或图3）来完成。

图7到9表明了有特别优点的实施例。整个成为锥形的内部支撑元件36塞入管29的锥形中央部分27，并向着远离放电区的一边偏移。

内部支撑元件还能够用一个截头锥体36所堵住（图7），或为一带锥形内壁的管状锥（图8中的36′），或为一带直内壁的锥体（图9中的36″）所堵住。按这种方式，制动件的优点可以与降低对公差的要求这两者理想地结合起来。

图9的实施例满足了对于气密性的极高要求，从而实现长寿命。它基本上相应于图7和8的实例，然而，借助摩擦焊接实现了钼管29和锥形内部支撑元件36″之间的具体的可靠连接。在这个方法中，在钼管和内部支撑元件之间的连接层37仅有几个原子层的厚度（为了便于图示，图9中把厚度跨大了）。为了使原先是直的钼管29的机械形变尽可能轻微，锥体的倾斜角在此处小于10°。插塞的倾斜部分35有着相同的倾斜度。根据本制造方法，钼管的端部38在内部支撑元件的底座端39处立即开始增大直径。

摩擦焊接的工艺也可用于另件部分为锥形的实施例。

Claims (11)

1、带有一个陶瓷放电容器(8)的高压放电灯，放电容器中包含可电离填充物并具有两个端头，每一个端头由一个作为插塞(11)的陶瓷成形部件所封闭，在插塞中置有一个管状金属馈电引线(10；18；28；29)，金属馈电引线的热膨胀系数小于陶瓷部件的热膨胀系统，其特征在于：插塞(11)直接与馈电引线(10；18；28；29)气密地烧结在一起，大约在插塞的高度上，在馈电引线内部另外设置一个作为内部支撑元件的第二陶瓷成形元件(16；19；20；32；33；36)。

2、如权利要求1的高压放电灯，其特征在于，借助直接烧结在馈电引线（18;28;29）上的插塞（11）的压力，使内部支撑元件（19;29;31;32）只连接到馈电引线上。

3、如权利要求1的高压放电灯，其特征在于，馈电引线（10）在对着放电空间的一边（15）封闭，而内部支撑元件（16）以陶瓷密封材料（17）或金属焊料连接到馈电引线（10）。

4、如权利要求1的高压放电灯，其特征在于，内部支撑元件成形为实心圆柱体（19）或空心圆柱体（20）。

5、如权利要求1的高压放电灯，其特征在于，内部支撑元件（20）的高度小于插塞（11）的高度。

6、如权利要求2的高压放电灯，其特征在于，内部支撑元件（20）相应于插塞的高度对中地置于馈电引线（18）之内。

7、如权利要求4的高压放电灯，其特征在于，至少是内部支撑元件的外壁包括一个向着放电空间而渐缩的锥形部分（30;31;36;36′;36″），此锥形部分与馈电引线和插塞在锥形部分（26;27）相配。

8、如权利要求1的高压放电灯，其特征在于，馈电引线由钼、钨或铼、或这些金属的合金所构成。

9、如权利要求1的高压放电灯，其特征在于，填充物包括含囟素的成分。

10、如权利要求1的高压放电灯，其特征在于，内部支撑元件（33;36;36′;36″）相应于插塞（11）向着远离放电空间的一边偏移。

11、如权利要求7的高压放电灯，其特征在于，馈电引线借助于用摩擦焊接产生的一层薄层（37）而与内部支撑元件连接在一起。

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