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Die Erfindung betrifft eine Lichtquelle mit einem elektrisch nichtleitenden, lichtdurchlässigen
Kolben aus Oxyden und mit elektrischen Stromzuleitungen.
Die Kolben von elektrischen Entladungsgefässen und Glühlampen sind in den meisten Fällen aus Oxyden hergestellt. Die Oxyde können dabei in glasartiger und bzw. oder kristalliner Phase vorliegen. Die Stromzuleitungen bestehen bei den bekannten Typen aus Metall und können verschie- denartig ausgeführt sein. Da die Auswahl der reinen Metalle sehr eingeschränkt ist, verwendet man zumeist Legierungen, hauptsächlich intermetallische Verbindungen und beschichtete Metalle.
Es ist sehr schwierig, ein Sortiment für Anordnungen von aus diesen Materialien hergestellten
Stromzuleitungen zu finden, die innerhalb oder ausserhalb des Kolbens in jeder praktischen Hin- sicht gut haften und entsprechende mechanische, thermische sowie in gegebenem Falle auch magne- tische Parameter aufweisen.
Aus der AT-PS Nr. 327320 sind oxydhaltige Verschlussstücke (Molybdän-Aluminiumoxyd) bekannt, die zur Stromzuführung an einer Entladungslampe angeordnet sind. Derartige Werkstoffe aus zwei getrennten Phasen werden auch als Cermets bezeichnet. Dabei erfolgt die Stromleitung ausschliess- lich durch die metallische Phase, wogegen das Oxyd einen Isolator darstellt.
Weiters ist die Verwendung elektrisch leitender sauerstoff-, stickstoff- und schwefelhaltiger
Metallverbindungen als Leuchtkörper für elektrisches Glühlicht bekannt. Hiezu sind in der
DE-PS Nr. 137569 Stickstoffverbindungen der Seltenerdmetalle bzw. der Erdalkalimetalle oder des Urans mit oder ohne Zusatz von Metallen, Metalloxyde, Metallwasserstoffverbindungen oder Metall- karbiden und in der DE-PS Nr. 143302 Zusätze von Oxyden, Salzen oder Schwefelverbindungen der
Metall-, der Platingruppe oder dieser Metalle selbst angeführt. Durch die Verwendung solcher Ver- bindungen wurde die Herstellung verhältnismässig hochohmiger Lampenglühkörper mit guter Wärme- beständigkeit angestrebt.
Obwohl noch nicht allgemein bekannt, sind in der jüngeren Fachliteratur R. A. Philips and
H. R. Shanks, Phys. Rev. B4,4601 (1971) ; J. B. Goodenough, Bull. soc. chim. France 1965, 1200 ; Czech. I. Phys. B. 17, 304 (1967) Progress in Solid State Chemistry, H. Reiss, ed. (Pergamon, Oxford, 1971) Vol. 5. p. 145, jedoch bereits Verbindungen beschrieben, die denjenigen der Metalle nahekommende oder gar erreichende elektrische Leitfähigkeitseigenschaften besitzen. Teils liegt bei solchen Verbindungen eine metallische elektrische Leitfähigkeit vor, andere Verbindungen sind dagegen Halbleiter. Es sind unter anderem auch Verbindungen bekannt, deren Leitungsmechanismus noch nicht völlig geklärt ist.
In der heutigen Anfangsperiode der Forschungen und wegen Mangel an Fachveröffentlichungen können theoretisch in jeder Hinsicht entsprechende, z. B. in den vorgesehenen Anwendungsbereichen von störenden Umkristallisations-Modifikationen freie Materialien zur Zeit noch nicht ausgewählt werden.
Bei für elektrische Lichtquellen bestimmten Kolben aus lichtdurchlässigen Oxyden, wie Glas, Quarzglas oder Aluminiumoxyd, ergibt sich das Problem, Stromzuleitungen vorzusehen, die eine technologisch einfache Herstellung der Lichtquelle ermöglichen und ein dichtes Abschliessen des Kolbens zulassen.
Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass die Stromzuleitungen oder ein Teil derselben aus elektrisch leitenden sauerstoff-und/oder stickstoff-und/oder schwefel-und/oder halogen-und/oder selenhaltigen Verbindungen bestehen. Aus dem Material bzw. den Materialien guter elektrischer Leitfähigkeit werden, gegebenenfalls unter Zugabe von an der Stromleitung nicht teilnehmenden festigkeitserhöhenden Zusatzstoffen, Stangen gesintert oder gegossen, die dann auf bekannte Weise mit dem Glas bzw. der Keramik verbunden oder zwischen die zu verschmelzenden, zu quetschenden oder durch Sintern zu verbindenden Teile in Form einer zusammenhängenden Schicht als Stromzuleitungen eingebracht werden. Es ist sehr leicht einzusehen, dass z. B. im Falle von herkömmlichem Glas bzw.
Oxydkeramiken unter Verwendung von elektrisch leitenden Metalloxyden hinreichend gute Verbindung ergebende kontinuierliche Durchgänge leichter herstellbar sind, als dies mittels Metallen möglich ist, und dass die Stromzuleitung gegen eine bei höheren Temperaturen oxydierende Atmosphäre weniger empfindlich sein kann.
Auf Grund von Versuchsergebnissen verwendet man in erster Linie überall dort, wo gute elektrische Leitfähigkeit erforderlich ist, zweckmässig ReO 3, dessen elektrische Leitfähigkeit nach einer entsprechenden Vorbereitung grössenordnungsmässig den Leitfähigkeitsparametern des Kupfers nahe kommt.
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Da die der genannten Gruppe angehörenden Oxyde ungünstige mechanische Eigenschaften auf- weisen, können sie mit (nicht reagierenden) auch hinsichtlich Wärmedehnung entsprechenden kerami- schen Stoffen etwa dem Cermet ähnlich versintert werden, Diese Methode kann im weiteren auch für die nachfolgend aufgezählten Materialien verwendet werden.
Hinsichtlich Stabilität bieten Oxyde von Perowskit-Struktur bessere Ergebnisse. Wegen ihrer Ähnlichkeit können in diese Gruppe auch durch die Formel Mx MO,, beschreibbare sogenannte Bronze aufgenommen werden, worin M ein Alkalimetall bedeutet und x < 1 gilt.
Die Schwierigkeit der Auswahl zeigt z. B. die Tatsache, dass, während GdTiO ein Halbleiter mit ungünstigen Leitfähigkeitseigenschaften ist, LaTiO 3 wie auch SrCrO 3 metallischen Charakter aufweisen, wogegen CaCrOa keine metallischen Eigenschaften besitzt.
Unter gewissen Umständen zeichnen sich Oxyde mit stabiler Rutilstruktur durch gute elektri- sche Leitfähigkeit aus, z. B. RuO ; : (etwa 2. 10'"Ohm. cm, 300 K), welches bis zu einer Temperatur von etwa 1000 K verwendbar ist. Eine überraschend gute Leitfähigkeit besitzen Os02, IrO :, MoO :,
ReO2, CrO2, VO2 und WO.
Metallmonoxyde weisen häufig eine Steinsalzgitterstruktur oder eine defekte Abänderung dersel- ben auf. In dieser Gruppe sind degenerierte Halbleiter (CdQ) zu finden, es sind aber auch metalli- sche Eigenschaften besitzende Stoffe wie TiO, NbO vorhanden. Teilweise gehört zu dieser Gruppe auch ein Berthollid (nichtstöchiometrische Verbindung nach IUPAX) VOX, das bei x < 1 allgemein
Halbleitereigenschaften zeigt. Diese Gruppe ist nur unter speziellen chemischen Umständen stabil, so dass sie deswegen nur sehr selten verwendet werden kann.
Eine hervorragende Stabilität und gute elektrische Leitfähigkeit zeigt die Verbindung La. SrCrOq, die bei einer Temperatur von 1100 K auch unter korrosiven Einflüssen gut verwend- bar ist.
Häufig begegnet man dem Fall, dass die dotierten Oxyde von vermischter Zusammensetzung chemisch stabiler sind und in kritischen Temperaturbereichen keine schwarfen Umwandlungspunkte besitzen, während auch ihre elektrische Leitfähigkeit besser als diejenige der reinen Oxyde ist.
Die Parameter von TiO ändern sich vorteilhaft bei Zumengung von Nb, diejenigen von NiO mit La, die von In : Og mit Sn, die von SnO : mit Sb, und die von ZnQ mit Al können ebenfalls günstig beeinflusst werden.
Bei CrO : kann vorteilhaft die Eigenschaft ausgenützt werden, dass dieses Material neben seiner metallischen Leitfähigkeit auch ferromagnetisch ist. Leider ist seine Anwendung in dieser Hinsicht durch die niedrige Curie-Temperatur von 392 K beschränkt.
Es kommt vor, dass sich die elektrischen Parameter unter Wirkung von durch Temperatur verursachten geringen Änderungen in den Parametern der Oxydkristalle innerhalb eines schmalen Temperaturbereiches äusserst (anormal) steil ändern. Es entstehen Bandüberlappungen oder es heben sich solche auf. Derartige Erscheinungen kann man z. B. bei VO., LaCoOa, VOs, Ta Oa beobachten. Diese im ersten Augenblick als unvorteilhaft betrachteten Eigenschaften können sich aber bei gewissen Anwendungen als vorteilhaft erweisen. Werden solche Stoffe z. B. in den Stromzuleitungen von Zündelektroden (die nach der Erwärmung abgeschaltet werden sollen) oder als ein Abschnitt der zu diesen führenden Leitungsstrecken angewendet, so können sie die bisher herkömmlichen Bimetallschalter mit Vorteil ersetzen.
Je nach Konstruktionslösung können sie zur Unterbrechung der Stromzuführung und/oder zur Verbindung mit einer andern Leitung verwendet werden.
Chemische Umstände können in bestimmten Fällen die Verwendung von Oxyden, die hinsichtlich der bislang erwähnten Gesichtspunkte entsprechend wären, verhindern. In solchen Fällen kann man Nitride verwenden, die sich bedeutend schwerer binden lassen. Diese Nitride können in erster Linie Nitride der Seltenerdmetalle, Nitride der Wolfram-Gruppe, Nitride der Übergangsmetalle, die zumeist stabil genug sind, sein. Es können ausserdem Sulfide und Selenide, jedoch mit wesentlich schwierigerer Technologie, für Systeme, die Schwefel bzw. Selen enthalten, verwendet werden. Unter diesen Materialien besitzt NbSea gute metallische Leitungseigenschaften.
Zwecks Verbesserung der chemischen und thermischen Stabilität der Sulfide und der Selenide kann man auf analoge Weise, wie im Falle der bei den Oxyden erwähnten Bronzen, Alkalimetalle in nichtstöchiometrischer Menge einbauen, wodurch auch die elektrische Leitfähigkeit günstig verbessert wird.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert : Gasentladungslampen mit hoher Oberflächenbelastung werden insbesondere für Studiozwecke hergestellt. Der herkömmliche Wert der Wandbelastung von etwa 100 W/cm2 stellt die oberste Grenze der Belastbarkeit des Quarzes dar. Der Grund für die zu niedrige Lebensdauer dieser Lampen liegt teilweise hierin, obwohl die geringen Abmessungen auch für andere Anwendungsgebiete günstigere Armaturenkonstruktionen ermöglichen könnten.
Das durchsichtige oder lichtdurchlässige Aluminiumoxyd verträgt eine höhere Belastung, aber die herkömmlichen Endverschlüsse (Niob, metallbeschichteter keramischer Stöpsel) können hier nicht verwendet werden, da diese der Metallhalogen-Füllung der Lampen hauptsächlich bei Lampen ohne äusseren Kolben, wo die heissen Enden der Luftatmosphäre ausgesetzt sind, nicht widerstehen können.
Mit einer chemisch festen Oxydstromzuleitung gemäss der Erfindung wird eine Lampe von 1200 W wie folgt ausgebildet, wobei auf die Zeichnung hingewiesen wird.
EMI3.1
zylindrischer Stöpsel-2-aus Lanthan-Strontiumchromat etwa 2 mm tief hinein, an dessen innerem
Ende zur Aufnahme von Wolframkathoden eine 3 mm tiefe Bohrung mit einem Durchmesser von
1, 2 mm ausgebildet ist. Der Spitzenabstand beträgt 12 mm. Das äussere Ende des Stöpsels ist in einem Bereich von etwa 1, 5 mm porös hergestellt. Die Poren sind nach Sintern zwecks Schaffung einer Anschlussmöglichkeit zu der Fassung mit Silber 3 ausgefüllt.
Das innere Ende des Stöpsels wird vor der Entladung durch einen Aluminiumoxydring-4-geschützt. Solche an einem Ende kompakte, an ihrem andern Ende jedoch poröse Keramikkörper können auf an sich bekannte Weise leicht hergestellt werden.
Als Elektroden dienen Wolframstäbe-5-. Die Lampe enthält als Füllung Argon mit einem Partialdruck von 36 kPa, 2 mg an CsJ, 2 mg an Seltenerdbrami (f und etwa 3 bis 4 mg an Quecksilber, das zur Einstellung einer Brennspannung von 100 V erforderlich ist. Die erforderliche Quecksilbermenge wird durch die Armaturentemperatur bestimmt bzw. sie ist von der letzteren abhängig.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Lichtquelle mit einem elektrisch nichtleitenden lichtdurchlässigen Kolben aus Oxyden und mit elektrischen Stromzuleitungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromzuleitungen (2) oder ein Teil derselben aus elektrisch leitenden sauerstoff- und/oder stickstoff- und/oder schwefel- und/oder halogen- und/oder selenhaltigen Verbindungen bestehen.