CN101031991B - 具有密封箔的电灯 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有高的光输出和低的对爆炸的敏感性的电灯，其包括具有至少一个密封端的石英玻璃灯泡，至少部分地嵌入到所述密封端中的含有钼的薄箔，连接到所述箔的延伸到所述灯泡内部的第一电流导体，连接到所述箔的延伸到所述灯泡外部的第二电流导体，其中再结晶的箔展现根据ASTM E 8M-91的屈服强度(偏移量＝0.2％)低于300MPa。这可以通过掺杂了0.01到5wt％的铼或0.01到2wt％的钨的钼来获得。本发明还涉及一种具有抗氧化和抗腐蚀的含有掺杂了0.01到0.1wt％的Ce和/或Ti、或掺杂了0.01到1wt％的Al、Co、Fe、Hf、Ir和/或Y、或掺杂了0.01到5wt％的Cr的钼箔的电灯。
Description
技术领域
本发明涉及一种电灯，包括具有至少一个密封端的石英玻璃灯泡、至少部分地嵌入在所述密封端中的包括钼的薄箔、连接到所述箔的延伸到所述灯泡内部的第一电流导体和连接到所述箔的延伸到所述灯泡外部的第二电流导体。
背景技术
在具有石英玻璃，也就是具有重量至少为95％的SiO2含量的玻璃的灯泡的灯中，经常用钼箔作为电流引入导体。虽然石英玻璃(大约7×10-7/℃)和钼(54×10-7/℃)的热膨胀系数明显不同，但是仍然获得了具有真空密闭封装的灯。这是由于钼的延展性、箔的形状、箔的刃形边缘沿密封的纵向延伸、以及箔的小厚度，其是几十微米。
具有玻璃灯泡的电灯的电流引入导体或电流馈电线的材料和形状基本上决定了这种灯的制造、功能和质量。术语“灯”尤其包括卤素白炽灯和放电灯，诸如水银蒸汽高压灯、卤素-金属蒸气灯和氙高压放电灯。
在过去人们非常关注这个技术领域。通常，取决于灯中的压力，将具有或没有气体填充物的灯中用来馈送电流的电导体熔合到石英玻璃中或挤压到石英玻璃中。这分别导致紧裹密封、收缩密封。由于钼的高熔点及其与石英玻璃相比有利的热膨胀系数，已经发现钼是适合用于馈送电流的导体材料。
期望钼导体令人满意的其它材料必要条件是延展性、良好的可塑性、可焊性、优化的机械强度、抗氧化和/或抗腐蚀尤其是抗卤素，以及与电流导体的易熔性。
为了实现钼箔在玻璃中的真空密闭封装而不管特别是石英玻璃或具有高SiO2含量的玻璃材料与钼的热膨胀系数显著不同，将箔成形为很薄(典型为15到50μm)，具有高的宽厚比(典型为＞50)，且具有切削刀片形式的逐渐变细的侧边。
必须将明显比箔厚的电流导体焊接到这个薄钼箔上。在很多情况中第一电流导体由钨形成。特别是在电流导体由钨制成时，这需要很高的焊接温度，可能导致钼箔的脆化并从而导致其断裂。也可能在密封过程中在箔中形成裂纹。这种裂纹可以由玻璃和箔之间的相对运动或由冷却过程中在低于玻璃的应力松弛温度以下的温度所累积的张应力所引起。
为了提高钼箔的机械强度，已经使用掺杂的钼合金来代替纯钼。
根据美国专利US 4,254,300，少量的氧化钇显著增加了箔在执行焊接操作之前和之后的强度以及施加在焊缝上使其破裂所需要的力。在被收缩到灯泡中之前，如果需要的话，可以将根据该发明的具有焊接到其上的电流导体的箔在还原气氛中加热直到大约1300℃的温度而不损失电流引入导体的机械强度。
在美国专利US 4,559,278中，为了确保与在电流引入导体周围使用的玻璃质材料的高可焊性和气密封装，将中间金属涂层涂覆到电流引入导体上。电流引入导体的基本金属是钼，其全部表面或其需要焊接的表面部分用由铼制成的中间金属涂层所覆盖。
根据EP-A-0 275 580，提出了用掺杂了重量为0.01到2％的氧化钇和重量为0.01到0.8％的硼化钼的钼来制备用于灯的电流引入导体。这种掺杂意图用来对钾硅掺杂的钼进行改进；然而，它没有产生任何改进，特别在抗氧化方面。这种材料的严重缺点是它经常在其熔合或挤压入的区域内的玻璃中引起凹口裂纹，这种裂纹是在熔合步骤中在玻璃的再结晶过程中由材料强度的变化所引起的。
还从专利AT-B 395 493中已知了一种在灯中用于电流引入导体的掺杂的钼，其中掺杂物由重量为0.01到5％的镧系元素的一种或几种氧化物组成，其余为Mo。
在美国专利US 5,606,141中认为，收缩区域中的裂纹经常是在熔合步骤中由再结晶过程中材料强度的变化所引起的，并且这个问题可以通过将作为灯中电流馈电线的由基于钼-氧化钇的蚀刻条带材料所制成的电导体与金属/玻璃密封相结合而得以解决。除了Mo-Y2O3外，该条带材料含有重量达1.0％的氧化铈，由此氧化铈：氧化钇的比为0.1到1。
德国专利DE-A-196 03 300描述了一种掺杂了重量为0.01到1％的从元素周期表的IIIb和/或IVb族中选择的一种或多种元素的富碱和富碱土硅酸盐和/或铝酸盐和/或硼酸盐的钼箔。这种掺杂防止了收缩密封中由钼/石英玻璃复合材料中的高机械应力所引起的裂纹的形成。然而，与掺杂了Y2O3混合氧化物或Y混合氧化物的箔相比，这没有改进箔的粘附。
此外，如欧洲专利公开EP-A-0871202中所描述的，也已经试图通过例如喷砂处理使箔粗糙化来改进SiO2/Mo的粘附。然而，这种工艺非常复杂且导致内应力引入到钼箔中。
美国专利US 6,753,650描述了一种包括对未完成的箔进行后续处理以便形成材料团块的基本上不相邻的孤立区域的方法。材料团块由钼、钼合金、钛、硅、氧化物、混合氧化物和/或包括化合物的氧化物在每种情况中在2000℃下用小于10mbar的蒸汽压力形成。基本上不相邻的孤立区域在箔表面的至少5％和至多60％的区域上形成。按照这种方式，可以显著改进箔和玻璃之间的粘附强度以及由此还改进了灯的使用寿命。
然而，目前的电灯并且尤其是UHP灯的重要限制是在燃烧室内能够获得的最大压力。燃烧室内的较高压力对于改进光输出很重要。然而，增加的爆炸敏感性造成最大压力的限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种在开始段落中提到的类型的灯，其不仅具有高亮度和令人满意的光输出，而且具有对爆炸的低敏感性。
根据本发明，用于这个目的的如开始段落中所定义的类型的灯具有如下所述的特征。
通过使用具有低于300MPa的屈服应力的再结晶箔，可以在灯的灯泡中获得较高的工作压力，而不显著增加对爆炸的敏感性。具有与现存的灯相似的内部压力的本发明的灯显示出相当低的对爆炸的敏感性。
在本发明的灯中，再结晶钼箔显示了在0.2％的屈服强度低于300Mpa。本发明者已经认识到，对爆炸的敏感性与在密封步骤中发生的再结晶之后钼箔的屈服强度有关。在上面描述的现有技术的灯中应用金属和金属氧化物的添加物均导致钼的屈服强度增加。
在本发明中，将屈服强度定义为按照ASTM E 8M-91的7.4.1章中的在0.2％偏移量的屈服强度。
优选在包括掺杂了0.01到5wt％的铼或0.01到2wt％的钨的钼的箔中获得再结晶箔的屈服强度的显著降低。超过0.01wt％的铼或钨，屈服强度降低的效果足以获得降低的对爆炸的敏感性。分别超过5wt％的铼或2wt％的钨，屈服强度超过了商业应用在灯中的钼的屈服强度。因此，典型的钼铼合金的屈服强度远高于根据本发明的灯的屈服强度，典型的钼铼合金包括大约26at eq.％的铼，并且其例如用在GB 1,313,531中描述的金属-卤素灯的收缩密封中。本发明人已经发现，通过增加铼或钨的掺杂量，由此形成的掺杂的和再结晶的钼的屈服强度经历最小值。因此钼中铼的掺杂量优选在0.02和2wt％之间，更优选在0.05和1.0wt％之间，而钼中钨的掺杂量优选在0.02和1wt％之间，更优选在0.05到0.5wt％之间。
包括0.01和5wt％之间的铼掺杂的钼的另一优点是显著改进的对于金属蒸气尤其是金属卤化物气体的抗腐蚀。然而这种改进的抵抗性也可以在包括0.01到0.1wt％的Ce、Ti、或0.01到1wt％的Al、Co、Fe、Hf、Ir或Y、或0.01到5wt％的Cr的掺杂的钼中获得。
如具有收缩或紧裹密封中的钼箔的灯中通常的那样，根据本发明的灯中使用的钼箔的厚度取决于灯的类型且在大约15到大约80μm之间，优选在25到50μm之间。在这些范围内得到箔的强度和屈服性能之间的最佳平衡。为了避免在密封的纵向方向中的箔的每一侧边存在毛细通道，如在现有技术通常的那样，腐蚀钼箔以形成刃形边缘，从而密封的石英玻璃易于包含箔。
通过本领域充分已知的金属掺杂方法可以制备本发明的灯中使用的掺杂的钼。
当钼另外含有下列氧化物：Y2O3、SiO2、HfO2、ZrO2、TiO2、Al2O3或镧系金属之一的氧化物中的一种或者几种的达到1wt％的掺杂时，可以得到改进的焊接性能。本发明的优点是通过掺杂铼或钨可以充分补偿由这些氧化物被添加到纯钼中所引起的屈服强度的增加。
附图说明
图1示出了灯的相对爆炸水平与相应的掺杂的箔的屈服强度的关系。
具体实施方式
将用一些实施例来说明本发明。
实施例I
根据已知的混合和烧结方法制备了含有不同掺杂的钼箔。在氢气中在2000℃对箔进行再结晶处理10分钟。根据ASTM E 8M-91的章7.4.1测量这些箔的屈服强度。结果见表1。
| 材料 | 屈服强度Mpa |
| 钼 | 313 |
| 0.3wt％Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>掺杂的Mo | 330 |
| 0.6wt％Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>掺杂的Mo | 353 |
| 材料 | 屈服强度Mpa |
| 0.9wt％Re+0.3wt％Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>掺杂的Mo | 263 |
表1
在Y2O3的添加增加了Mo的屈服强度的同时，0.9wt％铼的添加明显降低了Y2O3掺杂的Mo的屈服强度。
实施例II
将表1中提及的材料的箔在不同的紧裹密封(及由此的再结晶)条件下安装到UHP电灯中，其在150W工作8小时。图1中示出了灯的相对爆炸水平与相应的掺杂的箔的屈服强度的关系。图1清楚地表明屈服强度低于300Mpa的灯与屈服强度高于300Mpa的灯相比具有更低的爆炸水平。由于相关爆炸水平直接与电灯的使用寿命有关，也可以推断本发明的灯具有较长的使用寿命。
图1还表明对于具有屈服强度高于300Mpa的材料，爆炸水平强烈取决于屈服强度并由此取决于密封条件。本发明的另一优点是爆炸水平或使用寿命几乎不取决于密封条件。根据本发明的灯不仅具有较长的使用寿命，而且可以更好地预测其使用寿命。本发明的灯优选包括再结晶的箔，其展示了根据ASTM E8M-91的屈服强度(偏移量＝0.2％)低于290Mpa、更优选低于275Mpa。
实施例III
在空气气氛中将厚度为80μm的箔放入热处理炉中。将样品加热到600℃并保温12小时。测量样品的重量并且考虑样品的原始重量来计算相对重量的变化。结果见表2。
| 样品 | 纯Mo | 0.6wt％Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>掺杂的Mo | 0.9wt％Re+0.3wt％Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>掺杂的Mo |
| 重量增加％ | 49.7％ | 48.1％ | 15.5％ |
表2
实施例IV
将不同掺杂的箔用于制备Masterline ES型电、灯。用金属卤化物盐填充这些灯。将实验用的灯放入温度为475℃的热处理炉中。根据收缩密封中由腐蚀导致的裂纹的出现确定电灯寿命。
结果见表3。
| 具有0.5wt％Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+0.1wt％Ce<sub>2</sub>O<sub>3</sub>掺杂的Mo的参考灯 | 具有0.9wt％Re+0.3wt％Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>掺杂的Mo的灯 | |
| 灯寿命(小时) | 66 | 229 |
表3
实施例V
将不同掺杂的箔用于制备氙前灯。将灯放入温度为1030℃的热处理炉中，目视估计腐蚀损坏程度。具有参考箔(0.5wt％Y2O3+0.1wt％Ce2O3掺杂的Mo)的灯的损坏程度明显高于含有0.9wt％Re+0.3wt％Y2O3掺杂的钼箔的灯。
这些结果清楚表明低于1wt％Re掺杂的钼具有较高的抗氧化和抗腐蚀能力。
Claims (5)
1.一种电灯，其包括：具有至少一个密封端的石英玻璃灯泡，包含至少部分地嵌入到所述密封端中的钼的薄箔，连接到所述箔的延伸到所述灯泡内部的第一电流导体，连接到所述箔的延伸到所述灯泡外部的第二电流导体，其特征在于再结晶的箔展现在0.2％的偏移量的屈服强度低于300Mpa。
2.权利要求1所述的电灯，其中箔包含掺杂了0.01到5wt％的铼的钼。
3.权利要求1所述的电灯，其中箔包含掺杂了0.01到2wt％的钨的钼。
4.权利要求1-3的任一项所述的电灯，其中钼还包含下列氧化物的一种或几种的达到1wt％的掺杂：Y2O3、SiO2、HfO2、ZrO2、TiO2、Al2O3或镧系元素之一的氧化物。
5.权利要求1所述的电灯，其中箔包含掺杂了0.01到0.1wt％的Ce和/或Ti的钼、或掺杂了0.01到1wt％的Al、Co、Fe、Hf、Ir和/或Y的钼、或掺杂了0.01到5wt％的Cr的钼。
Applications Claiming Priority (3)
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