CN101048850A - 带有含耐高温金属化合物的发光体的白炽灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及白炽灯(1)，它设有发光体(7)，后者和填充物一起以真空密封的方式装入灯泡(2)，所述发光体(7)包括熔点高于钨的熔点的金属碳化物。灯泡还包括在使用过程中发光体贫化的材料的源和阱。

Description

带有含耐高温金属化合物的发光体的白炽灯

技术领域

本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的带有含耐高温金属化合物的发光体的白炽灯。尤其是带有含碳化物的发光体的白炽灯，本发明尤其涉及具有由TaC制成的发光体的卤素白炽灯或者其发光体含有TaC作为组份或者涂层的卤素白炽灯。

背景技术

从许多文章已知一种带有含耐高温金属化合物发光体的白炽灯。至今尚未解决的问题是寿命非常有限。在WO-A01/15206中所提出的一种可能性在于，发光体与一个单独的支撑支架连接。

用于解决发光体材料蒸发掉的问题的一个广泛采用的方法在于应用循环过程。这时，向填充气体添加其他化学物质，它在较冷的范围内与蒸发的材料反应生成相对容易挥发不会淀积在灯泡壁上的化合物的。这种化合物在一个建设性的浓度梯度，亦即接近灯泡壁浓度高，接近发光体浓度低，向发光体的方向输送。此时它们在接近发光体的高温下分解，分解为发光体的材料和添加的化学物质，该发光体的材料重新积聚发光体上。

示例：

(a)钨-卤素-循环过程

从发光体蒸发的钨在灯泡壁较低的温度下化合为钨的卤素化物，它在约高于200℃的温度下是挥发性的而不会淀积在灯泡壁上。以此防止钨沉淀在灯泡壁上。钨的卤素化合物通过扩散和在给定情况下对流输送回热的发光体，在这里它们分解。这时释放的钨重新累积在该发光体上。然而，钨一般不会输送回它蒸发的同一位置，而是沉积在其他温度位置，亦即，该循环过程不是再生的。一个例外是氟循环过程。

(b)TaC灯中的碳氢循环过程

TaC分解时出现的气态碳向灯泡壁方向输送，其中它与氢反应生成诸如甲烷等碳氢化物。这个碳氢化物被输送回热的发光体，在这里它们又重新分解。这时碳重新被释放出来并沉淀在发光体上。然而，该碳氢化物在1000°K的低温下已经分解，使得碳的反馈不能有目的地在发光体最热的位置上进行。

当像在最后描述的示例中那样发光体的蒸发相对较强，而进行循环过程的化合物只有在非常低的温度下才是稳定的，正如在最后的示例中的碳氢化物那样时，这将导致发光体的迅速破坏，因为这使被蒸发的材料，正如最后示例中的碳，迅速贫化。总起来说，碳相对迅速地从发光体最热的地方输送到发光体较冷的地方或发光体的引出线(Abgaengen)，例如，这同样可能通过匝间短路引起问题。输送回来的碳只有非常小的一部分又回到灯丝最热的位置(再生度非常低)。此外，不言自喻，碳与氢到碳氢化物的逆反应只有在氢相对较大的过剩时才会足够迅速地进行，来避免灯泡发黑。

总而言之，在像TaC灯这样的一些情况下使用循环过程，其中：

(a)首先发光体的材料相对迅速地蒸发或被输送走，和

(b)其次蒸发的材料只有在非常低的温度下才变为化合物，这对于许多应用情况是不足够的，因为材料仅仅非常小的部分返回它被输送走的地方，这使发光体迅速破坏。

作为解决该问题的可能性在WO-A03/075315中描述了由储库中再生发光体。由该储库继续不断地蒸发一种化学物质，它重新向该发光体送入贫化的同一物质。例如，描述了如何使由用有机化合物(例如，丙酮)浸渍过的聚合物制成的TaC发光体再生。这时，气相永久地引入还含有碳的化合物；这时，继续不断地提供碳，可以重新代替从发光体蒸发掉的碳。这时的缺点是，通过永久引入化合物继续不断地改变气相和发光体的成份；这样灯便几乎不可能在稳定的状态下工作。气相中碳的浓度不断上升，最后使碳沉积在不适当的地方，如发光体的端部或者最后还引向灯泡壁。发光体中碳的富化也不值得企望，因为这时发光体的特性继续不断地改变。气相中氢的富化通过提高导热率导致发光体加剧冷却。

总而言之，用从储库不断蒸发出来的化合物，不可能使灯稳定工作，因为气相的成份和在给定情况下发光体的成份连续改变。

作为另一个可能性，WO 03/075315描述了两个交替工作的发光体的相互再生。这里碳从一个在高温(超过3000°K)下工作的″激活的″发光体永久蒸发掉，并向第二个在相对较低的温度(约为或低于2000°K)下工作的″非激活″的发光体输送，在这里沉淀或积聚。若该″激活的″发光体碳贫化，则进行切换；原先″非激活的″发光体在较高的温度下工作，原先″激活的″发光体保持在较低的温度下。这时，现在″非激活的″发光体从″激活的″蒸发碳的发光体再生。这里的缺点是，人们需要两个发光体，必须长期在它们之间切换。

发明内容

本发明的任务是，提供一种按照权利要求1的前序部分所述的带有含耐高温金属化合物，特别是碳化物的发光体或者还含有金属的发光体的白炽灯，它使长寿命成为可能，并解决发光体蒸发成分贫化的问题。

这个任务通过权利要求1的特征解决。特别是有利的配置处于从属权利要求中。

耐高温金属化合物的概念意味着熔点接近钨的熔点，部分地甚至高于钨的熔点。发光体的材料优选是TaC或者Ta₂C。但Hf、Nb或Zr的碳化物和此外这种碳化物的合金也适用。另外有这种类型金属的氮化物或者硼化物。这些化合物都有一个特性，即由该材料制成的发光体在工作中至少一个元素贫化。但是按下面描述的原理同样可以应用于由金属制成的发光体。因此，要理解，下面采用的概念不限于金属化合物，而只是作为范例而已。其中所涉及的陈述类似地也可以应用于金属。

若一个发光体在较高的温度下工作，则根据发光体材料的性能，会导致材料或材料的组份被蒸发掉。蒸发掉的材料或其组份例如，通过对流、扩散或者热扩散输送走，沉淀在灯中的其他位置，例如，灯泡壁或支架部分。材料或其组份的蒸发会导致发光体的快速破坏。在灯泡壁上淀积的材料使光透射率急剧下降。

示例：

(a)在传统的白炽灯中从钨灯丝蒸发的钨被输送至灯泡壁并在那里淀积。

(b)在较高的温度下工作的碳化钽发光体分解，产生在比TaC低的温度下熔化的脆性的低碳化物Ta₂C和气态碳，气态碳被输送至灯泡壁并在那里淀积。

所提出的任务在于，采取适当的措施把发光体的蒸发减到最小，或使之逆行。

为了防止发光体蒸发组份贫化，从外部把蒸发组份调节到这样的浓度，在理想的情况下蒸发和升华保持平衡，以此使发光体的有关组份既不贫化又不富化。所需浓度的调整通过包含该有关组份的材料的从一个源到一个阱(Senke)中的连续输送实现。通过继续不断地沉积从该源补充的材料避免气相成份的改变，并使发光体在恒定的状态下工作成为可能。

在带有TaC发光体的灯的一个可能的设计形式下，该源由固体或者液体碳氢化物组成，它这样地装入该灯内，使得通过该源材料构成气态碳氢化物的一定的蒸气压力。这种碳氢化物通过扩散或对流在灯内部被输送，其中在该发光体附近的较高的温度下分解。以此该发光体处于富含碳的气氛中，以此防止发光体分解。这时，在理想的情况下，该发光体既不向周围给出碳，又不使其中碳富化。换句话说，在发光体上在碳的淀积和碳的蒸发之间达到平衡状态。在灯泡壁附近较低的温度下碳重新与氢反应变回碳氢化物。在适当的温度下装入的，例如，由铁、镍、钴、铂或钼等材料制成的表面积足够大的金属丝上，碳氢化物分解，沉积出固体碳(炭黑)。这个过程大致对应于工业化学已知的碳氢化物在适当的催化剂下的热裂，其中在这种情况下，与化学工业的装置中反应的进行相反，希望碳沉积在催化剂上。以此总体上，碳继续不断地从源选出并重新淀积在阱内。以此该灯的发光体既不碳富化，又不碳贫化；此外，气相中的碳浓度保持恒定。

优选用氢进行类似的处理。在较高的温度下透气的石英灯泡壁起氢阱的作用。在较低的温度下出现的氢可以用碘捕获(反应为碘化氢)；这时出现的碘化氢在灯的维护上并非关键，因为它既不参与金属碳化物的化学(反应)，又不改变填充气体的物理特性。与所释放的氢结合(亦即，氢用的阱)的另一个可能性在于使用金属，例如，锆或铪或铌或钽，它们在适当的温度下″吸″氢。

应该再一次指出，阱的存在对于灯的功能是重要的。没有碳和氢用的阱时，不论气相还是发光体，各自的元素都会富化；其后果是灯的工作数据改变。

特别是在最后一节描述的输送过程可以与一个或多个循环过程重叠。例如，当在一个带有TaC发光体的灯中，稳定的碳，部分以碳氢化物的形式，从源到阱输送时，通过加入含卤素的化合物可以使这个输送过程与钽-卤素-循环过程重叠，这将阻止从发光体蒸发的钽沉积在灯泡壁上，并至少部分地送回发光体，例如，正如在尚未公开的德国专利申请DE-Az 103 56 651.1中描述的。明确地论及了这一点。另外，对于TaC灯可以设想，所描述的碳从源到阱的永久输送与碳循环过程，例如，C-H-，C-卤素-，C-S-或C-N-循环过程重叠，正如在申请DE-Az 103 56 651.1中描述。

用作阱的金属可以例如，采取焊接在支架上或电流引入线上的导线或者小板的形式，或者直接缠绕在电流引入线上，或者例如，采取金属线的形式直接绞在一起。特别是在应用起催化剂作用的金属作为阱时，重要的是，为了保持催化剂的有效性，这种金属表面要足够大，因为该表面继续不断地被碳覆盖(催化剂的″中毒″)。以用作阱的金属在灯丝引出线或电流引入线上形成覆层也是另一个实施形式。

在另一个实施形式中，采用元素碳作为碳源。例如，这可以采取碳压制品、石墨纤维或者在衬底上沉积炭黑的形式，采取DLC或者石墨的形式的金刚石。碳保持在″中等″温度上，该温度必须刚好这样大，使得在热发光体的位置上所得到的碳蒸气压力导致一个大致对应于碳化钽的碳平衡蒸气压力的碳分压。从而在碳化钽制发光体上使碳的淀积和碳的蒸发保持平衡；于是避免发光体脱碳。若碳到达灯泡壁附近较冷的范围，则与氢或者还有卤素反应生成(在给定情况卤素化的)碳氢化物；以此防止碳在灯泡壁上沉积。这时在催化剂上进行碳氢化物的分解，这时，碳在催化剂表面上的淀积并重新释放氢。在这种情况下人们不需要氢阱，或在给定情况下不需要卤素，它只能阻止碳沉积在灯泡壁并把以碳氢化物形式化合的碳输送到催化剂。氢或在给定情况下的卤素在这里只用来起输送碳的输送介质作用，而且不消耗。总体上说，在这种情况下碳从碳源(碳压制品、石墨纤维、DLC等金刚石、石墨层、炭黑等)输送到碳阱(例如，镍、铁、钼的金属丝)，它在这里重新淀积。

在碳源的一个实施例中，碳淀积在做成灯丝的金属碳化物制的发光体的某些绕组上。碳的淀积优选在灯丝的外部绕组上在低于发光体中间的温度下进行。因为纯碳的碳蒸气压力大于碳化钽的碳蒸气压力，所以纯碳制成的源在低于热灯丝中部的温度下安装。以此应该尽可能调节并达到热灯丝的中间的碳平衡蒸汽压力，使得发光体上部不出现驱动碳输送的碳分压梯度。

最后描述的做法还利用来避开灯输送到用户时碳化钽抗碰撞强度相对较低方面的问题。避开这个问题用的一个选项在于，增碳只有在灯输送到客户之后焙烧时完成，而且首先还要在TaC制的发光体中至少留下一个钽芯。为了在客户处结束增碳，人们必须在焙烧该灯时给尚未完全充分增碳的发光体送入大量碳。人们以气态碳氢化物的形式在气体气氛中，或者以连续蒸发的固体碳氢化物形式存储这大量的碳，于是在增碳反应时释放非常大量的氢，这时由于导热性提高对灯的效率起负面的作用。因为与碳氢化物的反应尚未完全进行，释放出来的碳数量巨大，它必须保持在气相中，这同样是一个问题。可以用所描述的方法避开这个问题，其中使尚未完全充分增碳的发光体处于从碳源出发的碳流的一个连续流动中。没有用来增碳的碳与氢反应变为碳氢化物，以此防止碳沉积在灯泡壁上。该碳氢化物最后在催化剂上重新分解，沉淀没有使用的碳并释放氢。这时，有相对较少的氢就行，因为它不会被消耗掉，而只用来把碳输送到碳阱。特别是这时氢的数量仍旧是恒定的，而且永远不会在增碳的同时增加。若在较高的灯泡温度下，特别是在灯泡用石英玻璃制造时，氢的透气性不再能够忽略不计，可以在灯泡壁附近用碘重新捕获氢，变为碘化氢，并稳定下来。

实现碳源的另一个可能性在于应用一种施加碳化钽涂层的碳纤维。在高的工作温度下碳通过碳化钽层扩散进去；从而避免该碳化钽层碳贫化。然而，不采取对策时，以此释放入气体空间的碳会导致灯泡壁快速发黑。通过用氢截获碳可以在不太高的灯泡温度下防止灯泡发黑。但是，为了使碳尽可能在它沉积在灯泡壁上之前完全被″截获″，需要非常大量的氢。使碳氢化物在保持适当温度的催化剂上，例如，镍、铁等制成的金属丝上分解，就可以避免这一点。这时，碳淀积在镍丝上，而同时重新释放氢，可供与其他碳反应时使用，因而氢只用作″载体″，以便通过形成碳氢化物截获从发光体输送来的碳，并将其输送到碳阱(例如，镍、钼等等金属丝)。总体上说，在这个输送机制下不消耗氢，亦即，只要有相对少量的氢即可。应用这样大量的氢时，灯的效率大大降低。配置源的另一种可能性是，用会贫化并应该由源重新引入的材料来镀发光体，然后在该层上再从外部形成一个发光体本身材料的层。例如，若发光体由诸如碳化钽或者碳化铪等金属碳化物组成，则在由金属碳化物制成的发光体的表面上淀积一个碳层。然后，在该碳层上再形成一个金属碳化物层。若在灯工作时从外部的金属碳化物层蒸发碳，则立即从内部封闭的碳层补充扩散碳，并防止外部金属碳化物层碳的贫化。在这方面该工作方式与带有金属碳化物涂层的碳纤维的工作方式正好相似。然而，采取这种做法的优点是，在制造发光体时可以广泛利用在卤素灯结构上建立的加工工艺。碳涂层的形成例如，可按照杆灯(Staengellampe)的CVD-法进行，例如，通过甲烷(1巴压力)在发光体上约2500°K的温度下分解。例如，通过诸如卤素化钽和甲烷等金属卤素化物同时热分解，采用CVD-法时施加由金属碳化物组成的外层；自然还可以应用其他金属化合物或碳氢化物作为前体。通过调整适当的原始化合物的化学计算比例便可以直接把该金属碳化物淀积在发光体的表面上，例如，按照TaCl₅+CH₄+xH₂-＞TaC+5HCl+(x-1/2)H₂。在这里氢用来避免炭黑的沉积。还可以只让金属淀积在由碳组成的发光体表面上，而且这时只在一个例如，包含甲烷的气氛中进行反应(亦即，增碳)，其中从包含外部碳的气氛和从内部来自碳层进行增碳。然而，采用这种方法的缺点是，金属转变为金属碳化物时出现的体积变化引起相对较大的层应力。因此，金属和碳优选按化学计算比例同时沉积。

在最后描述的实施例中，制作金属碳化物内部材料(例如，金属丝)的材料与制作金属碳化物外层的材料不一定必须是相同的。例如，内部金属丝由碳化钽制组成，而同时在外面施加在碳层上的层由碳化铪或者HfC-4TaC合金组成。HfC或HfC-4TaC合金的蒸汽压力小于纯碳化钽的。然而因为铪的价格明显地比钽昂贵，所以用这样的方法可以明显地减少铪的用量。

作为碳的另一个源可以考虑带有碳的烧结材料，例如，正如美国专利3405328所描述的。在那里描述，正如通过高温和高压下的烧结过程，在压蒸釜中可以制造金属碳化物例如，带有已熔化的碳的碳化钽。这时应该用作发光体材料的这种材料，包含的碳明显地多于按照TaC的化学计算预期的。此外，在该专利中，为了提高发光体的抗碰撞强度，还描述不同的碳化物混合物的应用。

作为碳阱的另一个选项可以考虑例如，钨、钽、锆等金属，它们在适当的温度下形成碳化物。这种金属的工作温度尤其取决于来自发光体的碳流；一般温度是在1800℃和2500℃之间的范围内。为了阻止碳沉积在灯泡壁上并将其输送到碳阱，优选在使用这种金属时采用氢。若拒绝用氢，则当它在它的从发光体的路径上偶然没有碰到形成碳化物的金属时，从发光体输送来的碳便淀积在灯泡壁上。附加地使用氢时，碳首先与氢反应为碳氢化物例如，甲烷，这时它在形成碳化物的金属上重新分解，碳过渡到形成碳化物的金属并释放氢。

碳氢化物分解用的其他可能的催化剂是铝、钼或镁的硅酸盐。

作为碳源应用的另一个可能性，还可以考虑应用碳化钽或其他碳化物。若人们把一个不通过电流的碳化钽制的棒加热至大约与发光体相应的温度，则在该碳化钽上面直接建立适当的碳平衡蒸汽压力，其中发光体不再进行碳的蒸发或者沉积。例如，这可以这样实现，其中把碳化钽制的棒/丝在内部绕在碳化钽制的灯丝的轴上(类似一个带有内部反馈的灯丝，正如IRC灯所采用的，但是在金属碳化物灯中灯丝轴上的金属丝不通过电流)，其中引导电流的由TaC金属丝组成的灯丝的绕组不可以接触TaC制的不引导电流的棒接触，以免短路。该棒必定处于和相邻的绕组实际上相同的温度。它无论如何都不可以明显地比相邻的绕组冷，亦即，例如，必须通过选择足够小的直径，限制沿着该棒引走的热量。通过该棒建立碳的平衡蒸汽力。碳在径向向外方向上的浓度梯度在引导电流的TaC灯丝旁边经过输送到灯泡壁。TaC灯丝的各个绕组处于稳定的碳流中，其中碳分压对应于灯丝的平衡压力。该向外输送的碳在灯泡壁附近重新与氢反应生成碳氢化物，后者然后在一个适当的催化剂作用下分解，如上所述，碳沉积并释放氢。总体上说，以此来自处于灯丝轴上的TaC制的棒的碳，绕过TaC灯丝绕组上，输送到碳阱，其中该碳分压约对应于各个绕组上的碳的平衡压力，并以此使TaC组成的绕组变得稳定。换句话说，由TaC灯丝各个绕组蒸发和向外输送的碳用从内部通过TaC棒蒸发的碳代替。应用TaC制的棒比起应用例如，纯碳制的棒，其优点在于，在同一温度下纯碳上面形成的碳蒸气压力比碳化钽上面形成的高一个数量级，以此在这种情况下会产生一个强得不必要的碳输送，部分甚至碳淀积在TaC灯丝上。在灯丝轴上应用TaC棒的优点在于，它的温度分布曲线尽可能刚好和灯丝的对应，这时TaC灯丝的各个绕组自动建立一个防止发光体分解的碳平衡压力。

作为碳源除碳本身和碳氢化合物外，还可以考虑碳与其他元素的化合物。

例如，优选可以采用含有碳和氟的聚合物，其例如在四氟乙烯C₂F₄聚合时形成(例如聚四氟乙烯PTFE，杜邦公司的商品名为″Teflon(聚四氟乙烯)″)。该化合物分解时在气相中出现的化合物，例如，CF₄、C₂F₄等等，只在接近发光体的最高温度下才分解并在这时释出碳和氟。这时，优点是碳特别或实际上只在温度高的地方释放。以此使碳有目标地输送到发光体温度高的地方。由于有目的地流回温度较高的地方，在这里可以用相对较小的碳流或分压相对较小的气态C-F-化合物工作。所释放的氟在壁上反应为气态SiF₄，但是它这时几乎不干预反应的发生，而且不像氢由于导热率增大对灯的效率起负面作用。这时释放的碳只要它不在壁上反应形成CO时用尽，便可以借助于输送伴侣，诸如氯首先在较冷的区域重新结合，并这时在热的金属丝上重新分解，其中碳重新淀积，释放氯(碳阱)。因为在该壁反应中两个F-原子释出一个O-原子，而在聚四氟乙烯中约每两个F-原子产生一个C-原子，碳进一步与在壁反应中释放的氧反应转变为CO。

本发明特别适用于电压最高50V的低压灯，因为为此所需要的发光体可以做得体积相对较大，而且所用的导线直径优选在50μm和300μm之间，特别是最大150μm，用于最大功率100W的一般照明用途。粗达300μm的导线特别是在照相光学用途上最大使用1000W功率。特别是本发明优选使用单面挤压变形的灯，因为在这里发光体可以保持相对较短，这同样减少断裂趋势。但是也可以应用于双面挤压变形灯和电网电压工作的灯。棒的概念，正如在这里使用的，意味着一个做成体积大的棒或者特别是较细的金属丝的装置。

所描述的概念可以各种各样地用于特别的化学输送系统。在一个特别的实施例中它用于碳-硫循环过程的设计。正如DE Az10358262.2所描述的，CS只在温度明显地高于3000°K时才分解，其中CS的离解度随着温度上升而急剧增大。因而，C-S-循环过程适用于沿着灯丝把碳输送回最热的位置，从而减慢或防止″热点″的形成。现在应用这个C-S-系统时要考虑，在高温范围内输送碳的化合物CS在约低于2200°K的温度下按照2CS-＞CS₂+C歧化，其中碳淀积在支架或灯丝引出线上。另一方面，若CS₂通过扩散或通过流动重新输送到温度较高的地方，则它在T＞2200°K下分解为CS和硫，其中硫对金属碳化物发光体起脱碳的作用。因此，优选在超过2200°K的范围内用碳层覆盖发光体或它的引出线。在该温度范围内释放的硫原子这时与碳反应生成CS；避免金属碳化物发光体的脱碳。在寿命过程中这个碳覆层比较缓慢地耗尽。另一方面，在约低于2200°K的较低温度下CS歧化时释放和淀积碳。总而言之，以此通过CS-系统把碳从T＞2200°K温度较高的地方输送到T＜2200°K温度较低的地方，没有T＞2200°K用的碳储库(源)或在T＜2200°K下的碳沉积(阱)，将很难达到稳定的工作条件。

在这里描述的方法还可以用在金属碳化物、金属硼化物或金属氮化物以外的材料制成的白炽体上。作为示例下面描述在诸如钨等纯金属上的应用。为了产生延长寿命的再生循环过程，其中修复发光体上″热点″，在文献中描述循环过程，例如，参见(a)J.Schroeder，Kino-Technik No.2，1965，(b)Dittmer，Klopfer，Rees，Schroeder，J.CS Chem.Comm，1973。该氟循环过程的再生作用是基于氟化钨只在温度高于约2500°K时才分解，其中钨优选重新在最热的地方积聚。使用氟时一个严重的困难在于，氟在灯泡壁上反应生成四氟化硅SiF₄，其中又附带地释放氧。在SiF₄中结合的氟对在卤素循环过程中的其他反应不再有用。因此，在该文献中所指出多个用以钝化灯泡壁的可能性，例如，参见Schroeder，PHILIPS Techn.Rundschau1963/64，359页，Al₂O₃的使用。在应用这里讨论的概念时给出另一个可能性。为此由碳和氟组成的高分子化合物，例如，聚四氟乙烯用作氟源。这个化合物在较高的温度下缓慢分解，其中在该气相中出现含有碳和氟低分子物质。这时，所释放的氟在约1600°K和2400°K之间的温度范围内在钨表面上反应生成氟化钨。因此，优选在相应的温度下当前钨的支架部分或者灯丝引出线优选做得粗些，以便循环过程有足够多的钨可供使用。这样形成氟化钨输送到温度较高的地方，其中它们优选在温度较高的地方分解。以此有目标地把钨输送回发光体最热的地方。在灯泡的玻璃壁上出现氟或含氟的化合物时氟反应为SiF₄，从而不能用来进一步参与化学输送反应。此外，在壁反应时释放氧。因为在聚四氟乙烯中每两个氟原子有一个碳原子，在该壁反应时每两个氟原子释放出一个氧原子，可以通过化学计算观察在该壁反应中释放的氧通过碳吸气变为CO。因为所释放的碳还在其他方面主要结合为碳化物的形式，碳对氧的吸气多数不能完全进行。因此，必要时还再需要使用其他吸气剂，诸如磷。在钨库上出现的氟化钨通过对流或扩散，在发光体的方向进行不完全的输送，或在那里进行不完全的转变；一部分在灯泡壁的方向上输送。氟化钨至少部分地在那里分解，释放氟和钨，氟以所描述的方法与壁部反应。为了防止灯泡发乌，建议同时使用溴。以此可以出现溴化(氧)钨并保持灯泡壁清洁。该溴化氧钨在远低于发光体的温度下分解。亦即，结合其中的钨主要淀积在支架或灯丝引出线上。以此，使这种重叠W-Br(-O)循环过程不能再生，它只用来使灯泡保持清晰。

这里描述的从源到阱连续输送材料的原理还可以用在输送介质上，用以保持灯泡清晰以及利用来把材料馈送回发光体。在这里可能出现这样一种情况，输送介质不是连续地通过与支架或者灯泡壁反应或吸收连续地抽走气相(阱)，就是连续地通过解吸或者化学反应带入该气相(源)。因此，为了达到该气相的稳定比例，建议在这样一种情况下，在出现阱时在该灯采用一个附加的源，而在出现一个源时，附加地采用一个阱。作为第一示例，讨论氢从源到阱的连续输送过程。作为氢源可以用发光体(金属碳化物)内贮存的氢，在引入线或者吸气剂中所吸纳的氢(或结合为金属氢化物，例如，氢化钽)。在增碳时可以通过发光体和引入线中的氢分压和温度分布，有目的地使氢在路灯中富化。灯工作时的温度分布不同于增碳时的。一般，在灯工作时发光体的温度约为3300°K-3600°K，比增碳时(2800°K-3100°K)高；此外，可以在增碳时采用较高的氢分压。因此，可以在增碳时处于适当的温度下的例如，钽或者铌制的支架部分吸收氢。以后在灯工作时这个支架部分处于较高的温度下在一个氢含量较少的气氛中，因此，放出氢(源)。处于低得多的温度下的支架部分吸收这些氢(阱)。例如，在带有TaC-发光体带有整体灯丝引出线(类似于图1所示)的灯中，灯丝引出线在增碳时不增碳；以此在一个大的温度谱内有钽可供使用，使得在每种情况下都可以出现作为源或阱起作用的地方。另外，通过调整玻璃中OH-基的适当含量(石英玻璃的真空退火)，也可以使石英玻璃用作氢源。以后充入的填充气体必须考虑这个材料的(同分)异构化。必要时，可以采用其他化合物或金属作为氢存储器，例如，采用锆作为氢源。该组份这样固定在支架或灯丝引出线上，在调整的温度下比较缓慢地在相对较长的时间里放出氢。

第二示例涉及在带有金属碳化物发光体的灯中使用硫，灯丝和灯丝引出线的整体设计，亦即，灯丝和灯丝引出线整体由钽丝制造，然后给发光体增碳。在增碳时灯丝引出线不完全增碳，亦即，在这里人们找到钽或低碳化钽Ta₂C。在这个较低的温度区域内，处于灯中的硫转变为非常稳定的化合物硫化钽，并以此使硫抽走气相(阱)。抽走气相的硫必须稳定地得到补充(源)以便正确地维持C-S循环过程。例如，这可以通过永久从一个用CH₃CSCH₃浸渍过的储库(例如，由橡胶组成)蒸发CH₃CSCH₃。在灯泡温度极低的低于约100℃的灯中，可用元素硫作为源，它在较低的温度下已经呈现相当高的蒸气压力并在略高于100℃熔化)。还可以使用熔点较高的高分子硫醇作为硫源。

附图说明

下面要就多个实施例对本发明作较详细的说明。其中：

图1是按照一个实施例的带有碳化物发光体的白炽灯；

图2是按照第二实施例的带有碳化物发光体的白炽灯；

图3-5是按照其他实施例的带有碳化物发光体的白炽灯。

具体实施方式

图1表示单面挤压变形的白炽灯1，带有石英玻璃制的灯泡2、挤压变形部分3和内部电流引入线10，在挤压变形部分中金属箔4与发光体7连接。发光体7是一个简单地绕成螺旋状的轴向设置的TaC制金属丝，其端部14不绕成螺旋状并在灯的轴线的横向上相间。外部引线5放置在金属箔4的外面。

例如，在这里描述的结构形式还可以转变为带有其他金属碳化物，例如，碳化铪、碳化锆、碳化铌的发光体的灯。还可以应用不同的碳化物的合金。此外，可以应用硼化物或者氮化物，特别是氮化铼或者硼化锇。

一般地，灯优选使用碳化钽制的发光体，优选由简单地绕成螺旋状的金属丝组成。作为发光体材料，优选是绕成螺旋状的金属丝，优选宜用碳化锆、碳化铪或不同的碳化物的合金，例如，正如在美国专利US-A3 405 328中描述的。

灯泡一般用石英玻璃或者硬玻璃制成，灯泡直径在5mm和35mm之间，优选在8mm和15mm之间。填充物主要是惰性气体，特别是稀有气体，正如Ar，Kr或Xe，在给定情况下掺入少量氮气(至15mol-％)。为此一般用碳氢化物、氢和添加卤素。

添加卤素优选与可能的碳-卤素循环过程或输送过程无关，以便阻止从金属碳化物制的发光体蒸发的金属沉积在灯泡壁上，并尽可能将其输送回到发光体。在这里涉及金属-卤素循环过程，例如，正如在德国专利申请书DE-Az 103 56 651.1所描述的。特别重要的是下列情况：越能抑制碳从发光体的蒸发，蒸发的金属组份也越少，例如，见J.A.Coffmann，G.M.Kibler，T.R.Riethof，A.Watts的WADD-TR-60-646 Part I(1960)。

下面陈述对本发明的本质作较详细的说明的具体的实施例。

(a)带有TaC制发光体和带有固体碳氢化物作为源的灯实施例

在脂(肪)族碳氢化物中由于熔点太低在一般情况下只考虑高分子化合物(例如，C₅₆H₁₁₄熔点略低于100℃，这对于多数用途是太低了，那时它可能使用液体化合物)。适用的是芳(香)族碳氢化物，例如，蒽(熔点216℃)、丁省(熔点355℃)、蔻(熔点440℃)，此外还有每个C-原子带进灯内的氢少得多的优点。例如，略低于熔点的蒽的蒸气压力约为50毫巴，在145℃下略高于1毫巴。通过把源局限在适当的温度范围内可以适当地调整蒸气压力。碳氢化物的蒸气压力必须约调节得在其完全分解之后建立的TaC发光体上的C-原子的克分子浓度，处于发光体上面C-原子的平衡浓度的数量级；更准确的值取决于细节(例如，C-源到TaC发光体和到阱的距离、在该阱上碳氢化物的分解速度等等)。应用蒽作为碳源时，当处于例如，3400°K的发光体和源之间的距离约等于3cm和碳氢化物分解之后碳的沉积在约400℃-800℃的热镍丝上进行时，该源适当的温度在120℃和150℃的范围内。在这样一个灯中冷填充压力处于约1巴的范围内；含有惰性气体(例如，氩、氪)的优选2毫巴-20毫巴氢H₂、0.5毫巴CH₂Br₂和2毫巴-20毫巴碘)。用溴应能防止钽沉积在灯泡上(见DE-Az 103 56 651.1)，而用碘应该可以用HJ的形式结合在蒽蒸发和分解的过程中释放的氢。在这里HJ是所释放的氢的阱。

图1示意地表示一个单面挤压变形的灯用的源和阱的一种可能的结构形式的示例。源6利用固体碳氢化物8作为源材料，在往往称作中间支架的金属丝状的棒9上的一端由钨淀积。支持棒9，它在挤压变形部分3的中间与一个附加的金属箔11连接。为了较容易装入，这可以有一个一般由钼组成的外部金属丝附加物12。

阱13由缠绕在一个或者两个电流引入线10上面的螺旋部15实现。这个螺旋例如由镍丝组成。这可以安装在内部容积中，确切地说在挤压变形部分附近或者甚至突出到挤压变形部分，正如右螺旋部15所表明的。在该实施例中，源和阱都必须处于相对较低的温度，一般在约低于500℃下工作，正如人们在灯泡壁附近看到的。在装入方面最简单是应用挤压变形部分3附近的电流引入线10。作为另一方案，源还可以固定在电流引入线10上，而阱固定在另一条电流引入线10上。

中间支架9的一端在这里带有用作源材料的碳氢化物涂层。确切地说这个实施例简单地形成，但是人们这时必须容忍从该源到该阱的输送主要绕过发光体7旁边进行。然而因为对于碳氢化物在催化剂作用下的分解，在这里催化剂由镍丝制的阱形成，需要一定的时间，在稳定状态下在整个气相中进行，而且在从源到阱的直接路径之外，碳氢化物或碳浓度增大。

因此，该工作方式的优点是应用图2所示的布置，其中源16由挤压入泵抽气咀17的钨支架18组成，在其上面向发光体7的一端把源材料淀积为固体，亦即碳氢化物。

在这里该阱用电流引入线22的挤压变形部分附近的部分21实现。这部分21由钼组成，在碳氢化物分解时用来作为催化剂。电流引入线上面的部分20与发光体的碳化物整体形成下面的部分21突出挤压变形部分。

在这种几何布置下，该发光体7处于从源16到阱21形成的材料流中。在图2中内电流引入线22的下部由钼组成，在碳氢化物分解时作为催化剂，并以此作为阱起作用。

(b)带有TaC发光体和带有碳源的灯的实施例

由TaC组成的发光体23，见图3，在3300°K和3600°K之间的温度下工作。为了在TaC-发光体的地方产生适当的碳分压，碳源24保持2700°K和3000°K之间的温度范围。为了避免碳沉积在灯泡壁上并把碳输送到阱，往惰性气体(氪、氩)添加氢，确切地说氢的分压优选在2毫巴H₂和20毫巴H₂之间的范围内。在这种情况下该源不释放氢，使得不需要氢阱。该碳源处于一个这样高的温度，使得在这里不进行直接与氢的反应。作为碳氢化物分解用的阱例如，宜用在400℃-800℃下工作的镍或铁或钼的金属丝或者小板，或者在约500℃温度下工作的硅酸铝。

图3表示这样一种灯用的可能的几何形状。起碳源的作用的C-淀积在电流引入线25″上面″的区域，接近灯丝23过渡区，其中已经存在比较高的温度。根据灯丝在绕组温度分布曲线方面的实施例，优选还可以让碳的淀积在发光体外部绕组上。电流引入线在这里是灯丝23的整体引出线。代替C-淀积还可以把C-纤维缠绕在该引出线上。阱26在这里是镀铂的铁的缠绕物。它们在挤压变形部分附近，亦即安装在较高的温度下。

(c)带有安排在灯丝轴上的源的几何形状的示例

图4表示一个安排在发光体轴上的源的示例。在这里由TaC组成棒27处于灯的轴线，同时也是发光体的轴线上。棒27在灯丝28的范围内具有在约与灯丝本身相同的温度分布曲线。该灯丝缠绕得这样宽松，使得该棒27可以不接触地穿入其轴上。该阱像图3所示那样通过重新缠绕26在上面而形成。它们由钼组成。棒27由中间支架9支持，如图1所示。它特别可以插入泵抽气咀29，见虚线的实施例。这可以更好制动。

(d)在双面挤压变形的灯中应用的示例

图5表示双面挤压变形灯30的一个可能的布置。在这里优选可以把源31和阱32安排在发光体33不同的一侧，使得该发光体33由于该几何布置处于从源31到阱32的输送流中。该挤压变形部分用39标示。

源31是碳的淀积(炭黑)或者缠绕在电流引入线34上的碳纤维。阱32是电流引入线的一个部分，由钼制成，安排在远离发光体33的地方。这个部分通过焊点35与TaC制发光体的引出线36连接。

在这里发光体33两侧优选处于轴线方向，整个温度谱均可供使用，使得例如，碳源在相对较高的温度下处于发光体附近，而该阱在较低的温度下可以安排在另一侧发光体的另一个路径上。在图5所示的示例中钼引出线起阱的作用。作为发光体材料，宜用金属或者金属化合物，其熔点在钨的熔点附近，优选至少3000℃，特别是优选高于钨熔点。这时，除钨外特别可以考虑铼、锇和钽。

Claims (30)

1.带有发光体和电流引入线(10)的白炽灯，该发光体(7)含有耐高温金属化合物，该电流引入线支撑该发光体(7)，其中该发光体与填充物一起真空密封地装入灯泡(2)中，其中该发光体的材料具有金属或金属化合物，特别是金属碳化物，其熔点在钨的熔点附近，优选在至少3000℃和特别优选高于钨的熔点，其特征在于，该发光体含有一种材料，该材料由工作时的化学分解和/或蒸发决定，使至少一种化学元素贫化，并在该灯泡内为该元素设置一个源和一个阱，其中该源提供发光体贫化的元素，而其中在该阱上淀积该发光体在寿命期间中不断发射的该元素，使得总体上产生所述元件从该源到该阱的连续流，其中除了启动过程外所涉及的元件的浓度在该灯中的每个地方都基本上是稳定的，其中在稳定的工作中该发光体与由不断地从其旁边输送过去的元素构成的和从外面通过源和阱的共同作用形成的分气氛处于平衡状态，使得该发光体的挥发性元素的贫化被阻止。

2.按照权利要求1的白炽灯，其特征在于，发光体用由玻璃，特别是石英玻璃或硬玻璃或陶瓷，特别是Al₂O₃构成的灯泡包围。

3.按照权利要求1的白炽灯其特征在于，该填充物使用至少一种采取惰性气体形式的基本气体，特别是稀有气体和/或氮气。

4.按照权利要求1的白炽灯，其特征在于，该金属化合物是指金属碳化物，例如，碳化钽、碳化锆或碳化铪或者不同的金属碳化物的合金。

5.按照权利要求4的白炽灯，其特征在于，该源由固体或者液体碳氢化物或者卤素化碳氢化物组成，其在100℃和400℃之间的温度范围内工作，并在分解时释出碳。

6按照权利要求4的白炽灯，其特征在于，该源由碳，特别是由炭黑或石墨纤维或石墨织物或碳压制品组成，其中碳到阱的输送是通过作为该填充物的组份的附加地装进的来自氢和/或卤素的组的材料进行，其中该材料在较冷的范围内与碳反应生成碳氢化物或卤素化碳氢化物，其中该碳氢化物在该阱上重新分解，使碳沉积并释放输送介质。

7.按照权利要求4的白炽灯，其特征在于，该源由镀有相应的金属碳化物层的石墨体，特别是石墨纤维组成，其中碳到阱的输送通过作为填充物的组份的附加地装入的来自氢和/或卤素组的材料进行，其中该材料在较冷的区域内与碳反应生成碳氢化物或卤素化碳氢化物，其中该碳氢化物在该阱上重新分解，使碳沉积并释放输送介质。

8.按照权利要求4的白炽灯，其特征在于，该源由含有碳的烧结材料组成，其中碳到阱的输送通过作为该填充物的组份的附加地装入的来自氢和/或卤素组的材料进行，它在较冷的范围内与碳反应生成碳氢化物或卤素化碳氢化物，其中这种碳氢化物在该阱上重新分解，使碳沉积并释放输送介质。

9.按照权利要求4的白炽灯，其特征在于，作为碳源采用固定在发光体附近的由与该发光体同一金属碳化物形成的棒，特别是轴向安排的棒，其纵向温度分布曲线和由同一金属碳化物组成的发光体的对应，而且作为碳到阱的输送介质使用氢和在给定情况下使用卤素。

10.按照权利要求1的白炽灯，其特征在于，作为碳源使用一个固定在该发光体轴附近的第二金属碳化物制成的棒，在给定温度下其蒸气压力高于发光体金属丝的金属碳化物的蒸汽压力，以便补偿由于沿着固定在该灯丝轴中的金属丝的导热产生的损失，并使用氢和在给定情况下使用卤素作为碳到阱的输送介质。

11.按照权利要求5至10中之一的白炽灯，其特征在于，该碳阱由起催化作用的金属，特别是镍或铁或钼或钴或铂组成，在其上碳氢化物，在给定情况下卤素化的碳氢化物分解，使碳沉积并释放氢，并在给定情况下释放卤素。

12按照权利要求5至10中之一的白炽灯，其特征在于，该碳阱由结合成碳化物的金属组成，特别是由铁或钼或钨或钽或铌组成，在其上碳氢化物分解，形成金属碳化物并释放氢。

13.按照权利要求5至10中之一的白炽灯，其特征在于，该碳阱由铝、镁或钼的硅酸盐组成。

14.按照权利要求11至13中之一的白炽灯，其特征在于，该填充物含有碘，其中所释放的氢通过与碘反应化合成碘化氢，使得碘对于氢具有气态阱的功能。

15.按照权利要求11至13中之一的白炽灯，其特征在于，所释放的氢通过热的石英灯泡壁逸出，使得该氢阱通过热的灯泡壁的透气性可供使用。

16.按照权利要求11至13中之一的白炽灯，其特征在于，在灯泡内装入对氢亲合的金属，其中所释放的氢被对其亲合的金属，特别是锆或铪或铌或钽结合或者被其″吸气″。

17.按照权利要求4的白炽灯，其特征在于，作为源使用氟化的，特别是四氟化的碳氢化物，特别是PTFE，其在高温下作为分解产物提供四氟化的碳化合物。

18.按照权利要求17的白炽灯，其特征在于，该碳借助于卤素，优选是氯，输送到阱，该阱由起催化剂作用的金属或者结合为碳化物的金属，特别是镍、铁、钼、钴、铂、钨或者钽组成。

19.按照前述权利要求中之一的自炽灯，其特征在于，该填充气体附加地含有含卤素的化合物，和在给定情况下含有氢、硫或者含氰化物的化合物，以便阻止金属以及在给定情况下碳沉积在灯泡壁上，并尽可能完全地将其输送回发光体。

20.按照权利要求4的白炽灯，其特征在于，该发光体用其会贫化并应该从一个源重新引入的材料形成涂层并且其形成第一层，然后在其上在这个第一层上从外面施加发光体本身材料的第二层。

21.按照权利要求4的白炽灯，其特征在于，该源由这样的物体组成，该物体首先用碳形成第一层，然后用形成该物体的同一金属碳化物或者其他金属碳化物形成第二层，其中碳到阱的输送通过作为填充物的组份的附加地装入的来自氢和/或卤素的组的材料进行，其中这种材料在较冷的范围内与碳反应生成碳氢化物或卤素化的碳氢化物，其中这种碳氢化物在该阱上重新分解，使碳沉积并释放输送介质。

22.按照权利要求21的白炽灯，其特征在于，其中外部的第二层是指不同金属碳化物的合金，优选是由碳化钽和碳化铪组成的合金。

23.按照权利要求4的白炽灯，其特征在于，其中该源由纯碳或者按照前述权利要求中之一所述的含碳化合物形成，而同时该阱是通过在支架上释放碳在一个有限的温度范围内通过气相反应系统实现的，所述支架此处是不起化学反应的。

24.按照权利要求书4和23的白炽灯，其特征在于，采用该碳-硫系统把碳馈送回发光体，并在支架上，在工作时温度高于2150°K，优选高于约2200°K，特别是优选高于2250°K的位置上，施加一个碳涂层作为源，此外，该阱通过CS系统中在低于2250°K，优选低于约2200°K，特别是优选低于2150°K的温度下的歧化反应实现。

25.按照权利要求1至3的白炽灯，其特征在于，该发光体由金属组成。

26.按照权利要求25的白炽灯，其特征在于，该发光体由钨组成，并在灯的寿命期间缓慢地分解含有碳和氟的高分子化合物，其中释放氟，该氟在1600°K和2400°K之间的温度范围内施加的钨库上反应为氟化钨，并从而具有源的功能，该源优选把钨输送回发光体上最热的地方，而且其中来自不是在发光体上转变的氟化钨的氟在该灯泡壁上反应为气态SiF₄，或者钨通过重叠的溴的循环过程沉淀在支架较冷的地方，从而对钨和氟具有阱的功能。

27.白炽灯，其带有用金属或者耐高温金属化合物制成的发光体，由石英玻璃、硬玻璃或者陶瓷制的灯泡包围，其中灯泡含有填充物，填充物至少含有惰性气体和化学输送介质，其中使用稀有气体和/或氮气作为惰性气体，其特征在于，该化学输送介质用来保持灯泡清晰或用来把材料馈送回发光体，该化学输送介质连续从一个源释出，并在一个阱内结合，其中在启动阶段之后在气相中建立稳定的浓度。

28.按照权利要求27的白炽灯，其中该发光体由金属碳化物组成，利用碳氢循环过程来保持灯泡壁清洁，其特征在于，氢不断地从由钽或铌或锆组成的支架的较热的地方或从发光体本身释出，并在同样由所述金属组成的支架部分的较冷的地方重新结合，或者在较高的温度下通过石英制的灯泡壁重新向外扩散。

29.按照权利要求27的白炽灯，其中该发光体由金属碳化物组成，利用碳氢循环过程保持灯泡壁清洁，其特征在于，氢从OH-含量增大的由石英制的灯泡壁逸出，并在由钽、铌或锆组成的支架部分较冷的地方重新结合。

30.按照权利要求27的白炽灯，其中该发光体由金属碳化物组成，并利用碳-硫输送系统把碳馈送回白炽体，其特征在于，硫一方面在优选由纯金属组成的支架部分的或该灯丝引出线的较冷的地方不断地抽走气相，形成金属硫化物，然而另一方面永久地通过纯硫、含硫有机物质如CH₃CSCH₃或者硫醇的蒸发进行补充。

Images