CN101918339A - 半透明的多晶氧化铝陶瓷 - Google Patents

半透明的多晶氧化铝陶瓷 Download PDF

Info

Publication number
CN101918339A
CN101918339A CN2008800160747A CN200880016074A CN101918339A CN 101918339 A CN101918339 A CN 101918339A CN 2008800160747 A CN2008800160747 A CN 2008800160747A CN 200880016074 A CN200880016074 A CN 200880016074A CN 101918339 A CN101918339 A CN 101918339A
Authority
CN
China
Prior art keywords
oxide
polycrystal
lutecium
magnesium oxide
ceramic body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2008800160747A
Other languages
English (en)
Inventor
K·西瓦拉曼
S·秦
M·高
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of CN101918339A publication Critical patent/CN101918339A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C04B35/111—Fine ceramics
    • C04B35/115—Translucent or transparent products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62625—Wet mixtures
    • C04B35/6263—Wet mixtures characterised by their solids loadings, i.e. the percentage of solids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C04B35/636—Polysaccharides or derivatives thereof
    • C04B35/6365—Cellulose or derivatives thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/30—Vessels; Containers
    • H01J61/302—Vessels; Containers characterised by the material of the vessel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/82—Lamps with high-pressure unconstricted discharge having a cold pressure > 400 Torr
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3206—Magnesium oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3244—Zirconium oxides, zirconates, hafnium oxides, hafnates, or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5409—Particle size related information expressed by specific surface values
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/602—Making the green bodies or pre-forms by moulding
    • C04B2235/6021—Extrusion moulding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/606—Drying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C04B2235/6582—Hydrogen containing atmosphere
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C04B2235/6588—Water vapor containing atmospheres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/72—Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
    • C04B2235/786—Micrometer sized grains, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/94—Products characterised by their shape

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

一种多晶体，其包含氧化铝、氧化镁、氧化锆和氧化镥。氧化镥的存在量是该陶瓷体重量的至少10ppm，以及氧化镁和氧化锆是以大约0.5∶1-大约3∶1的摩尔比存在的。

Description

半透明的多晶氧化铝陶瓷
背景技术
本发明通常涉及多晶氧化铝陶瓷。它获得了与氧化铝陶瓷组合物相关的具体应用，该组合物是用氧化锆、氧化镁和氧化镥掺杂的，其适于形成灯用的放电容器，将具体参考该灯用放电容器对其进行描述。
用于高亮度放电(HID)灯，特别是高压钠(HPS)灯的放电管已经由多种半透明的氧化铝材料来制作，包括多晶氧化铝和单晶氧化铝(蓝宝石)。放电管包括发光元素例如钠和汞、以及起始气体例如氩气的填充物。当所述的灯通电时，形成具有特征发射光谱的电弧放电，所述特征发射光谱与填充物的具体组成相关。
这样的钠灯的寿命经常受限于在灯工作过程中，由于钠离子通过放电管壁的扩散而引起的填充物中的钠部分的损失。损失的钠随后不能用于电弧放电，并且不再能够贡献它的特征发射，这造成光输出逐渐减少，并引起颜色从白色向蓝色的漂移。另外，电弧变得更狭小，并且在水平工作的灯中，该电弧可能弯曲依靠在并软化电弧室壁。钠损失还可以引起灯工作电压升高到这样的点，在这里电弧不再能够通过镇流器(ballast)来维持，并且可能产生灯失效。
当灯工作在高于陶瓷电弧管设计空间的瓦特数时，用氧化镁掺杂的且用于灯中的陶瓷已经表现出容易使外壳变黑。玻璃外壳的变黑与下面的组合因素相关：由于反应和扩散机理引起的陶瓷电弧室的蒸发和通过电弧管壁的钠损失。这会限制流明输出和灯的有效寿命。除了钠扩散之外，电弧中的钠会与晶粒边界上的氧化铝反应来形成铝酸钠，这对所述管的结构完整性产生了不利的影响，并且缩短了灯寿命。放电灯被设计来不断地提高氧化铝电弧管中的内部钠分压，来提高颜色再现性和提供更白的发射光。但是，由于提高了钠从电弧室中损失的速率，因此更高的内部钠压力进一步缩短了灯的寿命。累计的钠损失导致了相应的灯工作电压的连续升高、相关的色温和色再现指数二者的降低、以及从白色到粉红色的色漂移。同样的，通过电弧室壁迁移的钠沉积到抽空的外面的灯包壳的内壁上，在该包壳上产生褐变，这依次更进一步的降低了灯的光输出。
多晶氧化铝(PCA)和单晶氧化铝(蓝宝石)HPS电弧放电灯的制造是已知的。分别属于Coble、Alaska等人和Charles等人的US专利No.3026210、4150317和4285732公开了使用相对纯的氧化铝粉末和少量氧化镁来生产高密度氧化铝体，其具有提高的可见光透射率。
对于灯来说，合意的是能够高效的降低功耗。存在着对于这样的氧化铝电弧管的需要，其具有降低的允许钠扩散的倾向，其还提供了高的光透射率。
发明内容
在该示例性实施方案的一方面，多晶体包括氧化铝、氧化镁、氧化锆和氧化镥。氧化镥的存在量是该陶瓷体重量的至少10ppm，并且氧化镁和氧化锆是以0.5∶1-3∶1的摩尔比存在的。
在另一方面，形成多晶氧化铝体的方法，其包括形成陶瓷形成性成分和有机粘合剂的混合物。该陶瓷形成性成分包括颗粒氧化铝和添加剂。该添加剂以它们的氧化物在每百万重量份的总陶瓷形成性成分中的份数来表示如下：氧化镁至少150ppm，氧化锆至少100ppm，和氧化镥至少10ppm。该方法包括由该混合物来形成成形体和烧制该成形体来形成多晶氧化铝体。
在另一方面，多晶体包括氧化铝、氧化镁和氧化镥，这些氧化物以下面的量存在，以每百万重量份该陶瓷体中的份数来表示如下：100-200ppm氧化镁，100-450ppm氧化锆和10ppm-100ppm氧化镥。
附图说明
图1是根据本发明一方面的灯的侧截面图；
图2是图1的放电管的尺寸截面图；
图3表示了根据该示例性实施方案一方面的示例性设备，其用于干燥成形体；和
图4是表示了由具有和不具有镥和锆所形成的半透明多晶体的透射结果的图。
具体实施方式
示例性实施方案的方面涉及陶瓷材料，其包括锆、镁和镥的氧化物，涉及由该陶瓷材料形成的陶瓷体例如放电容器，和涉及包括该陶瓷体的灯。
全部的百分比和每百万份的份数(ppm)在这里指的是重量单位的，除非另有指示。
参考图1，表示了示例性的高压钠灯。该灯包括处于管10形式的陶瓷放电容器，其可以布置在透明的外玻璃质包壳12中。放电管10界定出室14，其包含了在压力下的填充物16，该填充物在通电时能够维持电弧放电。
如图2所示，由钨或者其他合适的电子发射材料所形成的电极18，20至少部分布置在放电室14中。电引线22，24可以由钼或者铌形成，并且该引线使电能耦合到钨电极18，20上，以使得能够激励填充物16。密封玻璃料26将引线22，24结合到电弧室14的氧化铝上的每一端上。引线22，24通过支撑构件28和30电连接到灯的螺纹螺丝基底26上(图1)。
放电容器10可以包括圆柱体部分32，其具有管34，36形式的腿部，该腿部从圆柱体部分的端帽38，40轴向延伸。该圆柱体部分的其他构造也是预期的，例如常规的球形或者扁圆形。该示例性实施方案的圆柱体部分32、管34、36和端帽38、40可以全部由多晶氧化铝(氧化铝，Al2O3)陶瓷来形成，该陶瓷包括镁(Mg)、锆(Zr)和镥(Lu)。这些元素可以主要以它们的氧化物形式而存在：氧化镁(MgO)，氧化锆(ZrO2)和氧化镥(Lu2O3)。虽然该示例性陶瓷组合物在放电容器方面进行了描述，但是应该想到该示例性陶瓷可以用于其他应用中。
高压钠灯用的示例性填充物16包括钠、汞和起始气体。示例性的起始气体是惰性气体例如氩气、氙气、氪气及其组合。填充物中的惰性气体(一种或多种)可以具有大约10-大约500托，例如大约200托的冷填充物压力，该压力在灯工作中升高。钠的分压范围在工作过程中可以是大约30-大约1000托，例如对于高效率来说是大约70-150托。对于陶瓷金属卤化物灯来说，填充物可以包括汞、惰性气体例如氩气、氙气、氪气、和金属卤化物的混合物。示例性金属卤化物是例如下面的稀土元素的卤化物(例如溴化物，碘化物)：钪，铟，镝，钕，镨，铈，钍及其组合。但是，其他填充组合物可以与该示例性放电容器一起使用。电极18，20之间的电弧放电可以通过脉冲形式的起始电压来引发。电弧放电然后通过离子化蒸气和工作电压来维持。
如本领域已知的那样，放电容器10可以通过将生坯陶瓷元件烧结在一起来形成，任选的随后对该烧结的容器进行进一步的加工来提高透明度，例如如下所述：US专利No.6639362，6741033和7063586。US专利No.5424609，5698948和5751111公开了可以使用的替换性放电容器。
具体的，所述生坯陶瓷元件是通过对陶瓷粉末和液体粘合剂组合物的混合物进行模压、挤出或者注模来制作的。由此形成的元件在空气中预烧结到大约900-1200℃，来除去有机加工助剂。粘合所述预烧结的元件，然后在大约1500-1900℃的温度在氢气氛中部分烧结，来形成气密性接缝。在这个烧结过程中，所述元件收缩到不同的程度。差异收缩被有利地用来形成气密性接缝。该烧结的放电管可以经历进一步的加工来提高透光率。例如，可以在化学抛光该放电管的表面之前，对该电弧管进行致密化和/或降低孔隙率的步骤，例如热等静压。抛光可以用以适度速率溶解氧化铝的熔融的无机熔剂来进行，直到表面层溶解来提供相对光滑的外观。用于提供相对光滑和平坦表面的有用的熔剂包括碱金属硼酸盐，例如硼酸钠和硼酸钾，单独或者相组合，以及任选的碱金属氯化物，例如NaCl或者KCl。
用来形成放电管的生坯陶瓷元件可以由颗粒混合物形成，该混合物主要是颗粒氧化铝(通常是氧化铝，Al2O3)。将少量氧化镁(氧化镁，MgO)与该氧化铝进行混合。氧化铝颗粒可以是至少99.9％的氧化铝，例如大约99.98％的纯氧化铝，并且具有大约1.5-大约10m2/g，典型的是大约8m2/g的表面积。该陶瓷粉末可以用氧化镁掺杂来抑制晶粒生长，例如等于该氧化铝的0.03-0.2重量％，例如大约0.05重量％的掺杂量。该颗粒混合物的平均粒度可以小于1微米(μ)。在一些实施方案中，该平均粒度至少是0.2μ。
为了结合进氧化锆和氧化镥，所述的颗粒混合物可以用包括锆和镥的可溶性盐的水溶液进行掺杂，该可溶性盐是例如硝酸盐或者氯氧化物，例如硝酸锆和硝酸镥。这些盐在烧结阶段中被转化成为它们的氧化物。可选择的，这些掺杂剂可以作为细微分散的粉末来加入。
将所形成的陶瓷形成性成分的混合物与液体粘合剂组合物相结合，该粘合剂组合物包括有机粘合剂、溶剂例如水和任选的润滑剂。可以单独使用或者组合使用的有机粘合剂包括有机聚合物，例如多元醇，聚乙烯醇，醋酸乙烯酯，丙烯酸酯，纤维素类例如甲基纤维素或者纤维素醚，聚酯和硬脂酸酯。一种示例性粘合剂是重均分子量是大约200000-500000，例如大约370000的水溶性纤维素醚。这种粘合剂可以与作为溶剂的去离子水和作为润滑剂的油酸相组合。例如，合适的挤出配方可以包括4-5wt％的纤维素醚，2-3wt％的油酸，16-17wt％的水和平衡量的氧化铝陶瓷粉末以及其他的陶瓷形成性成分。
在其他实施方案中，粘合剂组合物可以包含蜡，例如熔点为大约73-80℃的石蜡。其他合适的粘合剂组分可以包括蜂蜡，硬脂酸铝和硬脂酸。
生坯陶瓷可以通过注模或者挤出加工，例如螺杆挤出来形成。在注模的情况中，将陶瓷材料和粘合剂组合物的混合物加热来形成高度粘稠的混合物。然后将该混合物注入到合适的成型模具中，然后随后冷却来形成模制件。在注模之后，除去模制件的粘合剂，典型的是通过热处理除去，来形成脱除粘合剂的部件。热处理可以通过将模制部件在空气或者受控环境例如真空、氮气、稀有气体中加热到最大温度(例如大约900-1000℃)，然后保持在该最大温度来进行的。
在挤出加工的情况中，粉末化的陶瓷材料(氧化铝和MgO)可以与纤维素醚、油酸和溶解在水中的锆和镥的硝酸盐/氧氯化物进行混合。然后将这个混合物象生面团那样捏合，并通过螺杆挤出机挤出作为生坯管体60。该生坯管体然后可以在自动旋转棒62，64上，在55～60℃的热空气中干燥至少半个小时(图3)。该棒平行排列，以小于所述坯体的宽度的距离稍微隔开，以使得该生坯体支承在两个棒上。
干燥后，该挤出部件或者模制部件可以在大约600℃进行脱除粘合剂，来完全除去有机物，然后在1050℃在空气中预烧结，来提供具有足够强度的生坯陶瓷。该放电管的元件然后可以以所期望的构造粘接性粘合在一起，用来在烧结过程中形成陶瓷体。烧结步骤可以通过在具有大约10-15℃露点的氢气中加热该部件来进行。温度连续的升高到大约1800-1900℃的最大温度，并在这个温度保持至少大约2小时。最后，温度降回室温。所形成的陶瓷材料包含致密烧结的多晶铝。
通常，烧结陶瓷体中的氧化铝颗粒的平均晶粒尺寸是至少大约10μ，并且可以高到大约60μ，例如至少20μ，并且在一些实施方案中是大约25μ到大约45μ，来为放电容器提供半透明性能，同时保持该陶瓷的强度性能。在一种实施方案中，至少99.9％的晶粒直径小于75μ。
陶瓷形成性成分是这样的成分，其是无机氧化物或者其在形成部件或者烧结过程中被转化成无机氧化物。在所示的实施方案中，这些成分主要是氧化铝，氧化镁，锆化合物和镥化合物。这些成分可以在预烧结的组合物中，以下面的量存在(以百万份之份数ppm为单位，以氧化物来表示，基于所存在的陶瓷形成性成分的全部氧化物的总重量)。氧化镁：150-1000ppm，例如至少200ppm，例如高到大约500ppm，例如高到450ppm。氧化锆：100-600ppm，例如250-500ppm。氧化镥：10-100ppm，例如至少20ppm或者至少25ppm。氧化镥的存在量可以高到大约90ppm，例如高到大约70ppm，例如高到大约50ppm或高至大约45ppm。
氧化铝可以构成该陶瓷形成性成分的平衡量。在一种实施方案中，全部其他的陶瓷形成性成分(即，非氧化铝的，氧化镁、氧化镥和氧化锆，或者它们的前体)在该预烧结的组合物中的存在使得提供的烧结体具有总计小于800ppm，在一些实施方案中不大于大约500ppm的这些其他的陶瓷形成性成分。
在最终的陶瓷体中的氧化铝、氧化镁、氧化镥和二氧化锆的浓度(以总氧化物的ppm来表示)通常与烧结之前的浓度大致相同。但是，在氧化镁的情况下，一部分的氧化镁可能在加工过程中例如通过蒸发损失掉。
最终的烧结陶瓷体因此可以包括下面的氧化物，基于该陶瓷体的总重量。氧化镁：至少100ppm，例如至少大约140ppm或者至少大约180ppm。氧化镁的存在量可以高到400ppm，例如高到大约300ppm，例如高到大约250ppm。在一些实施方案中，氧化镁是100-200ppm。氧化锆：至少100ppm，例如至少350ppm。氧化锆的存在量可以高到840ppm，例如高到630ppm。氧化镥：至少10ppm，例如至少25ppm或者至少30ppm。氧化镥的存在量可以高到大约120ppm。在一些实施方案中，它的存在量高至大约100ppm，例如高到大约80ppm，例如高到大约60ppm或高到大约50ppm。
以摩尔比表示，在烧结体中的Mg∶Zr的摩尔比可以是大约0.5∶1-大约3∶1，和在一种实施方案中，是1∶1-2∶1。在一种实施方案中，该比例是大约1.2∶1。
这些氧化物基本上均匀的分布在整个烧结体中。该烧制的陶瓷体可以基本上没有碱金属和碱土金属的氧化物，例如钠、钾和钙的氧化物。例如这些氧化物可以以小于大约20ppm的总浓度来存在。
该烧制的陶瓷体主要是具有六角密堆结构的多晶氧化铝。例如，至少95％或者至少99％是氧化铝。该烧制体是半透明的，而非透明的，即，漫射光的量超过了通过该烧制体透射的直线光的量。例如，大约20％或者更少的光是直线发射的，比较而言，对于透明体来说是大约80％。氧化镁为最终的管赋予了透明度，并且帮助降低在灯工作过程中的钠损失。氧化锆据信控制晶粒的生长。虽然该机理不是完全清楚，但是氧化镥的存在可以起到清除氧化镁的作用，从而导致在烧制过程中从陶瓷体中释放出过量的氧化镁，这样保持了用于控制钠损失的适当的量。
以这种方式生产的高透光率陶瓷电弧管表现出比常规的多晶氧化铝电弧管提高的光学透射率。用该高透光率陶瓷放电管制作的陶瓷HPS灯具有优于这些常规的多晶氧化铝灯的透光度。具体的，在该多晶氧化铝陶瓷体中存在的氧化镥，以及相组合的氧化锆和氧化镁，为该陶瓷体提供了对于来自标准光源的光高的透射率，该透射率是在所述光谱的可见光范围中的全部波长进行测量的。通常，由该示例性陶瓷组合物所形成的管状陶瓷体的总透射可以是大约98％或者更高，与之对比，由仅仅用氧化镁掺杂的常规氧化铝所形成的管的透射是大约96.5％。该示例性陶瓷体可以具有这样的透射率，该透射率至少比由没有氧化镥所形成的相当的陶瓷体高出大约0.1％。这种透射率的提高对于用该示例性陶瓷体所形成的灯的总效率(流明/瓦特)具有明显的益处。
不打算限制本发明的范围，下面的实施例示范了示例性的组成。实施例
将获自Baikowski含有0.042wt％氧化镁的超高纯度的氧化铝粉末(99.98％氧化铝)用含有锆和镥的氧氯化物的水溶液进行掺杂。对照样品是类似来形成的，a)没有镥和b)没有镥和锆。将该掺杂的混合物与含有纤维素醚和油酸的粘合剂进行合并，并且使用螺杆挤出机挤出来形成生坯陶瓷管。将该放电管在1840℃在潮湿的氢气氛中进行烧结。该管的壁厚是大约0.75mm。
初始混合物中陶瓷形成性成分的组成如下(在每种情况中，平衡量是该超高纯度氧化铝)：A：MgO 420ppm，ZrO2 400ppm，Lu2O3 25ppmB：MgO 420ppm，ZrO2 400ppm，Lu2O3 50ppmC：MgO 420ppm，ZrO2 400ppmD：MgO 630ppm
图4表示了透射结果(值1是根据单独的光源)，其获自四种类型A-D每个的管。该结果以框图的形式来表示，其是用积分球分光光度计中的光源来测量的。所述的框表示了在10个样品管平均值周围的变化范围。从图4中可见，两种具有氧化镥的组合物A和B的总透射率明显高于不具有氧化镥的组合物C和D。50ppm氧化镥的样品B没有比具有25ppm氧化镥的样品A稍微更大的光透射率，这表明更高量可能不产生透射率进一步的提高，特别是在透射率水平已经非常高的情况中。
该烧制管的氧化铝晶粒的平均(平均)晶粒尺寸是大约30-37微米。晶粒尺寸是在电子显微镜所拍摄的图片上通过截线法来测量的。具有Mg/Zr/Lu的样品都具有类似于Mg/Zr样品的平均晶粒尺寸，但是比单独Mg样品的平均晶粒尺寸稍高。
本发明已经参考优选的实施方案进行了描述。很显然，对其他人来说，通过阅读和理解前述的详细说明，能够想到进行改进和变化。本发明的目的被解释为包括全部这样的改进和变化。

Claims (21)

1.多晶体，包含氧化铝、氧化镁、氧化锆和氧化镥，其中氧化镥的存在量是该陶瓷体重量的至少10ppm，并且氧化镁和氧化锆是以0.5∶1-3∶1的摩尔比存在的。
2.权利要求1的多晶体，其中以每百万份该陶瓷体重量的份数来表示，所述氧化物的存在量如下：
氧化镁至少100ppm；
氧化锆至少100ppm；和
氧化镥至少10ppm。
3.权利要求1的多晶体，其中氧化镁与氧化锆的摩尔比是1∶1到2∶1。
4.权利要求1的多晶体，其中氧化镁与氧化镥的摩尔比至少是5∶1。
5.权利要求1的多晶体，其中氧化镁的存在量高到250ppm。
6.权利要求1的多晶体，其中氧化锆的存在量高到630ppm。
7.权利要求1的多晶体，其中氧化镥的存在量高到120ppm。
8.权利要求1的多晶体，其中该陶瓷体基本上没有碱金属和碱土金属的氧化物。
9.权利要求1的多晶体，其中该多晶体是半透明的。
10.包含放电管的灯，该放电管包括权利要求1的陶瓷体，该放电管界定出密封室，在其中布置有包含钠和任选的汞的填充物。
11.权利要求10的灯，其中该填充物进一步包括起始气体。
12.权利要求10的灯，其进一步包括延伸到所述室中的电极。
13.形成多晶氧化铝体的方法，其包含：
形成陶瓷形成性成分和有机粘合剂的混合物，所述陶瓷形成性成分包括颗粒氧化铝和添加剂，所述添加剂以它们的氧化物在每百万重量份的总陶瓷形成性成分中的份数来表示如下：
氧化镁至少150ppm；
氧化锆至少100ppm；和
氧化镥至少10ppm；
由该混合物来形成成形体；
烧结该成形体来形成多晶氧化铝体。
14.权利要求13的方法，其中氧化镁至少是200ppm。
15.权利要求13的方法，其中氧化锆至少是250ppm。
16.权利要求13的方法，其中氧化镥至少是20ppm。
17.权利要求13的方法，其中该混合物基本上没有碱金属和碱土金属及其化合物。
18.权利要求13的方法，其中所述添加剂包括锆和镥的盐。
19.形成放电管的方法，其包含：
根据权利要求13的方法来形成陶瓷体，和
将填充物密封到该陶瓷体的室内，该填充物包括钠和任选的下面二者中的至少一种：汞和起始气体。
20.权利要求19的方法，其进一步包括对电极进行布置，以使得其延伸到所述室内。
21.多晶体，其包含氧化铝、氧化镁和氧化镥，这些氧化物以下面的量存在，以每百万重量份该陶瓷体中的份数来表示如下：
100-250ppm氧化镁，
100-630ppm氧化锆，和
10ppm-120ppm氧化镥。
CN2008800160747A 2007-05-14 2008-04-04 半透明的多晶氧化铝陶瓷 Pending CN101918339A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/803,290 2007-05-14
US11/803,290 US7678725B2 (en) 2007-05-14 2007-05-14 Translucent polycrystalline alumina ceramic
PCT/US2008/059368 WO2008144117A2 (en) 2007-05-14 2008-04-04 Translucent polycrystalline alumina ceramic

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101918339A true CN101918339A (zh) 2010-12-15

Family

ID=39400426

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008800160747A Pending CN101918339A (zh) 2007-05-14 2008-04-04 半透明的多晶氧化铝陶瓷

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7678725B2 (zh)
CN (1) CN101918339A (zh)
DE (1) DE112008001204T5 (zh)
WO (1) WO2008144117A2 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8278233B2 (en) * 2009-09-09 2012-10-02 Ngk Insulators, Ltd. Translucent polycrystalline sintered body, method for producing the same, and arc tube for high-intensity discharge lamp
US20130106281A1 (en) * 2010-07-09 2013-05-02 Osram Ag High-pressure discharge lamp
US20120306365A1 (en) * 2011-06-06 2012-12-06 General Electric Company Polycrystalline transluscent alumina for high intensity discharge lamps
US9287106B1 (en) 2014-11-10 2016-03-15 Corning Incorporated Translucent alumina filaments and tape cast methods for making

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1141271A (zh) * 1995-06-16 1997-01-29 奥斯兰姆施尔凡尼亚公司 半透明多晶氧化铝及其制备方法
CN1633399A (zh) * 2002-01-04 2005-06-29 皇家飞利浦电子股份有限公司 烧结体和电灯

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3026210A (en) 1961-01-03 1962-03-20 Gen Electric Transparent alumina and method of preparation
US3588573A (en) 1967-12-29 1971-06-28 Westinghouse Electric Corp Alumina-rare earth oxide ceramic to metal seals for containing high temperature vapors
GB1252851A (zh) 1969-08-27 1971-11-10
US3905845A (en) 1969-08-27 1975-09-16 Ngk Insulators Ltd Translucent alumina containing magnesia yttria and lanthium oxide
GB1595518A (en) 1977-03-11 1981-08-12 Gen Electric Polycrystalline alumina material
JPS6022670B2 (ja) 1978-05-12 1985-06-03 日本碍子株式会社 多結晶透明アルミナ及びその製造法ならびに高圧蒸気放射灯用発光管
US4285732A (en) 1980-03-11 1981-08-25 General Electric Company Alumina ceramic
JPS6048466B2 (ja) 1980-05-15 1985-10-28 日本碍子株式会社 多結晶透明アルミナ焼結体の製造法
EP0134277B2 (de) * 1983-08-26 1991-11-13 Hoechst CeramTec Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von polykristallinen, transluzenten Sinterrohren
US4633137A (en) * 1984-10-31 1986-12-30 General Electric Company Glaze polished polycrystalline alumina material
NL8502457A (nl) 1985-09-09 1987-04-01 Philips Nv Gasdicht gesinterd translucent aluminiumoxyde.
US4762655A (en) 1985-11-27 1988-08-09 Gte Laboratories Incorporated Method of sintering translucent alumina
US4797238A (en) 1985-11-27 1989-01-10 Gte Laboratories Incorporated Rapid-sintering of alumina
US4948538A (en) 1988-10-11 1990-08-14 Gte Laboratories Incorporated Method of making translucent alumina articles
DE69303414T2 (de) 1992-04-22 1997-01-23 Sumitomo Chemical Co Polykristalliner, lichtdurchlässiger Aluminiumoxidkörper und Verfahren zu seiner Herstellung
DE69329046T2 (de) 1992-09-08 2001-03-29 Koninkl Philips Electronics Nv Hochdruckentladungslampe
US5426343A (en) 1992-09-16 1995-06-20 Gte Products Corporation Sealing members for alumina arc tubes and method of making the same
EP0657399B1 (en) 1993-12-10 1997-07-16 Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH High-pressure discharge lamp having a ceramic discharge vessel, sintered body suitable therefor, and methods for producing the said sintered body
US5376606A (en) 1993-12-30 1994-12-27 Korea Institute Of Science And Technology Light-transmissive polycrystalline alumina ceramics
ES2113739T3 (es) 1994-04-13 1998-05-01 Philips Electronics Nv Lampara de haluro de metal.
DE69501248T2 (de) 1994-04-13 1998-06-10 Philips Electronics Nv Hochdruckmetallhalogenidentladungslampe
US5631201A (en) 1996-07-29 1997-05-20 Osram Sylvania Inc. Translucent polycrystalline alumina and method of making same
US5682082A (en) 1996-07-29 1997-10-28 Osram Sylvania Inc. Translucent polycrystalline alumina and method of making same
CA2255983C (en) 1997-12-16 2007-10-23 Konoshima Chemical Co., Ltd. A corrosion resistant ceramic and a production method thereof
JP2002012471A (ja) 2000-06-28 2002-01-15 Kyocera Corp 透光性アルミナ多結晶体およびその製造方法
US6906475B2 (en) * 2000-07-07 2005-06-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Fluorescent lamp and high intensity discharge lamp with improved luminous efficiency
US6639362B1 (en) 2000-11-06 2003-10-28 General Electric Company High pressure discharge lamp
WO2002071442A1 (en) 2000-11-06 2002-09-12 General Electric Company Ceramic discharge chamber for a discharge lamp and methods of making it
US6741033B2 (en) 2001-03-20 2004-05-25 General Electric Company High transmittance alumina for ceramic metal halide lamps
US6648638B2 (en) 2001-12-28 2003-11-18 3M Innovative Properties Company Orthodontic appliances including polycrystalline alumina-based ceramic material, kits, and methods
US6878456B2 (en) 2001-12-28 2005-04-12 3M Innovative Properties Co. Polycrystalline translucent alumina-based ceramic material, uses, and methods
WO2004007398A1 (en) 2002-07-10 2004-01-22 Koninklijke Philips Electronics N.V. Transparent ploycrystalline aluminium oxide
EP1532082A1 (en) 2002-07-10 2005-05-25 Koninklijke Philips Electronics N.V. Transparent polycrystalline aluminium oxide
US20060100088A1 (en) 2004-11-09 2006-05-11 General Electric Company Transparent multi-cation ceramic and method of making
US7268495B2 (en) 2005-01-21 2007-09-11 General Electric Company Ceramic metal halide lamp
US7247591B2 (en) * 2005-05-26 2007-07-24 Osram Sylvania Inc. Translucent PCA ceramic, ceramic discharge vessel, and method of making

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1141271A (zh) * 1995-06-16 1997-01-29 奥斯兰姆施尔凡尼亚公司 半透明多晶氧化铝及其制备方法
CN1633399A (zh) * 2002-01-04 2005-06-29 皇家飞利浦电子股份有限公司 烧结体和电灯

Also Published As

Publication number Publication date
DE112008001204T5 (de) 2010-04-22
US20080284338A1 (en) 2008-11-20
WO2008144117A3 (en) 2010-06-03
WO2008144117A9 (en) 2010-07-29
WO2008144117A2 (en) 2008-11-27
US7678725B2 (en) 2010-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101855186A (zh) 半透明的多晶氧化铝陶瓷
EP0657399B1 (en) High-pressure discharge lamp having a ceramic discharge vessel, sintered body suitable therefor, and methods for producing the said sintered body
US6844285B1 (en) Transparent polycrystalline yttrium aluminum garnet
JP4262968B2 (ja) セラミックメタルハライドランプ
EP2229687B1 (en) Metal halide lamp including a source of available oxygen
JP2008529220A (ja) セラミックハロゲン化金属ランプ
US20080108496A1 (en) Composition Used to Make a Transparent Ceramic Material and Method of Manufacturing the Same
JP4421672B2 (ja) 蛍光ランプ及びその製造方法、並びに照明装置
CN101918339A (zh) 半透明的多晶氧化铝陶瓷
US6741033B2 (en) High transmittance alumina for ceramic metal halide lamps
EP0667322B1 (en) Light-permeable ceramic material and method of manufacturing the same
US8207674B2 (en) Dose composition suitable for low wattage ceramic metal halide lamp
JP4783560B2 (ja) 窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法
US7897098B2 (en) High total transmittance alumina discharge vessels having submicron grain size
US5780377A (en) Light-transmissive ceramics and method of manufacturing same
US7884550B2 (en) Arc tube composed of yttrium aluminum garnet ceramic material
US6796869B1 (en) Ceramic arc tube by annealing
JP2002203513A (ja) 高圧放電ランプ
JP3340024B2 (ja) 放電灯用発光管に用いる透光管の製造方法
US20120306365A1 (en) Polycrystalline transluscent alumina for high intensity discharge lamps
JP3225963B2 (ja) 発光管の封止部構造
JPH11147757A (ja) 透光性セラミックス、透光性セラミックスからなる発光管、その発光管を用いた高圧放電灯、及び透光性セラミックスの製造方法
Kappen Status quo of ceramic material for metal halide discharge lamps
Kappen Ceramic metal halide lamps; a world of lighting
JP2004315313A (ja) アルミナ発光管の製造方法およびその製造方法により製造したアルミナ発光管

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20101215