CN102822940A

CN102822940A - 具有包含铱丝的馈通的陶瓷金属卤化物灯

Info

Publication number: CN102822940A
Application number: CN2011800178738A
Authority: CN
Inventors: C.J.M.德尼森; G.M.卡龙; J.W.J.肖內; G.A.帕顿; J.C.M.亨德里克
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2010-04-02
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2031-03-31
Also published as: EP2553711B1; US9142396B2; EP2553711A1; CN102822940B; WO2011121565A1; JP5927676B2; US20130026914A1; JP2013524429A

Abstract

本发明涉及一种具有陶瓷放电容器的陶瓷金属卤化物灯，其特征在于该放电容器封住包括电极的放电空间，所述电极通过包含Ir线的馈通电连接到所述放电容器外的导体，所述馈通气密性地安装在所述放电容器的伸长栓中，所述伸长栓也称为vup，所述馈通包括由至少三个部分构成的电极-馈通组合，其中W或W-Re棒或者Mo或Mo合金线延伸到所述vup外用于灯头安装，所述W或W-Re或者MO或MO合金线焊接到所述Ir线。

Description

具有包含铱丝的馈通的陶瓷金属卤化物灯

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的序言的陶瓷金属卤化物灯。

背景技术

从WO2008075273可知这种灯。在已知的陶瓷放电金属卤化物（缩写为CDM）灯中，铱（Ir）用作馈通(feedthrough)线。该Ir馈通与多晶氧化铝（=PCA）外壳在高温下共烧结。在最后的烧结之后，Ir的机械属性非常差，即，易碎、低的抗拉强度。

在用于陶瓷金属卤化物灯的常规CDM灯头（burner）中，Nb（铌）馈通线从PCA凸出并且可以容易地用于以常规方式将灯头安装在灯中。然而，在所述已知概念中，由于Ir的不良机械属性，出现这样的缺点：不可能以常规方式将灯头安装在灯中。可以在将馈通线的功能分成下述功能中找到解决办法：

1、电流传导功能

2、机械安装功能。

然而，这导致的缺点是构造相对的复杂。因此，迄今为止已经尝试了通过使用常规安装方式解决在已知灯中进行安装的技术问题。此外，在已知灯中使用Ir线的方式涉及到已知灯相对昂贵的缺点。

发明内容

本发明的目的是抵制已知灯中的所述缺点的至少一个。为实现这一目的，如开篇段落中所述类型的灯由权利要求1的特征部分来表征。

所述伸长栓由陶瓷放电容器壁材料制成并且称为vup。所述vup或伸长栓以及所述馈通导体一起形成所述放电容器的气密性封闭物。通过烧结收缩获得所述Ir棒在所述伸长栓（vup）中的密封性(leak tightness)。这种馈通构造形成Ir馈通棒长度最小的抗冲击安装构造。因此，本发明克服了下面的问题或缺点：

- 在标准灯头安装（=将馈通线焊接到极线）的情况下由于易碎的Ir导致的灯的不良抗冲击性；

- 由于使用太长并且因而太贵的Ir棒，灯相对昂贵。

在本说明书和权利要求书中，标称功率这一表述等效于满功率这一表述。这些表述定义了灯被设计成工作的功率，并且按惯例所述功率在灯和/或其包装上标明。在本说明书和权利要求书中，陶瓷放电容器这一表述定义为具有由陶瓷形成的壁的放电容器。陶瓷应理解为：难熔的材料，例如诸如蓝宝石的单晶金属氧化物；气密地致密烧结的半透明金属氧化物，例如氧化铝（Al2O3）、钇铝石榴石(YAG)或氧化钇（YOX）；或者气密烧结的半透明非氧化材料，例如氮化铝（AlN）。在本说明书和权利要求书中，放电管、放电容器和灯头这些表述是等效的。

所述陶瓷放电灯的一个实施例的特征在于：所述焊点(weld)位于所述伸长栓内距离所述伸长栓的外端至少1.0mm，优选距离所述伸长栓的外端1.5-2.0mm的位置。测试表明将W-Re线互连到所述Ir线的焊点优选位于所述vup内距离所述外端至少约1.5mm的位置。测试还表明当焊点位于所述vup内约0.5mm或小于1mm的位置时，它容易发生断裂。当所述焊点位于距离所述外端1.5mm-2mm的位置时，在最大负载条件下也不发生焊点断裂。大于2.5mm的距离使得Ir棒在所述vup内的密封区域相对短，除非所述vup制作地更长，但是这涉及到灯被不期望地加长的缺点。

所述陶瓷放电灯的一个实施例的特征在于所述电流导线平焊(flush weld)到所述Ir线（例如，通过无凸起焊接）。似乎平焊避免了在烧结期间的PCA破裂，因此，抵制了灯的早期断裂以及最终的早期故障。

所述陶瓷放电层的一个实施例的特征在于所述Ir线和所述电流导线都具有各自的直径，所述Ir线的直径D_ir大于所述电流导线的直径D_cc；优选地，所述Ir线的直径比所述电流导线的直径大15%-20%。Ir的直径当前为约300-500微米（μm）。因此，对于直径与所述电流导线相差18%的300微米的Ir线，可以使用约250微米的由例如W或W-Re线制成的电流导线。

所述陶瓷放电灯的一个实施例的特征在于在烧结收缩之后所述电流导线的直径D_cc比所述伸长栓的内径D_vupi小至少10微米。这使得在所述vup的内壁和所述电流导线之间有至少5微米的缝隙。vup和电流导线之间小于约5微米的缝隙增加vup破裂的风险，vup破裂可能导致泄露的灯。

所述陶瓷放电灯的一个实施例的特征在于所述电流导线的材料选自由如下材料组成的群组：W、Mo以及掺有3-6wt%的Re和35-70ppm的K或La2O3，优选约70ppm的K和约6wt%的Re的W或Mo。使用K和Re变化的W-Re进行的实验表明，K和Re的增加导致更大的抗拉强度和伸长率。用约70ppm的K和约6wt%的Re获得了最佳结果。没有K的材料大部分太易碎，即使在Re的含量为26wt%的情况下也是如此。实验已经表明，K含量低（小于35ppm）且Re含量低（小于3wt%）的W-Re导致在相对小的重力下电流导线断裂。另外的实验表明，K含量低（35ppm）且Re含量低（3wt%)的材料具有根据本发明的馈通构造所需的最小延展性。优选使用具有更高K和/或更高Re含量的材料，因为它们具有提高的延展性。实际上，实验已经表明对于其它材料，例如具有70ppm的K、3wt%的Re的W；或者具有35ppm的K、6wt%的Re的W；或者具有70ppm的K、6wt%的Re的W，不发生断裂。可替换地，具有例如La₂O₃的氧化物和Re的W证实在退火之后是坚固的且可延展的；伸长率与具有6wt%的Re和70ppm的K的W的伸长率相当。似乎对氧化物和Re的含量没有强烈的依赖关系。优选地，所述电流导线应当无污染物，更优选至少无Al₂O₃。

所述陶瓷放电灯的一个实施例的特征在于所述电流导线是预烧结的。所述预烧结对所述导线的强度有正面影响。

所述陶瓷放电灯的一个实施例的特征在于它包括连接到所述电流导线的有源天线，该有源天线优选为烧结在所述放电管壁和所述伸长栓内的写入钨天线。在将作为导线的Ir和W或W-Re与PCA共烧结的情况下，在密封过程中，所述PCA以气密方式在Ir周围收缩但是在W或W-Re线周围留下缝隙。安装构造的这种工艺使得有机会在PCA在Ir和W或W-Re或者Mo或Mo合金棒周围收缩后，也将引入线与外部天线互相连接。在这种情况下，天线应当优选是在VUP和放电容器外侧或放电管壁内烧结的写入W天线（也称为有源PIA）。所述陶瓷放电灯的一个实施例的特征在于所述写入天线不仅在所述放电管的外侧上延伸，而且在所述伸长栓的所述外端上并且沿着所述伸长栓的内壁延伸，优选沿着所述伸长栓的内壁在约1-2mm的长度上延伸。这种构造形成其中有源天线连接到W或W-Re或者Mo或Mo合金线的抗冲击的安装构造。

所述陶瓷放电灯的一个实施例的特征在于可以在所述灯头的天线侧或两侧上应用标准密封玻璃料；优选所述玻璃料包含的金属量高达标准玻璃料中金属量的三倍。在上述情况下，如果所述安装构造万一不足够坚固或者W或W-Re或者Mo或Mo合金线与所述天线之间的接触万一不足够可靠，则可以在所述灯头的天线侧或者在两侧上应用标准密封玻璃料以改善这两个方面。标准玻璃料被证明足以互连所述天线和所述电流导线，然而，通过向该玻璃料添加更大量的金属，它的导电性能够提高。

为了进一步优化所述安装构造实施例的机械强度，所述陶瓷放电灯的特征在于：所述电极-馈通组合分成四个部分，所述电流导线包括由选自由W、Mo以及掺有3-6wt%的Re和35-70ppm的K或La2O3的W或Mo组成的群组的材料构成的第一部分，所述第一部分通过焊点连接到第二部分，所述第二部分是Mo或Nb棒，优选地所述焊点嵌入在少量玻璃料中。所述陶瓷放电灯的可替换实施例的特征在于在所述电流导线上提供Mo套(sleeve)，并且所述电流导线、Mo套和所述Mo或Nb极线焊接在一起。优选地，所述Mo套至少远离所述焊点的任一侧所述电流导线直径的至少两倍延伸，以便为所述焊接工艺产生一些工艺空间。例如，为W或W-Re线的电流导线可以直接焊接到Nb或Mo极线，然而将W-Re直接焊接到Nb极线可能容易导致形成断裂。由于Mo套在W或W-Re线上延伸，并且W或W-Re线、Mo套和Mo或Nb极线焊接在一起，获得了抵制断裂的坚固连接。

附图说明

在下面将参考示意图更详细解释本发明的上述和其它方面，在图中：

图1示出了根据本发明的安装构造的一部分的第一实施例；

图2示出了根据本发明的安装构造的一部分的第二实施例；

图3示出了根据本发明的安装构造的一部分的第三实施例；

图4示出了根据本发明的灯的第一实施例的X射线照片；

图5A-B分别示出了根据本发明的三部分馈通及其相应尺寸的示例以及密封到灯头中的所述馈通；

图6示出了Ir线的直径和电流传导线的直径之间关系的曲线图；

图7A和7B分别示出了三部分馈通和四部分馈通的构造的比较；

图8示出了根据本发明的包括Mo套的馈通构造的示例。

具体实施方式

在图1中，示出了根据本发明的安装构造1的一部分的第一实施例，该安装构造适于根据本发明的灯。该构造包括密封在由多晶氧化铝（PCA）制成的伸长栓（vup）5中的Ir棒/线3。该Ir棒通过焊点9平焊到为W或W-Re线的电流导线7，所述焊点位于距离所述vup的外端13约1.5mm的位置11。该W或W-Re线可以容易地连接到“极线”，所述“极线”是在放电容器外部延伸并且延伸到灯外部的导体（未示出）。所述Ir线和电流导线具有各自的直径D_ir和D_cc，它们略微不同，例如D_ir≈300微米且D_cc≈250微米。用于vup的生坯PCA具有约330微米的内径D_vupi，该内径在烧结之后收缩到约260-270微米。此外，在图1中示出了在所述vup的内壁17和所述电流导线之间存在约10微米的小缝隙15。

在图2中，示出了根据本发明的安装构造1的一部分的第二实施例。所述安装构造类似于图1中的安装构造，然而此处它包括在所述vup 5、所述vup的外端13和内壁17上延伸的有源天线19。通过烧结收缩，所述天线电连接到Ir线3和电流导线7二者。

图3示出了根据本发明的安装构造1的第三实施例，尤其是图2的安装构造，其中例如由掺有几个百分比的Mo金属的Al2O3、Dy2O3和SiO2构成的玻璃料21设于vup 5的外端13，并且其中电流导线7部分地嵌入在该玻璃料中。借助于该玻璃料，天线19和电流导线之间的抗冲击强度和电接触得到改善。

在图4中，示出了根据本发明的灯23的一部分的第一实施例的X射线照片。该灯包括外壳25，灯头27使用极线29（只有一条极线可见）安装在该外壳25中。所述灯头具有在灯容器33内由两个相对放置的vup 5密封的放电空间31，每个vup 5都具有各自的三部分馈通构造1。除了Xe气之外，该放电空间还包含为金属卤化物盐混合物35的填充物，所述金属卤化物盐混合物35例如为NaCe、NaPr、NaLu和NaNd碘化物或者这些盐的组合。两个相对的电极37，在图中为W电极，设置在所述放电空间中并且焊接到相应的Ir棒3。每个Ir棒密封在相应的vup中并且焊接到相应的电流导线7，在图中电流导线7由W-Re制成。每个电流导线设有相应的Mo套39，并且所述导线与Mo套一起通过极焊点41焊接到极线。图4中清楚地示出了vup内的Ir线和电流导线之间的平焊点9，该平焊点位于vup内距离vup的外端13约2mm的位置。第一坠落测试表明具有这种安装构造的灯头的抗冲击强度为约700g（灯头重约0.5g）。

在图5中，示出了根据本发明的三部分馈通/安装构造1的示例，其具有特定尺寸并且总长度为10.5±0.3mm。直径D_ir=300±10微米且长度为2±0.1mm的Ir棒3形成该馈通的中间部分并且密封灯头的vup。该Ir棒以顶端43焊接到电极37并且通过平焊点9焊接到电流导线7。该电极由W制成并且具有约200微米的直径和约3.5mm的长度。所述电流导线由掺有K的W-Re制成，直径D_cc=250±3微米且长度为5mm，以及形成所述馈通的外侧部分并且是安装灯头、极线（或安装棒）所需的。因此，这部分在灯头的加工（高温处理2100-2150K）之后必须足够坚固和可延展。图5B示出了图5A的所述馈通构造中的两个，它们彼此相对地密封到灯头27的vup 5中。

在图6中，曲线图示出了Ir线的直径D_ir和电流传导线的直径D_cc之间的关系。该关系粗略地符合公式D_cc=D_ir*0.875–12.333（单位为微米）（在图中，D_cc为y且D_ir为x）。用于根据本发明的灯的直径D_ir通常在约300-500微米（μm）的范围，导线的直径D_cc在约250-约450微米的范围。

图7A示出了包括图3的安装构造1的灯头27，即，包括用玻璃料21加固的三部分的安装构造的灯头27。图7B示出了具有四部分的安装构造1的灯头27，用于与图7A比较。在图7B中，电流导线7具有由W-Re构成并且在vup 5内焊接到Ir线3的第一部分8a，并且电流导线7在被玻璃料21覆盖和“保护”的外部焊接位置8c焊接到由Mo/Nb构成的导线的第二部分8b。图7所示的构造相对鲁棒并且使得可以将电流导线的第二部分可靠地焊接到极线。

图8示出了根据本发明的包括Mo套39的馈通构造1的一部分的示例。所述Mo套在由W-Re制成的电流导线7上滑动并且通过极焊点41与所述导线一起焊接到由Nb制成的极线29。因此，在极线和电流导线之间获得了相对坚固和鲁棒的连接。

Claims

1.具有陶瓷放电容器的陶瓷金属卤化物灯，该放电容器封住包括电极的放电空间，所述电极通过包含Ir线的馈通电连接到所述放电容器外的导体，所述馈通气密性地安装在所述放电容器的伸长栓中，该陶瓷金属卤化物灯特征在于所述馈通包括由至少三个部分构成的电极-馈通组合，所述导体是由选自由W、W-Re、Mo或Mo合金组成的群组的材料制成的电流导线并且延伸到所述伸长栓外，该电流导线通过焊点焊接到所述Ir线。

2.权利要求1所述的陶瓷放电灯，其特征在于所述焊点位于所述伸长栓内并且距离所述伸长栓的外端至少1.0mm，优选距离所述伸长栓的外端1.5-2.0mm的位置。

3.权利要求1或2所述的陶瓷放电灯，其特征在于所述电流导线通过平焊焊接到所述Ir线。

4.权利要求1或2所述的陶瓷放电灯，其特征在于所述Ir线和所述电流导线都具有各自的直径，所述Ir线的直径D_ir大于所述电流导线的直径D_cc，优选地，所述Ir线的直径比所述电流导线的直径大15%-20%。

5.权利要求4所述的陶瓷放电灯，其特征在于所述电流导线的直径比所述伸长栓的内径D_vupi小至少10微米。

6.权利要求1所述的陶瓷放电灯，其特征在于所述电流导线的材料选自由下述材料组成的群组：W、Mo以及掺有3-6wt%的Re和35-70ppm的K或La2O3，优选约70ppm的K和约6wt%的Re的W或Mo。

7.权利要求6所述的陶瓷放电灯，其特征在于所述电流导线应当无污染物，优选至少无Al₂O₃。

8.权利要求6或7所述的陶瓷放电灯，其特征在于所述电流导线是预烧结的。

9.权利要求1所述的陶瓷放电灯，其特征在于它包括连接到所述电流导线的有源天线，优选地为烧结在所述放电管壁和所述伸长栓内的写入钨天线。

10.权利要求9所述的陶瓷放电灯，其特征在于所述写入天线在所述放电管的外侧上，以及在所述伸长栓的所述外端上并且沿着所述伸长栓的内壁延伸，优选地沿着所述伸长栓的内壁在1-2mm范围的长度上延伸。

11.权利要求9或10所述的陶瓷放电灯，其特征在于可以在所述灯头的天线侧或两侧上应用标准密封玻璃料，优选地所述玻璃料包含的金属量高达标准玻璃料中金属量的三倍。

12.权利要求1所述的陶瓷放电灯，其特征在于所述电极-馈通组合由四个部分构成，所述电流导线包括由选自由W、Mo以及掺有3-6wt%的Re和35-70ppm的K或La2O3的W或Mo组成的群组的材料构成的第一部分，所述第一部分通过焊点连接到Mo或Nb棒，优选所述焊点嵌入在少量玻璃料中。

13.权利要求12所述的陶瓷放电灯，其特征在于Mo套被提供在所述电流导线上并且所述电流导线、Mo套和所述Mo或Nb极线焊接在一起。