CN103155094B - 用于高压放电灯的陶瓷套管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种陶瓷套管，特别是一种完整的电极，它由一种含有Al2O3或Dy2Al5O12成分的LaB6合成物制成。因此能够在用于陶瓷放电容器时达到较好的密封性。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于高压放电灯的陶瓷套管。
背景技术
由WO2010/069678中公知一种陶瓷电极，其被构造成层，并且由LaB6(六硼化镧)或CeB6(六硼化铈)制成。这种层电极是通过干印、注塑流程或者多层技术制成的。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于高压放电灯的陶瓷套管，其具有非常适合陶瓷放电容器的热膨胀系数，并且因此改善密封性。
根据本发明的新式的陶瓷套管是一种类似于公知的金属陶瓷的钉状体。然而，一般的金属陶瓷是由Mo-Al2O3的混合物构成的，而现在为了适应陶瓷放电容器使用的是由LaB6和Al2O3构成的混合物，特别是PCA构成的混合物。这种混合物形成一种导电的、足以承载电流的套管。
根据现有技术，对于高压放电灯的放电容器，例如通过低压喷射相应的模型制造出陶瓷的空心体。两个这样制成的半封装体被彼此生焊在一起，并且然后气密地烧结。在定量填充放电容器中以后，由套管和电极组成的电极系统利用玻璃焊剂融入放电容器的毛细管中。套管通常由铌-钉状体构成，其上焊接着热膨胀系数大约为7.3*10-6K-1的导电的Mo-Al2O3金属陶瓷(50/50体积百分比)。电极、杆体和头部是由钨制成的。
以LaB6为基础的陶瓷合成物被用作新电极材料。LaB6的逸出功为2.14eV，电阻为15μohm-cm。热膨胀系数α是6.2*10-6K-1。因此，它比纯PCA的热膨胀系数小，在这里，α＝8.3*10-6K-1。LaB6最重要的特性是与钨正好相反的，见图表1。
图表1
| 材料 | 钨 | LaB6 | ||
| 熔点 | 3600℃ | 2528K | ||
| 逸出功 | 4.55eV | 2.14eV | ||
| 导热性 | 170W/mK | 47W/mK | ||
| 热膨胀系数 | 4.7x10-6/K | 6.2x10-6/K |
然而，就由PCA或类似材料制成的放电容器而言，热膨胀系数的差别对于套管来说有点过大。因此要混入Al2O3或Dy2Al5O12，以提高热膨胀系数，并且适应PCA。这在下面称为LaB6合成物。
套管、带有套管的整个电极系统、杆体和头部的制造可以通过注塑流程实现，在这个流程中，将LaB6合成物/蜡混合物或者其他的聚合物喷射到具有套管或整个电极系统的形状的凹穴中。但是也可以通过多层技术制造。在这种情况下，从LaB6合成物/粘结剂混合物中拉出薄膜，并且冲制出相应形状的电极系统。在这两个流程中，依次进行电极系统的解除和烧结。已显示出，纯LaB6(烧结温度：1900-2100℃)的烧结过程特别缓慢，并且会留下多达20体积百分比的残余孔隙。
为了消除残余孔隙并且同时将热膨胀系数提高到陶瓷放电容器，大部分情况下是PCA，的水平，要添加粉状混合物Al2O3。向LaB6添加的Al2O3大约占5和50体积百分比。这让烧结温度(1600-1800℃)可以比纯LaB6情况下的明显低得多。此外还制造出完全密封的连接部，它显示出与高压放电灯的腐蚀性灯具填充物不会相互作用。
为了适应热膨胀系数，除了Al2O3也可以仅使用Dy2Al5O12(dysprosiumaluminat)或者使用它们的组合。它具有8.5*10-6K-1的热膨胀系数，并且同样显示出与灯具填充物不会相互作用或者腐蚀性分解。为了适应热膨胀系数，也可以同时使用Al2O3和Dy2Al5O12。
这样产生的陶瓷钉状体可以或者仅仅用作套管，或者用作由套管和杆件构成的构件，或者用作由套管、杆件和电极的头部组成的完整的电极系统。可以通过挤压其上的小铌管在外部进行导电接触。作为代替可以为LaB6合成物制成的钉状体镀镍，然后进行钎焊使其硬化，正如已公知的那样。
其中，特别是有以下优点：
-高度简化电极系统；
-使用具有低逸出功的陶瓷导电材料；
-将电极尖端的运行温度从3200K降到1800-2000K
-LaB6的导热性明显低于钨；所以传输到灯具周围的热量，特别是传输到电极套管的关键区域内的热量明显少得多；
-使套管的热膨胀系数适应陶瓷放电容器；
-套管或整个电极的材料与放电容器的材料直接兼容，在提高机械稳定性和让构造形式更紧凑的意义上来说，这让电极和放电容器之间的连接效果更好；
-使用寿命更长(至少延长20％，依据实施方式而定可延长至100％)，因为最主要的故障起因是电极套管的毛细管，而它们被构造得更加结实。
-能效更高，因为是在更低的温度下运行电极，于是热损耗更少。
根据现有技术，为高压放电灯的放电容器使用陶瓷空心体，大部分由Al2O3(PCA)制成。这些空心体大部分是通过低压喷射到相应的模型中模制而成。两个这样制成的半壳体(其上安插着毛细管)被彼此生焊在一起，并且然后气密地烧结。在引入了一种在大部分情况下含有金属卤素的填充物之后，电极系统通过玻璃焊剂融入到毛细管中。
通常电极头部是由熔点尽可能高的金属制成的。钨很合适，它有4.54eV的电极逸出功。电极尖端的温度在运行时达到大约3100K。
典型的是，将电极粘附到放电容器上。可以使用一个或者两个电极。
优选地，电极的头部具有基本上是倒圆形的、圆柱形的或者也可以是尖端逐渐变形的形状。
LaB6比钨的逸出功大约低2eV，这导致通过实验确定的、在电极尖端上的温度相比钨降低大约1300K，此时，其典型值为3100K。
这使得蒸发率和在钨的情况下差不多，但是由于导热性更低并且运行温度更低，导致热损耗明显小得多，这等同于具有更高的效率。这又导致到套管中的能量输入减少。
由于工作温度或运行温度更低，并且LaB6的热膨胀系数比钨明显高得多，非常接近Al2O3的热膨胀系数(PCA的是8.3x10-6/K)，所以有可能让灯具的构造长度明显更短，因为可以减小毛细管的长度。另一个与之相连的积极的效果导致压缩空间体积减小。
这又导致色散更小并且使用寿命更长。
一种完全不具有毛细管压缩空间的构造也是可能的，这还允许使用一种具有所有其自身优点、例如可调光性的不饱和的灯具填充物。
此外，像LaB6这样的材料作为填充物的组成成分相对于稀有碘化物是抗腐蚀的。由此进一步提高使用寿命。
于是，总的来说，因为运行温度更低使得热损耗更小、效率更高、节约电能、色散小、可靠性更高、抗腐蚀性更强。
特别是可以使用不含水银的填充物。
下面编号列举本发明的重要特征：
1.用于高压放电灯的套管，其适合利用导线将陶瓷放电容器内部的电极气密地在外部连接到放电容器上，其特征在于，所述套管是一种导电的陶瓷合成物，它由LaB6和至少一种选自组Al2O3，Dy2Al5O12，AlN，AlON和Dy2O3的第二材料混合而成。
2.根据权利要求1所述的套管，其特征在于，所述套管是钉状体。
3.根据权利要求1所述的套管，其特征在于，LaB6的成分在95和30体积百分比之间。
4.根据权利要求3所述的套管，其特征在于，LaB6的成分在80和50体积百分比之间。
5.根据权利要求1所述的套管，其特征在于，所述第二材料是Al2O3或Dy2Al5O12。
6.用于高压放电灯的电极，它与根据以上权利要求中任一项所述的套管相连。
7.根据权利要求6所述的电极，其特征在于，所述电极和套管一体化地由陶瓷合成物制成。
8.具有根据以上权利要求1至5中任一项所述的套管的高压放电灯，其中，所述放电容器由陶瓷材料制成。
9.根据权利要求8所述的高压放电灯，其特征在于，所述放电容器由PCA制成。
10.根据权利要求8所述的高压放电灯，其特征在于，所述放电容器具有管形的端部部分，其中，钉状体形式的套管或者借助玻璃焊剂或者通过直接烧结被密封。
附图说明
下面借助一个实施例更详尽地阐述本发明，附图示出：
图1示意性地示出金属卤素灯；
图2端部区域的新式的实施方式；
图3根据现有技术的纯粹的LaB6陶瓷的结构；
图4根据本发明的套管陶瓷的结构；
图5针对由LaB6和Al2O3构成的混合物的标准热膨胀系数图表；
图6针对由LaB6和Dy2Al5O12构成的混合物的标准热膨胀系数图表；
图7由LaB6合成物构成的套管；
图8用于由LaB6合成物构成的电极系统的构件；
图9由LaB6合成物构成的电极系统；
图10新式端部区域的另一个实施例。
具体实施方式
图1示出一种金属卤素灯1的实施例。它有两侧封闭的陶瓷放电容器2。该容器纵向延伸并且有两个具有密封件的端部3。在放电容器的内部有两个相互对置的电极4。密封件设计为毛细管5，其中借助玻璃焊剂19密封住套管6。套管6的端部分别从毛细管5中伸出，套管在放电侧以公知的方式与配属的电极4相连接。这些电极通过电流输送装置7和带有薄膜9的挤压体8与灯座触点10连接。触点10位于包围着放电容器的外泡壳11的端部上。
在图2中详细示出了70W灯具的端部区域。毛细管5在这里比较短(4mm)。毛细管的内直径DKI为1000μm，这样选择的目的在于，正好适合插进电极系统。套管6是陶瓷的合成物杆件15，它由LaB6和Al2O3混合而成。在外部有铌套筒18安插在其上。
玻璃焊剂19在外部安在毛细管的端部上，并且向内大约延伸到大体上填充在LaB6合成物和毛细管之间的整个中间区域的程度。
作为代替也可以将陶瓷体和合成物钉状体直接烧结在一起。这种构造很快会形成热平衡。
图3示出纯LaB6钉状体的构造。它显示出很显著的晶粒生长并且具有高多孔性。它必须在大约2000℃时烧结，并且因此几乎无法用作套管。相反地，当LaB6合成物在大约1800℃的情况下烧结大约60分钟时，LaB6合成物，即添加了20体积百分比的Al2O3的LaB6混合物，具有厚构造(图4)。
图5示出一个图表，其中给出了套管的以Al2O3为标准的热膨胀系数，该套管相比混入LabB6的混合物具有不同的Al2O3的所占成分。Al2O3所占成分越高，热膨胀系数越接近PCA，即多晶体的Al2O3。然而，由于流程工艺上的原因和充分导电能力的要求，将Al2O3所占成分提高到50体积百分比以上没有意义。作为例子示出LaB6和多种LaB6/Al2O3混合物。在那里示出的热膨胀系数是相对于PCA(PCA＝1)标准化的。其示出，通过添加Al2O3能够明显提升LaB6的热膨胀系数，并且能够接近Al2O3的热膨胀系数。
根据图6，作为代替可以向LaB6添加Dy2Al5O12作为添加物。因为Dy2Al5O12比Al2O3具有更大的热膨胀系数，更小的成分就足以接近Al2O3的热膨胀系数。当使用大约50％的LaB6和50％的Dy2Al5O12时，甚至可能正好达到Al2O3的热膨胀系数。因此，在这种应用情况下，LaB6的成分优选地为30至70％，最好是40至60％。
图7示出一种套管，它被制成为由LaB6合成物构成的钉状体。能导电的LaB6所占成分大约为70至50％，并且因此高于渗滤极限。这里可以将Al2O3所占成分选择得比较高，优选地在30至50体积百分比。
根据图8，原则上可以将电极的套管6和杆件16制成一体化地由LaB6合成物构成的构件。然后额外地安插上由W制成的头部，并且以机械方式相连接，正如已公知的那样。然而，原则上优选的是让电极尽可能地不含钨。
特别优选地可以根据图9由含Al2O3的LaB6一体化地制成将整个电极系统。因为除了套管6和杆件16，主要是头部26要承受很高的温度，所以有利地将Al2O3的成分选择得较小，即5至20体积百分比。
特别有利的是，根据图10，构造成代替整个电极系统的钉状体30的实施方式具有恒定的直径DU和倒圆形的头部31。该钉状体30同时不仅用作电极套管，也还用作电极本身。它被直接烧结到放电容器端部上的毛细管32中。原则上也可以借助玻璃焊剂将其密封到毛细管中。该钉状体30的最外面的端部上具有平整部33，铌套筒34抵压在其上。这种解决方案的特征在于，毛细管的构造高度特别低，因为钉状体30可在热方面良好地卸载。
在此所示的套管或电极系统特别良好地适用于由Al2O3(特别是PCA)构成的放电容器。这种新式的套管也能够用于由其他的材料例如AlN，AlON或Dy2O3构成的放电容器。在此推荐使用由LaB6/AlN，LaB6/AlON或LaB6/Dy2O3构成的混合物。特别是可导电的LaB6的成分在此总是高于渗滤极限(Perkolationsgrenze)。
Claims (10)
1.一种用于高压放电灯的套管，所述套管适合利用导线将陶瓷放电容器内部的电极气密地在外部连接到所述放电容器上，其特征在于，所述套管是导电的陶瓷合成物，所述陶瓷合成物由LaB6和至少一种包括Dy2Al5O12的第二材料混合而成，其中所述放电容器纵向延伸并且带有具有设计为毛细管的密封件的端部，并且所述套管的套管端部分别从所述毛细管中伸出。
2.根据权利要求1所述的套管，其特征在于，所述套管是钉状体。
3.根据权利要求1所述的套管，其特征在于，LaB6的成分在95和30体积百分比之间。
4.根据权利要求3所述的套管，其特征在于，LaB6的成分在80和50体积百分比之间。
5.根据权利要求1所述的套管，其特征在于，所述第二材料是Dy2Al5O12。
6.一种用于高压放电灯的电极，所述电极与根据上述权利要求中任一项所述的套管相连。
7.根据权利要求6所述的电极，其特征在于，所述电极和所述套管一体化地由所述陶瓷合成物制成。
8.一种具有根据上述权利要求1至5中任一项所述的套管的高压放电灯，其中，所述放电容器由陶瓷材料制成。
9.根据权利要求8所述的高压放电灯，其特征在于，所述放电容器由PCA制成。
10.根据权利要求8所述的高压放电灯，其特征在于，所述放电容器具有管形的端部部分，其中，钉状体形式的套管或者借助玻璃焊剂或者通过直接烧结被密封。
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