CN104641446A - 用于无隙cmh灯的质量减少的端部插塞 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种CMH灯和制作CMH灯的方法。所述CMH灯包括容纳至少一个端部插塞的灯主体。所述端部插塞由金属陶瓷材料的核心和陶瓷材料的外层构造，所述核心容纳在所述外层内。电极放置在所述金属陶瓷材料中。热的应用使得所述金属陶瓷材料收缩并且消除所述灯与所述金属陶瓷材料之间的空隙。所述灯、所述核心和所述外层的共烧结提供密闭密封件，而无需使用例如密封熔块。围绕所述金属陶瓷材料烧结所述陶瓷材料也可用于改善所述灯的光输出和光度性能。在所述端部插塞中形成一个或多个开口或凹部也可提供性能改善。

Description

用于无隙CMH灯的质量减少的端部插塞

关于由联邦政府赞助的研究的声明

本申请案要求2012年9月12日提交的第61/700,006号美国临时专利申请案的权益，该申请案为所有目的以引用方式并入本说明书中。

技术领域

本发明的主题大体涉及无隙陶瓷金属卤化物灯。

背景技术

陶瓷金属卤化物(CMH)灯(有时称作陶瓷放电金属卤化物灯)大体包括由陶瓷材料如烧结氧化铝构造的管或灯主体，所述管或灯主体形成一剂(例如)汞、氩和卤化盐被引入其中的腔室。电极定位在管的端部，通电时，将引起灯发光。依靠卤化盐的混合物，发出的光可非常类似自然日光。另外，在同等光输出的情况下，CMH灯可比传统的白炽灯泡用少得多的能量。而且，与由熔凝石英构造的灯不同，氧化铝不易受到管内部的金属离子的侵蚀。

已使用CMH灯的常规构造，例如，管具有从管主体端部延伸的腿。对于每个腿，电极从腿内延伸到管内部。尽管将电极放置成与腿接触，但是电极所具有的直径通常稍微小于腿内部。直径上的此差异会产生空隙或缝隙，一种或多种给入的材料可通过空隙或缝隙从管逸出。为了防止这种结果出现，对于每个腿，通常在腿的一端处将密封熔块引入到电极与腿之间的空隙的至少一部分中。

然而，所述构造存在挑战。即使密封了每个腿，腿靠近灯腔室的一部分仍然可能具有空隙，(例如)金属卤化盐可移动到所述空隙中。给入到管中的金属卤化盐具腐蚀性，特别是在灯灯操作的高温下。随着这些盐移动进出腿，它们最终可导致腿的腐蚀以及颜色不稳定问题。另外，盐将侵蚀密封熔块，特别是在密封熔块的温度达到例如像大约750℃的高温的情况下。一旦盐渗透到密封熔块中，给入到管主体中的盐和其他材料将逸出，并且灯将变得不能运作。

因此，CMH灯的构造没有这些缺点是有用的。这种CMH灯可构造成各种不同形状也将是有用的。CMH灯设有用于改善例如灯的光输出和光度的特征也将是有用的。形成这种CMH灯的方法也将是有益的。

发明内容

本发明提供无隙CMH灯和制作这种灯的方法。CMH灯包括容纳至少一个端部插塞的电弧管主体。端部插塞由金属陶瓷材料的核心和陶瓷材料例如像氧化铝(Al₂O₃)的外层构造，核心容纳在外层内。电极放置在金属陶瓷材料中。金属陶瓷材料与外层陶瓷材料的相对密度得到仔细控制。烧结过程用于消除金属陶瓷核心与陶瓷材料的外层之间的空隙。将插塞烧结到电弧管主体通过促进所有界面上的晶粒生长提供密闭密封件，使得可避免使用密封熔块。围绕所述金属陶瓷烧结陶瓷材料也可用于改善所述灯的光输出和光度性能。在端部插塞中形成一个或多个压痕也可提供性能改善。以下说明将部分阐明本发明的另外方面和优点，或者，这些方面和优点在说明书中可以是显而易见的，或者可通过实践本发明习得。

在一个示例性方面，本发明提供制造灯的方法。灯包括主体，所述主体具有容纳在主体中的端部插塞。所述方法包括以下步骤：提供模具，所述模具由第一模具部分构造，第一模具部分可连接到第二模具部分以便形成模具空腔，第二模具部分具有面对模具空腔的第一孔口；将心轴定位到第二模具部分的第一孔口中，其中心轴延伸到模具空腔中；环绕心轴将包含陶瓷材料的粉末引入到模具空腔中；在模具空腔中环绕心轴压缩粉末，以形成具有由陶瓷材料围绕的开口的端部插塞中间体；用第三模具部分替换模具的第二模具部分和心轴，第三模具部分限定面向模具空腔的第二孔口；穿过端部插塞中间体中的开口插入电极，并且插入到由第三模具部分限定的第二孔口中；将金属陶瓷材料放置到端部插塞中间体中的开口中；以及压缩端部插塞中间体，以进一步压紧陶瓷材料和金属陶瓷从而形成端部插塞，所述端部插塞具有由陶瓷材料的外层围绕的金属陶瓷材料的核心。

在另一个示例性方面，本发明提供制造灯的方法。所述灯包括主体，所述主体具有容纳在主体中的端部插塞。所述方法包括以下步骤：制备包含陶瓷材料的粉末；将粉末压缩成具有开口的端部插塞中间体；形成包含金属陶瓷材料的混合物；将金属陶瓷材料放置到端部插塞中间体的开口中；以及压缩端部插塞中间体以形成端部插塞，所述端部插塞具有由陶瓷材料围绕的包含金属陶瓷材料的核心。

参考以下说明和所附权利要求书可更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点。附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分，示出了本发明的各个实施例，并与具体实施方式一起解释本发明的原理。

附图说明

本说明书参考附图，针对所属领域的一般技术人员，完整且可实现地公开了本发明，包括其最佳模式，其中：

图1提供本发明的灯的示例性实施例的透视图。

图2提供图1的示例性实施例的横截面图。

图3示出本发明的示例性插塞的透视图。

图4示出图1中的灯的主体或灯泡的示例性实施例的横截面图，其中示出示例性给料管。

图5提供本发明的灯的另一个示例性实施例的透视图。

图6是本发明的端部插塞的另一个示例性实施例的透视图。

图7提供本发明的灯的另一个示例性实施例的透视图。

图8-12是本发明的端部插塞的另外的示例性实施例的透视图。

图13是本发明的插塞的示例性实施例的横截面图。

图14和图15是用于示出本发明的示例性方法的示例性模具的横截面图。

图16是示出本发明的另一种示例性方法的透视图。

图17和图18提供示出具有沙漏形状的在烧结状态中的示例性金属陶瓷的外观的透视图。

图19、图20和图21是示出本发明的示例性插塞中的示例性压痕的透视图。

图22和图23是示出示例性“盲孔”实施例的透视图。

图24和图25是示例性插塞限位器的透视图。

图26-37是示出本发明的示例性端部插塞的横截面图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的各项实施例，附图中图示了本发明实施例的一个或多个实例。每个实例均以解释本发明而非限制本发明的方式提供。事实上，所属领域的技术人员容易了解，在不脱离本发明的范围或精神的前提下，可以对本发明做出不同修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分进行说明或描述的特征可用于其他实施例中，从而得到另一个实施例。因此，本发明意图涵盖所附权利要求书及其等效物的范围内的此类修改和变化。

图1示出本发明的灯100的示例性实施例的透视图，而图2提供灯100的横截面图。灯100包括限定腔室120的主体102，各种材料例如像汞、金属卤盐和惰性气体已加入到腔室120中。主体102还限定一对开口122和124，所述一对开口122和124沿轴向方向A彼此间隔开并且定位在腔室120的相反侧上，如在图4中提供的主体102的横截面图中最方便看到。主体102可由陶瓷材料例如氧化铝构造，陶瓷材料一经烧结便会变得半透明或透明，使得光可从腔室120发出。

一对插塞112和114分别插入到主体102的开口122和124中。对于灯100的这个示例性实施例，开口122和124由腿104和106提供，腿104和106连接到主体102并且延伸远离腔室120。插塞112包括定位在环形外层126内的核心130。更具体地，对于这个示例性实施例，环形外层126定位在核心130的径向外侧(由箭头R表示的径向方向)。举例来说，环形外层126可由例如氧化铝或其他陶瓷材料构造。尽管示出为圆形或环形，但是外层126也可构造成其他形状。

核心130可由例如金属陶瓷(即陶瓷材料和导电材料的混合物)构造。例如，核心130可由氧化铝和钼的混合物构造，也可以使用其他组合物。插塞114、包括核心132和环形外层128以类似方式来构造。

一对电极108和110定位在核心130和132中。电极108和110各自分别包括延伸到腔室120中的尖端116和118。各种材料和构造可用于电极。例如，每个电极108和110可以是如图所示的单个引线，或者可包裹在由另一引线形成的线圈内。电极108和110可由以下材料构造，例如像钨、与钼段焊接在一起的钨、钼，或具有金属陶瓷段的钨。

每个电极108和110沿径向方向R具有电极直径。每个核心130和132沿径向方向R也具有核心直径。在本发明的一个示例性实施例中，核心直径小于大约10倍电极直径。也可使用其他比例。

如前所述，在构造期间，将插塞112和114插入到开口122和124中。插塞112和114各自可设有特征来准确控制插塞112和114分别延伸到腿104和106中以封闭开口122和124的量。参考图3、图24和图25并使用例如插塞112，插塞112包括定位在远端174处的多个限位器134。限位器134从插塞径向向外延伸并且超出外壁156。限位器134沿圆周方向C还是不连续的(图24)，意味着它们不完全环绕插塞112的圆周延伸。每个限位器134还包括有角度的表面136，即不平行于轴向方向A的表面。当将插塞112插入到开口122中时，限位器134最终接触外边缘142，从而防止插塞112沿轴向方向A进一步移动。插塞114设有类似的用于接触外边缘144的限位器134。

图24和图25识别插塞112和114所使用的限位器134的另外的独特特征或参数。这些参数也可用于进一步限定本发明的示例性插塞。实验确定，在使用这些参数制造本说明书中所描述的插塞和限位器时，这些参数允许灯正常运作。

方程1   IL＝Ah–Sh

方程2   IL≥1.2mm

方程3   0>SI<1/2*(Ad)

方程4   0<Sw<Ad

方程5   0<Sa<180

参考图24和图25，IL是插塞插入到电弧管主体102中的插入长度。由方程2定义，此插入长度IL应具有正值。如果IL的值低于大约1.2mm，烧结后，灯可能不是密闭的。方程1给出了此IL与插塞总高度(Ah)和限位器高度(Sh)之间的关系。图24和图25以及方程3中的SI是限位器的突起。SI应遵守方程3中描述的不等式，其中Ad是插塞直径。

可用于限定本发明的示例性插塞所使用的限位器的另外两个参数是限位器宽度Sw和限位器角度Sa。这些参数由方程4和方程5来约束。如本发明的示例性插塞所使用，限位器限定有助于获得良好密闭性的插入长度，并且上述方程限定此特征的有效范围。在本发明的一个示例性实施例中，限位器如限位器112具有以下值：SI＝1.1mm，Ad＝5.2mm，Sw＝2.1mm，Ah＝3.76mm，Sh＝1.3mm，并且Sa＝45度。这些值的变化是可能的，尤其是在这些变化满足方程1到方程5中描述的不等式的情况下。

应注意，插塞112和114不限于核心130和132沿轴向方向完全延伸穿过的构造。例如，可提供以下插塞，其中核心仅部分地延伸穿过插塞，并且没有圆柱形状。如图6所示使用例如插塞112，核心130可沿轴向方向A仅部分地延伸并且具有圆锥形轮廓157。

在构造期间，使灯100在受控气氛中经受高温。更具体地，如本发明书所使用，烧结是指其中在存在特别选择的气体例如像氢气的情况下将部件加热到高温(例如，大约1850℃)的过程。烧结将导致(例如)用于制造例如插塞112和114的各种粒子之间的晶粒生长。它还将导致(例如)核心130和132沿所有径向方向R收缩，以形成环绕电极108和110的密闭密封件，并且消除或防止可导致灯故障的空隙或缝隙。另外，在此类条件下，将发生共烧结。例如，核心130和132可与环形外层126和128共烧结，环形外层126和128又可与灯电弧管102的腿104和106共烧结。在这种共烧结中，这些部件之间的扩散提供晶粒生长，从而也帮助形成密闭密封件，密闭密封件将保存给入到腔室120中的材料同时最小化或消除空隙和其他缝隙。

另外，对于某些示例性实施例，插塞112和114的外层126和128由氧化铝构造。在烧结期间，这些材料将变得透明或半透明，以便为灯100提供某些有利特性。例如，与由不透明材料构造的插塞不同，插塞112和114将允许光通过，从而增加灯100的光输出。另外，通过允许更多能量以光的形式逸散，提供了热益处，因为必须从灯100消散的热量更少了。对于这个示例性实施例，提供小于外层直径的金属陶瓷直径提供允许更多能量以光的形式逸散的独特优点。

图4提供图1和图2中所示的灯100所使用的具有腿104和106的示例性电弧管主体102的横截面图。因为如前所述，开口122和124被塞住并密闭性密封，所以主体102设有给料管138。给料管138限定路径140，可通过路径140将一种或多种材料引入到腔室120中。在适当地对腔室120进行给料后，可将给料管138密封，然后通过(例如)切割并用等离子体焰炬密封来移除给料管138。也可以使用其他技术。

虽然电弧管主体102可使用各种形状，但是图4中所示的形状和尺寸对于灯100的制造和光传输特别有效。举例来说，对于主体102的这个示例性实施例，给料管138的直径A为大约1.6mm，给料管138的内直径B为大约0.6mm，给料管138的长度C为大约25.5mm，半径D为大约0.5mm，半径E为大约4.2mm，半径F为大约5mm，腿104的外部笔直部分的长度G为大约2.62mm，腿104的内部笔直部分的长度H为大约3.16mm，半径J为大约0.5mm，半径K为大约0.75mm，尺寸L为大约8.11mm，通向管138的入口处的直径M为大约8.4mm，长度P为大约1mm，并且腿ID等于4mm。总长度R为大约16mm。其他尺寸可用于本发明的其他示例性实施例中。

表I针对三种不同的灯瓦特数提供如图4中所定义的示例性尺寸。

表I：参考图4的参数的范围(单位为mm)

图5示出灯100的另一个示例性实施例，灯100具有与图1和图2中所示的实施例不同的形状。如图所示，主体102沿轴向方向A是圆柱形并且没有腿。这种圆柱形状具有易于制造的优点。例如，插塞112的外壁156与主体102的内壁158直接接触。灯100的构造以其他方式类似于图1和图2中所示的实施例，其中同样的参考数字指示相同或类似的特征。在腔室120被给料后，密封并移除给料口138。也可使用与图5中所示的形状和实施例不同的其他形状和实施例。

举例来说，表II定义本发明的圆柱形实施例的相关尺寸。这个表中的半径是指圆柱形主体在口与圆柱形主体结合处的半径。其他尺寸可用于本发明的其他示例性实施例中。

表II

圆柱形	20w	39w	70w
				ID	3	5	7
OD	4.2	6.2	8.2
				弧隙	5.9	3.5	2.5
插塞长度	2.6	2.6	2.6
				半径	1度	1度	1度

本发明不限于在主体102的每一端中具有由核心和外层构造的插塞的灯100。例如，现在参考图7，示出灯100的另一个示例性实施例。如前所述，插塞114定位在主体102的一端处、具有环形外层128和核心132。然而，与插塞114相对，灯100包括具有延伸腿104的常规注塑成型部件152。穿过注塑成型部件152提供孔或通路105来容纳电极，孔或通路105之后使用密封熔块以(例如)常规方式来密封。还应注意，对于这个示例性实施例，电极146不完全延伸穿过插塞114，这被称为盲孔概念，如图22和图23中进一步定义。替代地，电极146部分地延伸穿过插塞114的一端，而导电导线148部分地延伸穿过另一端。对于这种实施例，用于核心132的材料包括(例如)允许电流从导线148流动到电极146的许多导电金属。

参考图23，根据实验，对于这个示例性实施例，已确定尺寸Hh和Hd通过以下表III中陈述的关系来定义并约束盲孔概念。

表III

方程6	Hd≥电极柄OD/1.014
		方程7	Hh>1.5x Hd
方程8	Hh<0.5*Ch

方程6定义这个盲孔的深度，深度应小于馈通直径以便确保压配合。如由方程7所定义，盲孔的高度Hh应大于盲孔的直径Hd。最后，如由方程8所定义，Hh应小于插塞的金属陶瓷段的高度Ch。举例来说，在一个示例性实施例中，Hd为大约0.644mm，Hh为大约0.97mm，并且Ch为大约3.5mm。

如图8到图12所示，各种不同的配置可用于插塞的限位器和核心。参考图8并使用例如插塞112，示出具有有角度的表面136的三个限位器134在远端174处。提供开口154来容纳形成核心的材料。在垂直于轴向方向A的平面中，开口154具有多边形形状(例如，星形)，多边形形状将提供具有类似形状的核心。图9提供插塞122的另一个示例性实施例，但是开口154及其将包含的所得核心具有不同的多边形形状。如图10中所示，提供开口154的圆形形状。然而，这个示例性插塞仅使用单个限位器134。图11示出另一个示例性插塞112，插塞112具有多个限位器和用于容纳金属陶瓷核心的圆形开口154。对于这些实施例中的每一个，方程6、7和8可约束这些限位器特征的尺寸。

对于前述实施例，已示出每个插塞的核心为相对匀质的材料。例如，核心可由使整个核心具有相对统一的热膨胀系数的材料制得。然而，本发明还包括使用分级核心，例如，由具有不同热膨胀系数的多层构造的核心。例如，图12示出具有核心130的另一个示例性插塞112，电极108定位在核心130中。核心130容纳在外层126内。核心130包括两层金属陶瓷：径向内层130a和径向外层130b。层130a和130b具有不同的热膨胀系数。当在使用灯100期间核心130、外层126和主体102被加热时，图12中所示的构造可在最小化热膨胀效应方面有效用。仅举例提供图12。例如，具有不同形状的不同数量的层也可用于核心130。

图1、图2、图4和图5中描述的具有主体102的灯100的示例性实施例利用给料口138，给料口138径向延伸离开主体102并且提供到腔室120中的路径140。举例来说，对于这些实施例，给料口138由与形成主体102的材料相同的材料构造。然而，在本发明的其他示例性实施例中，灯100可设有例如穿过插塞中的一个的给料口。

更具体地，图13提供插塞160的另一个示例性实施例，其中穿过插塞160设有用于向腔室120给料的路径170。如图所示，导线164是中空的，使得可穿过导线164将给入材料添加到腔室120中。定位在具有外表面172的外层166内的核心168由将会将电流传导至电极162的金属陶瓷构造。在又一个实施例中，导线164可设有与核心168中通向灯100的腔室120的孔或通路连接的中空路径170。也可使用用于穿过插塞160形成路径170的其他形状和构造。

图14和图15示出制造本发明的灯的示例性模具401和方法，并且更具体地，示出制作用于灯的端部插塞的示例性步骤。模具401由第一模具部分400构造，所述第一模具部分400与第二模具部分410可释放地连接，以便形成模具空腔408。第二模具部分410具有面对模具空腔408的第一孔口406。心轴404定位在第二模具部分410的第一孔口406中，并且从模具表面433延伸到模具空腔408中。

环绕心轴404将例如粉末形式的陶瓷材料放置到模具空腔408中。粉末可包含例如氧化铝。在模具空腔中环绕心轴404压缩粉末，以形成具有由陶瓷材料围绕的开口431(图15)的端部插塞中间体409(用虚线示出)。通过将第一轴402插入到模具空腔408中并且如箭头C所示按压粉末来压缩粉末。

第一轴402包括第一引导通道403，心轴404容纳在第一引导通道403中。在压缩粉末期间，心轴404在第一引导通道403内滑动。中间体端部插塞看起来可能(例如)如图16中所示的中间体端部插塞206。或者，可在第一模具部分400中提供一个或多个凹部430，以在端部插塞中形成限位器134，如例如图8到图11所示。凹部430包括有角度的表面，所述表面有助于形成插塞112和114上的有角度的表面136，并且还有助于确保恰当地将粉末压缩到凹部430中以形成限位器134。

在压缩粉末以形成端部插塞中间体409之后，用第三模具部分411替换第二模具部分410和心轴404，第三模具部分411与第一模具部分400连接，如图15所示。通过盲孔415将电极418插入到轴412中。然后，在已形成第一模具部分409的情况下，将轴412馈通桶状物400。当引导轴412穿过桶状物400时，电极418馈通端部插塞中间体409中由心轴404形成的开口431。一旦轴412的表面428接触到插塞409的表面，桶状物400和插塞409就停留在轴412上。将金属陶瓷材料放置到开口431中。金属陶瓷材料可以是例如陶瓷材料如氧化铝与导电金属例如像钼的混合物。

然后，将另一个模具部分411放置在桶状物400的顶端上。电极馈通直通通道420，直通通道420稍微大于电极直径(例如，大百分之一毫米)。在称作盲孔方法的按压过程中，也可以针对不包括电极的插塞执行这个操作。代替使用具有通道415的轴412，使用不具有通道的轴412。当引导不具有通道的轴412穿过桶状物400时，轴412将接触插塞409的表面。一旦插塞409和桶状物400停留在轴412上，就用金属陶瓷材料填充开口431。将不具有通孔的另一个模具部分411放置在桶状物400上。

然后，沿图15中的轴向方向A移动第二轴412，以将端部插塞中间体409压缩成如前所述的具有由外层围绕的核心的端部插塞。然后，通过以下方式使插塞从模具射出：将模具部分411从桶状物400移除，并且在轴向方向A上向轴412施加力直到插塞完全离开空腔408。所得插塞的核心和外层可经受热处理，以进行如前所述的共烧结。或者，将插塞可插入在灯主体中并且使组件经受热处理，以进行如前所述的核心、外层和灯主体的共烧结。

因此，举例来说，再次使用端部插塞112，图26到图37示出可用于减少材料量的插塞112的另外的示例性实施例的横截面图，所述材料否则将会被灯加热从而降低灯效。例如，图26中的插塞112在外表面184中设有绕核心130延伸的开口或凹部180。图27中示出开口180的不同形状。替代地或另外，可在插塞112的内表面186上设置具有类似形状的开口。开口的其他形状也可用于减少插塞的质量。

在图28、图29、图30、图31和图32的示例性实施例中，不同形状用于插塞112的外表面184中的开口180。另外，对于这些实施例，质量的减少不仅发生在外层126中(如图26和图27中)，而且也发生在核心130中。此外，此质量减少提供例如灯光度的改善。在本发明的一个示例性实施例中，质量的减少通过以下方式来实现：添加本说明书中所描述的开口，使得陶瓷(例如，氧化铝)量(外层中)与金属陶瓷量(核心中)的比率大于或等于大约6。用数学方法表述，(陶瓷量/金属陶瓷量)≥6。

在图33、图34、图35、图36和图37中所示的插塞112的示例性实施例中，不同形状用于插塞112的内表面186中的开口182。另外，对于这些实施例，质量的减少不仅发生在外层126中，而且也发生在核心130中。

还可减少插塞的高度Ah(图19)，以进一步减少插塞的质量并改善光度益处。在一个示例性实施例中，插塞高度的改变和质量的减少应满足以下关系：(插塞减少的质量/插塞的原质量)≥((0.8*插塞减少的高度Ah)/插塞的原高度Ah)。

返回图14和图15，可修改模具401来形成开口，例如像图26到图37中所示的开口180和182。例如，模具表面426和/或428可设有一个或多个凸起特征，以在插塞112的内表面186上形成开口182。类似地，模具表面433和/或434可设有一个或多个凸起特征，以在插塞112的外表面184上形成开口180。也可以使用其他技术。

图16示出制造本发明的灯、并且更具体地端部插塞例如像端部插塞112或114的另一种示例性方法。在步骤310中，将粉末压缩成具有开口202的端部插塞中间体200，开口202由具有外表面204的外层206围绕。粉末可由陶瓷材料例如像氧化铝制备。

接着，在步骤320中，将金属陶瓷材料放置到中间体200的开口202中。金属陶瓷材料可由例如陶瓷材料和导电金属制备。压缩端部插塞中间体200以在外层206内提供金属陶瓷核心208。然后，机加工外表面204以形成凸缘或轮缘212，当将所得插塞放置在灯主体例如像主体102中时，凸缘或轮缘212可用作例如限位器。可在核心208中形成孔209以用于容纳电极。

在步骤330中，将电极210插入到核心208中。可将电极210放置在孔209中，或者，如果没有提供孔，那么将电极210部分地插入到核心208中或完全穿过核心208。仅举例提供图14-16。使用本说明书公开的教示，所属领域的技术人员将了解，其他示例性方法可用于制造用于本发明的无隙CMH灯的插塞。例如，在将电极210插入到核心208中之前，电极210可蘸或涂覆有包含陶瓷材料或金属陶瓷的浆。还可使用其他变型。

表IV提供用于开发本发明的实施例的实验结果，其中插塞的金属陶瓷或氧化铝部分中的裂纹将得以避免。根据得到确认的共烧结氧化铝部件原理，可获得插塞与灯主体之间的密闭性。在“因子”下方，表IV列出了根据已确认的统计原理变化的参数，其中氧化铝重量以克计并且尺寸以毫米(mm)计。在“回应”下方，表IV列出了插塞的以毫米(mm)计的所有测量值。

表IV

根据此类实验的结果，发明者已发现，应使用特定条件来获得某些预期的结果，如无裂纹插塞。现在将描述这些条件。

参考图17和图18，发明者发现，使用本说明书公开的教示，插塞112的金属陶瓷核心130将形成沙漏形状。沙漏形状可被描述为具有两个不同的直径：称作Cm的中间金属陶瓷直径和称作Ce的端部金属陶瓷直径。这两个直径与“未经烧制”或“未经烧结”的金属陶瓷直径(在表I中称作尺寸D)密切相关。发明者已发现，通过遵照以下不等式可提供无裂纹插塞：

方程9 $\frac{\mathrm{Cm}}{\mathrm{Ce}}\&le;0.83$

方程10

沙漏形状为插塞112的金属陶瓷部分130提供低应力设计。如果满足以上不等式，那么可提供无裂纹插塞。举例来说，在一个示例性实施例中，Cm为0.2mm，Ce为0.34mm，并且金属陶瓷D为1.55mm。

表IV中形成的插塞考虑到插塞的烧结金属陶瓷和氧化铝段的密度有待确定。发明者已发现，外层陶瓷材料的烧结密度ρ_SOD应大于或等于金属陶瓷核心的烧结密度ρ_SCD。用数学方法表述，ρ_SOD≥ρ_SCD。在又一个实施例中，发明者已确定，以下不等式可提供无裂纹的部件：

方程11

或者，(ρ_SCD/ρ_SOD)大于或等于大约0.5但小于2。

提供满足这个不等式的部件允许插塞正常运作。另外，应注意，由这个过程形成的金属陶瓷密度显著小于仅由金属陶瓷制得的插塞的金属陶瓷密度。对于这种金属陶瓷，即经按压的金属陶瓷自身，如果氧化铝中钼的百分比是50％，那么密度将会是大约7gm/cc。在本发明的示例性实施例所描述的插塞的金属陶瓷中，金属陶瓷的密度范围通常在3gm/cc到4gm/cc。这种较低密度或较小敛集率在插塞的金属陶瓷部分与氧化铝部分之间的界面中形成较低应力，并且是使这种设计成功的重要和新颖特征。

图19、图20和图21用于示出在如本说明书所述的插塞中设置小压痕以便促成无缺陷部件的重要性。在这个图中注释的各种尺寸遵循下文描述的方程的指导，其中数值以毫米(mm)为单位。

方程12 0.01≤Ad≤100

方程13 0.01≤Cd≤100

方程14       Cd<Ad

方程15       Ch≥1/Cd

方程16  $0.0001\&le;\frac{\mathrm{Cd}}{\mathrm{Ad}}\&le;1$

方程17  $0.01\&le;\frac{\mathrm{Id}}{\mathrm{Ad}}\&le;\mathrm{Cd}$

方程18  $\mathrm{Ah}\&GreaterEqual;\frac{1}{\mathrm{Id}}$

方程19 0.1≤Ah≤1000

方程20  $I1+I2\&GreaterEqual;\frac{1}{\mathrm{Ah}}$

对于具有预期特性的插塞如插塞112，金属陶瓷直径Cd必须小于插塞直径Ad。另外，前两个不等式(方程12和13)定义允许的插塞和金属陶瓷直径的范围。第四个不等式描述应当用于制作成功的无裂纹插塞的Cd与Ad之间的关系。发明者已发现，图19中由Id、I1和I2定义的压痕对于消除馈通件的插入点处的松散粉末是有效的。不能提供此压痕可能导致插塞中更大的裂纹发生率。以上方程15-17中所描述的不等式约束此压痕的范围以及压痕与插塞的参数如Ad和Cd的关系。在本发明的一个示例性实施例中，Ad＝4mm，Cd＝1.5mm，Id＝1.5mm，Ah＝3.8mm，Ch＝2.8mm，I1＝0.5mm，并且I2＝0.5mm。

本说明书使用各个实例来公开本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的技术人员能够实践本发明，包括制造并使用任何装置或系统，以及执行所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书限定，并可包括所属领域的技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或者如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也属于权利要求书的范围。

Claims (20)

1.一种制造灯的方法，所述灯包括主体，所述主体具有容纳在所述主体中的质量减少的端部插塞，所述方法包括以下步骤：

提供模具，所述模具由第一模具部分构造，所述第一模具部分可连接到第二模具部分以形成模具空腔，所述第二模具部分具有面对所述模具空腔的第一孔口；

将心轴定位在所述第二模具部分的所述第一孔口中，所述心轴延伸到所述模具空腔中；

环绕所述心轴将包含陶瓷材料的粉末引入到所述模具空腔中；

在所述模具空腔中环绕所述心轴压缩所述粉末，以形成具有由陶瓷材料围绕的开口的端部插塞中间体；

用第三模具部分替换所述模具的所述第二模具部分和所述心轴，所述第三模具部分限定面对所述模具空腔的第二孔口；

穿过所述端部插塞中间体中的所述开口插入电极，并且插入到由所述第三模具部分限定的所述第二孔口中；

将金属陶瓷材料放置到所述端部插塞中间体中的所述开口中；以及

压缩所述端部插塞中间体，以进一步压紧所述陶瓷材料和所述金属陶瓷从而形成所述端部插塞，所述端部插塞具有由陶瓷材料的外层围绕的所述金属陶瓷材料的核心。

2.根据权利要求1所述的制造灯的方法，其中所述压缩所述粉末的步骤包括将第一轴插入到所述模具空腔中以按压所述粉末。

3.根据权利要求2所述的制造灯的方法，其中所述第一轴包括用于容纳所述心轴的第一引导通道，并且其中所述方法进一步包括：在所述压缩所述粉末的步骤中，使所述心轴在所述第一引导通道内滑动。

4.根据权利要求1所述的制造灯的方法，其中所述插入电极的步骤包括：

将第二轴定位在所述第一模具部分的所述模具空腔中，其中所述第二轴具有第二引导通道；

将携带所述电极的电极引导件延伸到所述第二引导通道中；以及

使所述第二轴接触所述端部插塞中间体；以及

向所述电极施加力，以将所述电极定位到所述端部插塞中间体中。

5.根据权利要求1所述的制造灯的方法，其中所述端部插塞具有外表面和内表面，所述方法进一步包括在所述端部插塞的所述外表面中形成一个或多个开口的步骤。

6.根据权利要求5所述的制造灯的方法，所述方法进一步包括向所述第二模具部分、所述第三模具部分或二者提供一个或多个凸起特征以用于在所述插塞的所述外表面中形成一个或多个开口的步骤。

7.根据权利要求1所述的制造灯的方法，其中所述端部插塞具有外表面和内表面，并且其中所述方法进一步包括在所述端部插塞的所述内表面中形成一个或多个开口的步骤。

8.根据权利要求1所述的制造灯的方法，其中所述压缩所述粉末的步骤包括：

提供第一轴，所述第一轴在所述第一轴的远端上具有一个或多个凸起特征；以及

将所述第一轴插入到所述模具空腔中并且与所述粉末接触，以便在所述端部插塞的所述内表面上形成一个或多个开口。

9.根据权利要求1所述的制造灯的方法，其中所述粉末包含陶瓷材料。

10.根据权利要求9所述的制造灯的方法，其中所述粉末包含氧化铝。

11.根据权利要求1所述的制造灯的方法，所述方法进一步包括将所述核心和所述外层共烧结的步骤。

12.根据权利要求1所述的制造灯的方法，所述方法进一步包括以下步骤：

为所述灯的所述主体提供开口；

将所述端部插塞定位到所述开口中；以及

将所述核心与所述外层共烧结并且将所述灯的所述主体与所述外层共烧结。

13.一种制造灯的方法，所述灯包括主体，所述主体具有容纳在所述主体中的端部插塞，所述方法包括以下步骤：

将包含陶瓷材料的粉末压缩成具有开口的端部插塞中间体；

将包含金属陶瓷材料的混合物放置到所述端部插塞中间体的所述开口中；以及

压缩所述端部插塞中间体以形成所述端部插塞，所述端部插塞具有由所述陶瓷材料围绕的包含金属陶瓷材料的核心。

14.根据权利要求13所述的制造灯的方法，所述方法进一步包括将电极插入到所述端部插塞的所述核心中的步骤。

15.根据权利要求14所述的制造灯的方法，所述方法进一步包括以下步骤：从所述端部插塞中间体或所述端部插塞的外边缘移除陶瓷材料，以便在所述端部插塞上形成凸缘。

16.根据权利要求15所述的制造灯的方法，其中仅部分地穿过所述核心插入所述电极。

17.根据权利要求13所述的制造灯的方法，其中所述端部插塞具有外表面和内表面，并且所述方法进一步包括为所述外表面提供一个或多个开口的步骤。

18.根据权利要求13所述的制造灯的方法，其中所述端部插塞具有外表面和内表面，并且所述方法进一步包括为所述内表面提供一个或多个开口的步骤。

19.根据权利要求13所述的制造灯的方法，其中所述陶瓷材料包含氧化铝。

20.根据权利要求13所述的制造灯的方法，其中所述金属陶瓷材料包含陶瓷材料和导电金属。