CN1169189C

CN1169189C - 陶瓷壳组件和具有该陶瓷壳组件的灯

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Publication number: CN1169189C
Application number: CNB981156584A
Authority: CN
Inventors: S; S·朱恩斯特; ά; G·C·维; °; R·蒂波德奥; J·瑟维里安
Original assignee: Osram Sylvania Inc
Current assignee: Osram Sylvania Inc
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2018-06-29
Also published as: HUP9801470A2; US5861714A; DE69841992D1; KR19990007361A; EP0887837B1; CN1204139A; KR100538392B1; HU9801470D0; EP0887837A3; CA2230879A1; HUP9801470A3; CA2230879C; EP0887837A2; CZ160098A3; JPH1173920A; HU221366B1

Abstract

本发明涉及新型的穿通线-端塞组件，它用于使用多晶氧化铝(PCA)壳的金属卤化物高强度放电灯中。这灯壳体的结构包括PCA壳和特殊设计的轴向分层的氧化铝-金属金属陶瓷多层结构，以便消除由于热膨胀失配引起的热应力造成的金属陶瓷或PCA的破裂。充填物是金属卤化物，例如Na-Sc-I、稀土卤化物、Hg、Sn和惰性气体。PCA壳和直接密封的金属陶瓷-穿通线组件使得金属卤化物灯能以更好的流明输出、色温和彩色再现指数工作在高壁温下。

Description

陶瓷壳组件和具有该陶瓷壳组件的灯

技术领域

本发明涉及陶瓷壳组件，涉及有这种器件的灯，并且更优先地涉及有多晶氧化铝壳的金属卤化物灯，此壳的端部以陶瓷类端塞所封闭。更准确地说，本发明针对有至少一个金属陶瓷端塞的器件，此金属陶瓷端塞有热膨胀系数逐渐改变的多个零件或多个圈或多层。此外，它涉及这种金属陶瓷端塞本身和制造这种金属陶瓷端塞的方法。

背景技术

打算使金属卤化物高强度放电灯(HID)在高壁温下工作，以便改进其效率，改变色温，和/或提高光源的彩色再现指数。通常，金属卤化物灯包括由一种或多种金属例如钠(Na)的卤化物(特别是碘化物和溴化物)的充填物。Na经常与钪(Sc)或锡(Sn)结合起来使用。还会加入钍(Th)，铊(Tl)，铟(In)和锂(Li)。其它类型的充填物包括稀土金属，例如铥(Tm)，钬(Ho)和镝(Dy)。含有这种充填物的灯具备十分希望有的光谱特性：功效高于1001m/W，色温大约3700K，和彩色再现指数(CRI)大约85。因为某些金属卤化物添加剂的蒸汽压低，所以，熔凝石英灯泡必须工作在高于正常的温度。在壁温超过900-1000℃时，灯的寿命受到金属卤化物与石英玻璃制成的壁之间的相互作用的限制。使用能工作在比石英玻璃更高的温度下、并且比石英玻璃在化学上更稳定的电弧管材料提供了增加含这些金属卤化物灯的寿命的有效方法。

多晶氧化铝(PCA)是高气压钠灯的抗钠外壳。PCA能工作在比石英玻璃更高的温度下，并且预料比石英玻璃在化学上更稳定。PCA壳在其端部被用氧化铝塞子封闭。用焊封玻璃实现气密性密封，所述焊封玻璃经常称为可熔陶瓷或玻璃料。可是，对PCA壳内的金属卤化物的化学性质的研究表明，在金属卤化物与传统的玻璃料或甚至所谓“抗卤化物”玻璃料之间的反应也严重地限制寿命。这种玻璃料的一个例子是基于成分CaO，Al₂O₃，BaO，MgO和B₂O₃。因此，十分希望能找出无玻璃料的密封方法。

通常，PCA灯使用由铌制成的穿通线(feedthrough)，因为它们的热膨胀系数相似。特别是当充填物含有稀土卤化物时，一个问题是Nb穿通线与充填物之间的反应。这问题通过用特殊的方案而在一定程度上得以减轻，办法是用由导电的金属陶瓷制成的端塞同时取代端塞和穿通线。这些金属陶瓷是复合的烧结体，它们通常包括氧化铝(电弧管材料)和钼(Mo)或钨(W)，这两种材料都是抗卤化物材料。

Hing等的美国专利No.4354964公开一种导电的氧化铝-金属(例如钨或钼)金属陶瓷，后者含有4到20体积百分比金属，用于作为金属卤化物HID(高强度放电)灯的PCA(多晶氧化铝)外壳中的端塞件或穿通线。金属陶瓷有难熔金属杆(作为电极或电流引线)。它们在金属陶瓷处在软的或预烘烤过的状态下镶嵌在金属陶瓷体内，然后在最后烧结金属陶瓷期间共烘烤，以达到高密度。没有描述这种金属陶瓷与PCA管的接合方法。无法同时消除在金属陶瓷与PCA之间，或在金属陶瓷与钨或钼电极之间的热膨胀失配。在灯的接通-断开操作期间，这种不同的热膨胀能在PCA管或金属陶瓷之一中，或在两者中造成破裂和漏气。

Izumiya等的美国专利No.4 731 561显示了以共烧结的导电氧化铝-Mo或W金属陶瓷封闭的PCA管的一个端部。PCA管的另一个端部用玻璃料密封的金属陶瓷封闭。金属陶瓷全都涂敷上绝缘层，以便防止逆弧。

Kajihara等的美国专利No.4 687 969除了描述导电的金属陶瓷端塞外还描述带穿通线的非导电金属陶瓷，此穿通线穿过金属陶瓷并向内向外伸出。PCA管的一端有共烧结的金属陶瓷，而另一端有玻璃料密封的金属陶瓷。可是，不能防止金属陶瓷的破裂，因为端塞的成分是固定的，并且与方向无关。

所有这些单件端塞有这样的缺点，即它们的热膨胀系数与周围零件(例如壳子)并不真正相配。Partlow等的美国专利No.4 602 956的例子提出了解决办法。它公开了一种金属陶瓷端塞，后者包括：芯子，所述芯子主要含有10到30体积百分比的W或Mo，余数为氧化铝；以及一层或多层其它成分的金属陶瓷，它们包围着这芯子，并且基本上彼此同轴。这些层基本上含有从大约5到10体积百分数的W或Mo，余数为氧化铝。这样的金属陶瓷端塞用“抗卤化物”玻璃料气密地密封到弧光管的端壁。

可是，由于其微细结构，导电的金属陶瓷端塞长时间的气密性不够。

另一种解决办法是有更致密结构的非导电金属陶瓷端塞。结果，需要独立的金属穿通线。Bunk等的美国专利No.5 404 078公开了一种带陶瓷容器的高气压放电灯，陶瓷容器的两端用含有例如氧化铝和钨或钼的非导电金属陶瓷端塞来封闭。在具体的实施例(图9)中，金属陶瓷端塞包括有不同钨比例的各同心部分。这些部分有逐渐改变的热膨胀系数。

Nagayama的欧洲专利申请No.650 184讨论了一种带由非导电金属陶瓷制成的端塞的电弧管。金属陶瓷端塞由轴向排成一直线的不同成分(轴向分层密封，见图16及其随后的内容)的各层构成。端塞的第一层整体地附在容器的开口端。金属穿通线是钨基杆。在穿通线与端塞的最后轴向放置的层之间的密封用相当复杂的技术来进行。它使用

-穿通线的穿过的部分与端塞的最后层直接接触，

-外金属盘(“法兰”)与最后层的外表面接触

-和例如铂或玻璃焊料等密封剂复盖在法兰和最后层的外表面上。

起着穿通线作用的杆中的一根有轴向的孔，用于向放电容器装入充填物。

Evans等人的美国专利No.4 155 758在图14中也公开了一种轴向分层端塞。可是，它由三层导电金属陶瓷制成。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于高气压放电灯的、特别是用于有非常耐久的气密性密封的金属卤化物灯的陶瓷壳组件。另一个目的是提供一种用这种组件制成的灯。再一个目的是提供一种制造这种组件的方法。

简单地说，用具有以下特征的陶瓷壳组件来达到这目的：

半透明的陶瓷管，它有第一端和第二端，所述管子确定了纵轴，并且所述管子限制了放电体积；

非导电的第一端塞，所述第一端塞封闭陶瓷管的所述第一端；

非导电的第二端塞，所述第二端塞封闭陶瓷管的所述第二端；

至少所述第二端塞有多零件结构；

分别穿过第一和第二端塞的第一和第二金属穿通线，每个穿通线分别有内端和外端，所述穿通线由下面这样一组金属中的一种金属制成，这组金属包括钨、钼和铼以及这些金属中至少两种所形成的合金；

分别处于第一和第二穿通线内端的两个电极；

多零件端塞的至少一个零件的热膨胀系数处于电弧管和穿通线的热膨胀系数之间；

其中所述多零件端塞包括至少四个轴向排成一直线的、有不同热膨胀系数的零件，这些零件包括第一和最后零件，第一零件相对于放电空间是最里面的，而最后零件相对放电空间是最外面的；

所述多零件端塞以这样的方式直接烧结到电弧管上，即多零件端塞的第一零件直接烧结到电弧管上，其特征在于，所述多零件端塞还以这样的方式直接烧结到穿通线上，即多零件端塞的最后零件不用任何密封材料而直烧结到相关的穿通线上，并且多零件结构的相邻零件，包括所述电弧管和所述相关的穿通线的热膨胀系数之间的差别是1.0×10^-6/K或以下。这把热应力和破裂减到最小程度。

第二穿通线通常是管子，所述第二穿通线与多零件结构接触。可是第二穿通线的另一实施例是杆，这时最好使用独立的充填孔。

第一穿通线可以是与单零件端塞结合的杆(如众所周知的那样)，或者它可以与第二穿通线相似。因此，第一端塞可以是单零件体或多零件结构。

上述的特点归纳如下：分层的金属陶瓷端塞包括有稍微不同热膨胀系数的多个零件或多个圈或多层。所述系数从端塞的最外面的零件向端塞的最里面的零件减小。最外面的零件的意思是在轴向上离放电空间最远的零件。最里面的零件的意思是在轴向上最接近放电空间的零件。

最里面的圈有一外表面(在径向方向所见)，它或者与氧化铝电弧管的端部的内壁接触，或与独立的氧化铝插入零件接触。它的热膨胀分别与氧化铝电弧管或插入零件的热膨胀很好地匹配。另一方面，最外面的圈的热膨胀特性与穿通线很好地匹配。最外面的圈的内表面(在径向方向)与穿通线接触。端塞的中间零件起着逐渐渡过最里面的和最外面的圈或零件的热膨胀系数差别的过渡区的作用。

最好不是所有的中间零件都与穿通线接触。这可以用两种不同的方法来实现。第一种方法是，中间零件的内径大于最外面的零件的内径。一种更聪明的更容易制造的办法是，所有零件有相同的内径(甚至相同的外径)。可是，穿通线只穿入某些外零件(最多三个)。它必须不穿入不热匹配的内零件。

另一个重要的特征是，多零件结构的总长度要尽可能地短(最好小于5mm)，因为只有这样，才能得到匀质的均匀的结构密度。

可以在开始制备金属陶瓷时，通过把不同量的金属粉末(最好是钨或钼)混合到氧化铝粉末中来获得不同圈的不同性质。令人惊奇的是，含钨的端塞与钼穿通线是最有希望的。

提供有不同热膨胀系数的所述端塞的各零件有几种可能性：

一种方法是，不同零件的成分包括作为第一成分的氧化铝和作为第二成分的金属，最好是钨或钼。这些零件的成分在加到氧化铝的金属比例上不同。

另一个达到这目的的方法是，不同零件的组成使用不同的组分，例如氮化铝和氧氮化铝。而氮化铝的热膨胀系数有已知的值(见例如美国专利No.5 075 587)，氧氮化铝的系数取决于其组分即氧化铝和氮化铝之间的比例。这种情况与由组分氧化铝和钨或钼中的一种金属制成的金属陶瓷的情况相似。

在最佳实施例中，端塞制成象圆柱盘，并由同心的、有相同外径(可能除最里面的零件外)、和有轴向上分层的热膨胀系数的零件制成。

有可能使端塞的热膨胀系数在轴向上平滑地变化，来取代端塞的各零件的热性能的阶梯状变化。这实施例的另一设想是零件的数目是无限的。

在另一最佳实施例中，端塞是有中心孔的层状的圆柱形结构。孔可以有恒定的或改变的直径。只有与穿通线相邻的最外面的层与穿通线气密性接触。其它层与穿通线脱离。从径向看到的最里面的层的外表面与容器端部接触。

为了避免在这实施例中的毛细效应，穿通线与端塞的(除与穿通线接触的最外面的层之外)各层之间的距离起码要1mm是有好处的。对所有层，这距离可以是相同的。

在端塞的最里面的层与穿通线之间的距离特别重要。最好是起码为3mm。这考虑到把电极放进放电空间内。

一种有益的结构是望远镜形多零件端塞，其中各零件或各层与穿通线之间的距离从最里面的到最外面的层阶梯状减小。

在特别最佳实施例中，多零件端塞是层状的、有恒定的内径和外径的圆柱形结构。它包括四个或五个圈。穿通线是伸到最外面的零件和有可能伸到相邻的中间零件但不伸到邻接放电区的内零件的管子。最里面的零件或与容器端部接触或与陶瓷插入零件相接触，这插入零件通常是一个环，并有相似于或等同于容器的成分。使所述多零件结构凹进插入零件的里面是有好处的。典型值为0.5mm。

轴向上分层的密封概念的优点是，当只有端塞的小部分，最好是最里面的层处在电弧管的端部时，密封的温度负荷被减到最小，并且气密性最优。按需要，最里面的层或者全部地封闭在电弧管的端部，或只是部分地封闭在电弧管的端部。

最里面的层与容器端部之间的“密封”长度起码为0.8mm。典型值在1和2mm之间。最外面的层与穿通线之间最好有类似的密封长度。

本发明的金属陶瓷包括嵌入了金属颗粒(最好是钼或钨)的氧化铝基质。这些颗粒起码接近球形。已证明是：氧化铝基质与金属颗粒的不同热性能是关键的性质。

已经知道氧化铝-钨金属陶瓷的、作为钨含量的函数的平均热膨胀，例如见K.J.de Vries编辑的Science of Ceramics(陶瓷科学)Vol.9，Nederlandse Keramische Verenigung(1977)pp.135-142 P.Hing的“致密的烧结过的金属陶瓷材料的物理性质与显微结构的关系”。因此，可以决定对于给定的热膨胀所要求的钨的比例。

已经清楚，在氧化铝基质中向着钨颗粒的介面上产生显微应力。所述应力随着少数一方(minority partner)的尺寸减小而减小。所述少数一方通常称为弥散体或分散相。对于某些卷(zone)，这少数一方是氧化铝，对于别的圈(zone)，这少数一方是金属(钨)。

因此，最好使用非常细粒度的钨粉末，起码对含有小于50体积百分比W的氧化铝-钨金属陶瓷是这样。平均粒度的典型值是0.6到0.9μm。

在实际中，溶于水的钨产物母体例如钨酸氨能够用来在氧化铝基质内产生非常细的钨颗粒。钨产物母体能被溶于混合了氧化铝粉末的水中，并被煅烧而转换成细钨颗粒。在制造毫微相WC-Co复合粉末时用到类似的技术，见S.Das，C.Ballard，and F.Marikar编辑的TMS，Warrendale，PA，1991的：1990年的高性能复合物(HighPerformance Composites for the 1990s)中p.227-237的L.E.McCandlish，B.K.Kim，和B.H.Kear的“化学处理过的毫微相WC-Co复合物的特征和性质”。

相反地，起码对含有大于50体积百分比W的氧化铝-钨金属陶瓷，氧化铝的产物母体(可溶于水)例如硝酸铝能够用来产生非常细粒度的氧化铝。平均粒度的典型值是0.4到0.9μm。

重要的是为制造金属陶瓷选择适当的起始材料，以达到

(1)分散相的均匀分布，

(2)分散相的细粒度，

(3)生材密度和烘烤收缩与相邻层兼容，以便产生无裂缝和无变形的分层金属陶瓷，

(4)生材密度和烘烤收缩特性，以便分别在金属穿通线与金属陶瓷端塞之间以及金属陶瓷端塞与PCA电弧管之间形成直接接合。

这种金属陶瓷端塞的典型尺寸范围是：

-外径：3.0到4.0mm(以可能第一部分有较大直径为条件)

-轴向上分层端塞的总长度：最多10mm，最好是小于5mm，

最里面的圈的轴向厚度最好是在1.0到3.0mm之间。包括最外面的圈的每个中间圈的轴向厚度最好是在0.3到1.5mm之间。

穿通线最好是管状。它们是有下面典型范围尺寸的管子：

-外径在0.9到1.6mm之间

-内径在0.6到1.2mm之间

-总长度在10到15mm之间

-壁厚最大为0.25，最好是大约0.1mm。

最外面的零件或圈或层含有多于50体积百分比金属是有好处的。这一高金属含量使得除了能把这零件与相关的穿通线烧结外，还能把这零件焊接到相关的穿通线上。这样通过使用附加的焊接作为在直接烧结部分变得漏气的情况下的一个安全措施，来改进两物体之间的接合。

在特别最佳的减小温度负荷的实施例中，多零件结构被放置在离热放电空间某一距离处，而附加的空心圆柱形零件(最好是一根氧化铝毛细管)被放置在容器端部与多零件结构之间。这配置能减小多零件结构的工作温度大约200℃。在空心零件(毛细管)与多零件结构之间的气密性连接最好是用包围这两个零件的接触区的套管来实现。

在最佳实施例中，轴向分层端塞的概念考虑到使用在第二多零件端塞上的、用于对放电容器抽真空和充填的独立的充填孔的特殊填充技术。在这实施例中，充填孔的直径不受管状穿通线的限制。孔在轴向上排成一直线但相对轴线偏心放置。这孔在充填之后用相配的杆(今后称为塞子)来封闭。这样，这放电容器能抗腐蚀和抗温度变化。带这种端塞的灯有非常好的长时间气密性和极好的保存性能。原因不只是端塞对放电容器的端部和对穿通线的接合没有使用任何玻璃料或陶瓷密封材料，而且所述塞子不用这些材料中的任一种而能封闭充填孔。有可能采用非常巧妙的安排：

重要的特性是，端塞的最外面的金属陶瓷层或零件具有可以焊接的成分。为了满足这要求，对最外面的层要求有大于50体积百分比的金属比例。这层能够导电，但不是必须能导电。

在制造电弧管器件期间，端塞的第一零件如上所述那样用共烘烤的方法连接到电弧管。一旦金属陶瓷端塞被共烘烤到弧光管的端部，就通过充填孔对放电空间抽气、冲洗和充填。然后把塞子插入充填孔，然后在最外面的零件的外表面处把塞子焊接到金属陶瓷端塞。这样就完成了气密性接合。

可以用金属(最好是钼或钨)或金属陶瓷材料制造杆或塞子。杆或塞子最好用与端塞最外层的相同的材料制成。

可以采用任何标准的焊接技术，例如电阻焊、激光焊、电子束焊或钨惰性气体(TIG)焊。

这样，所研究的端塞很经常是严格地不导电的。在一个有促进作用的特殊实施例中，可以应用端塞的高金属比例的最外面的层。可按需要，这层可以由导电的金属陶瓷制成。最多其相邻的层(最后的中间层)也是导电的，与此相比，所有接近放电空间的其它层是非导电的。这样一种配置在此称为“本质上非导电的端塞”。

本发明的主要优点，即密封技术的突破如下：

·在密封中绝对没有玻璃料，可是可以采用十分完善的和非常可靠的密封技术，即直接烧结。

·充填孔可以大到足以容易地抽气和充填。

·这类密封对所有瓦数的灯和任何尺寸的放电容器都有效。

值得一提的是，最佳的放电容器的成分是用氧化镁和可能还有氧化钇和氧化锆掺杂的PCA。这种成分对于上面提到的空心和套管零件也是最佳的。与此相比，多零件结构的氧化铝粉末的最佳成分或者是纯氧化铝(对于具有高钨比例的外圈来说这是最佳的)或以氧化镁掺杂的氧化铝(对于具有低钨比例的内圈来说这是最佳的)。

用例子来进一步说明本发明。

附图说明

图1是部分剖开的有陶瓷电弧管的灯的高度示意性视图；

图2是说明本发明的第一实施例的电弧管的第一端的细部视图；

图3是表示不同金属陶瓷零件的膨胀与温度关系的曲线图；

图4是表示不同比例的钨的金属陶瓷零件中，在不同温度下膨胀值的曲线图；

图5是说明本发明的第二实施例的电弧管的第二端的细部视图；

图6是说明本发明的第三实施例的电弧管的第二端的细部视图；

图7是说明本发明的第四实施例的电弧管的第二端的细部视图；

图8是说明本发明的第五实施例的电弧管的第二端的细部视图；

图9是利用压制工艺的轴向分层金属陶瓷的制造步骤图；

图10是说明本发明的第六实施例的电弧管的第二端的细部视图；

图11是说明本发明的第七实施例的视图；

图12是说明本发明的第八实施例的视图；

图13是表示以K^-1表示的热膨胀系数(CTE)与以摄氏度表示的温度的关系的曲线图。

具体实施方式

为了说明，首先参考图1，它表示有额定功率为150W的金属卤化物放电灯1的高度示意性的视图。这灯有一个由石英玻璃制成的基本上是圆柱形的外壳2，在它的端部3被压紧密封，并有底部(base)4。陶瓷壳组件5起着放电容器或电弧管的作用，它被封在外壳2内。陶瓷壳组件5由氧化铝制成，它决定了中心纵轴A，并有两个末端。例如，它做成圆柱形管(未示出)或它在中心处向外凸起，如图所示。它在两端形成圆柱形的端部6a和6b。两个电流穿通线7a，7b各与陶瓷类(金属陶瓷)端塞8a，8b相配，此端塞8a，8b处于端部6a和6b处。

第一电流穿通线7a是钼杆，它直接烧结到处于第一端部6a的第一端塞8a内。端塞是一个单件的陶瓷类的含有复合材料(氧化铝和钨)的实体，如从EP-A609477的例子中已经知道的那样。

第二电流穿通线7b是钼管，它直接烧结到处于第二端部6b的第二端塞8b内，后者是由多个零件构成的端塞。电极9装在穿通线7a，7b的内末端处。

把绝缘涂层10例如纯氧化铝涂敷在金属陶瓷端塞8a和8b的内表面，以便防止在弧放电的等离子体柱与金属陶瓷端塞8a和8b之间的电弧作用是有好处的，因为这种电弧作用能使端塞变黑和漏电。

电弧管5装着充填物，后者包括一种惰性点火气体例如氩气，以及汞和金属卤化物的添加剂，例如稀土碘化物。

在灯的制造期间，第二穿通线，即管状穿通线7b起着抽气和充气口的作用，以便对电弧管5抽真空，然后充气。这技术是众所周知的(见上述的引文)。然后，唯一要做的是把穿通线7b闭合。

图2是电弧管5的第二端6b的细部视图。它说明，金属陶瓷端塞8b包含七个环形零件或环形圈11a-11g，它们一个接着一个地在轴向上排成一直线。首先，最里面的圈11a以它的内表面12对着放电区。它的外表面13对着并与相邻的第一中间圈11b的内表面接触。最里面的圈11a由纯氧化铝制成。相邻的第一中间圈11b由15体积百分比钨和余数为氧化铝的材料制成。顺次的圈的成分遵循上述的原则。钨(W)的比例向最外面圈方向增加。圈11c有22％钨，圈11d有27％钨，圈11e有32％钨，圈11f有37％钨，圈11g有40％钨。

一般地说，在七圈的情况下，各圈的最佳的成分范围如下：

-最里面的圈11a(第一层)：100体积百分比氧化铝

-相邻的中间圈11b：10到20％的W，余数为氧化铝

-第二中间圈11c：20到25％的W，余数为氧化铝

-第三中间圈11d：25到30％的W，余数为氧化铝

-第四中间圈11e.30到35％的W，余数为氧化铝

-第五中间圈11f：35到40％的W，余数为氧化铝

-最外面的圈11g(最后一层)：40到43％的W，余数为氧化铝

最外面的圈11g的热性能与起着穿通线作用的钼管7b的相匹配。环形圈11g直接烧结到钼管7b上。与此相反，其它圈11a-11f不与钼管7b相接触。在管7b与各塞圈11a-11f之间留有大约50μm的宽度。

图3表示管状穿通线7b(钼，曲线A)、最外面的穿通线圈11g(氧化铝；曲线B)、和两个中间层(氧化铝与30％的W；曲线C；和氧化铝与20％的W；曲线D)的热膨胀的绝对比例(与0℃时的比较，以百分数表示)与温度的关系。结合钼制的穿通线，使用含有作为金属成分的钨的金属陶瓷是一诀窍。钨有比钼明显低的热膨胀系数。因此通过把钨加进氧化铝中能较容易地得到环形圈所希望的特性适应性，因为与钼相比，较小量的钨就足以达到特定圈的所希望的热系数。

图4说明在不同的温度T下的热膨胀的绝对比例(与0℃时的比较，以百分数表示)与不同的金属陶瓷端塞圈的钨比例的关系。它表示，大约40％钨的比例(余数为氧化铝)在高温下有与纯钼穿通线(箭头)相似的热性能。相邻环形圈之间的绝对膨胀的差非常小。六个圈11a-11g以箭头指出。

轴向分层封接的实施例的第二个例子示于图5。端塞或端部封闭零件包括六个零件25a-25f。还有，端塞25的最外面的零件25f直接与钼制管状穿通线26接合，而最里面的零件25a直接与多晶氧化铝(PCA)电弧管的端部6b烧结。最里面的零件25a有顶帽结构。这意味着，它插进放电容器的端部6b，但径向继续延伸的边缘27坐在端部6b的外表面。零件25a的面向穿通线26的内径表面24与穿通线26本身之间的距离大约是5mm。在第一塞圈内的环形空间28包围着电极29。中间零件25b-25e到穿通线26只留下100μm的小环形毛细管或间隙。

用于最里面的环形圈25a的“顶帽(top hat)”结构的封接如下：首先，金属陶瓷端塞25与穿通线26在一起预烘烤，从而形成一个组件。然后把它安装在PCA管(预烘烤或已经烧结到半透明)的第二开口端6b上，并把整个组件升到高温，以便在最外面的环形层25f与金属穿通线26(钨或钼)之间，以及在最里面的环形层25a与PCA管的端部6b之间同时形成接合。

一般说来，金属陶瓷端塞或端部封闭零件25是层状的圆柱形结构，它有中心孔以容纳Mo或W管(或在另一实施例中为杆状)穿通线26，随后，这穿通线在轴向上连接到轴向放置的Mo或W电极29(在电弧管内)以及电流引线(在电弧管外)。所述金属陶瓷空心圆柱包括多层金属陶瓷，在这多层的金属陶瓷中，氧化铝对金属的体积比在轴向的向内的方向上增加。金属相的浓度从在第一层，即最里面的(底)层25a(与放电区相邻)的低含量到在最后层，即最外面的(顶)层25f(离放电区最远)的几乎100％含量。金属陶瓷的顶层(含有高金属相含量)直接焊接(用直接烧结焊接)到穿通线26，而基本上是氧化铝(含有非常低含量的金属相)的金属陶瓷的第一层，即底层25a直接焊接到PCA电弧管，此PCA电弧管最好是椭圆形或是直的圆柱形。这两烧结连接(直接焊接)达到气密性并且达到与金属穿通线以及PCA管的几乎完全热膨胀匹配。

图5的具体例子有六层结构。各金属陶瓷零件或各层25f-25a(从顶到底)的热膨胀系数指定为5.0，5.5，6.0，6.5，7.0，7.5×10^-6/℃。顶层25f近乎严格地与纯钨穿通线26热膨胀(4.8×10^-6/℃)匹配，而底层25a相当接近PCA管的端部6b的热膨胀(8×10^-6/℃)。如果利用逐层叠加技术，则在烧结态时，每一零件或层25b-25e的轴向厚度能薄到0.2mm。利用喷涂技术，层厚能减到0.01mm，见A.T.DiBenedetto，L.Nicloais和R.Watanabe等编辑的复合(composite)材料，Elsevier Science，1992的pp197-208的R.Watanabe和A.Kawasaki的“功能上缓变的材料在航天飞机的特殊应用的新进展。

顶层和底层25f，25a的轴向厚度应该大约为电弧管5的壁厚(0.5-0.8mm)，以便分别对端部和穿通线提供足够长接触区。这对于生成耐用的无玻璃料的接合是有好处的。所设计的各层的热膨胀系数对应于下面的含W的体积百分数(从顶到底层)：70，52，38，24，15和6体积百分比。各W的重量百分数据为92，84，75，60，45和25重量百分比。

在另一实施例中，端塞被细分成多于七个零件、圈或层。这样，相邻零件的热膨胀特性的差别变得更小。零件的数目可以增加到十、十二或甚至更多层。

在下一个最佳实施例(图6)中，端塞18的各层或圈布置成望远镜的样子。这意味着，每个圈与穿通线26之间的距离从最里面的圈18a到最后的中间圈18d以阶梯状减小。最外面的圈还是直接地烧结到穿通线26上。

在这实施例中，穿通线26用钼制成。最外面的层18e由氮化铝(AlN)层(它的热膨胀系数为5.7×10^-6/℃，接近钼的热膨胀系数5.0×10^-6/℃)形成，这一层与钼穿通线26相邻。最里面的层18a和处在AlN层18e与PCA管的端部6b之间的中间或过渡层18b-18d由氧氮化铝与各种比例的氧化铝和氮化铝形成。氧氮化铝的热膨胀取决于氮的含量，并且已经知道，例如5AlN·9Al₂O₃的热膨胀系数为7.8×10^-6/℃。

一个更有希望的实施例利用下面的事实，即已经知道AlN与钼兼容，并且已经报导了AiN-Mo金属陶瓷(“SiC-A1N-Mo功能上缓变的复合物的热机械性质”M.Tanaka，A.Kawasaki和R.Watanabe，FuntaiOyobi Funmatsu Yakin，Vol.39 No.4，309-313，1992)。因此，与穿通线接触的最外面的层用AlN-Mo金属陶瓷制成，而不用纯AlN。与最外面的层相邻的第一中间层由纯AlN或由有AlN对钼的不同比例的金属陶瓷制成。

在另外的实施例中，金属陶瓷圈包括氧化铝和非金属成分，例如金属的碳化物和金属的硼化物。这种成分的例子是钨的碳化物和钨的硼化物，见Izumiya等的美国专利No.4825126。

在35W灯(图7)的另一最佳实施例中，结构与图2相似。第二端塞32包括四个不导电的圈32a-d，一个接一个地轴向排布。因为在最外面的层32d的钨量(60体积百分比)高到足以能够焊接，所以，焊缝33安排在与钼管34连接的最后层32d的外表面上。

关于35W金属卤化物灯的轴向分层封接的典型尺寸如下：

电弧管长度为14mm。每端以总长为5mm的端塞密封。端塞包括四个有70重量百分比钨，50重量百分比钨，30重量百分比钨，和10重量百分比钨的轴向排成一直线的圈。底圈或零件部分地插进电弧管端部2mm。第一端有作为穿通线的钼杆，其直径为0.3mm总长为16mm，第二端有作为穿通线的钼管，其外径为1.0mm内径为0.8mm。只有第二端有分层封接端塞，而第一端使用匀质的端塞，它的成分与分层封接端塞的底零件相同。这底零件有10重量百分比的钨，余数为氧化铝。金属-金属陶瓷连接的气密性基于形成固溶层。

在一个特殊的最佳实施例(图8a和8b)中，第二端塞35包括四个轴向分层层。最里面的层35a含有10体积百分比(和更普遍地说为5-15体积百分比)的钼，余数为氧化铝。这第一层35a插进放电容器的第二端6a并直接烧结到它上面。第一中间层35b含有30体积百分比(和更普遍地说为25-35体积百分比)的钼，余数为氧化铝。第二中间层35c含有45体积百分比(和更普遍地说为40-50体积百分比)的钼，余数为氧化铝。最外面的层35d含有65体积百分比(和更普遍地说为大于60体积百分比)的钼(或钨)，余数为氧化铝。轴向放置的穿通线36是直径300μm的钼杆。在端塞35中靠旁边设置的填充孔37平行于穿通线36。填充孔有650μm直径。

图8a说明放电容器抽真空和充入充填配料后的状况。其长度大约是端塞35的整个轴向长度的杆状塞子38已经准备好插进孔37。塞子38最好用钼或用含有高含钼或钨量的金属陶瓷制成。塞子最好有与最外面的端塞层35d相同的成分。

在把塞子38插进孔37后(图8)，进行塞子外端与最外面的端塞层35d的外表面40之间的焊接连接39a。此外，在穿通线36的外端与最外面的端塞层35d的外表面40之间进行类似的焊接连接39b。

端塞的制造以制备每一层用的粉末混合物开始。例如，钨的产物母体如钨酸氨或钼酸氨可溶在水里，并以预先确定的的比率与氧化铝粉(例如各种平均粒度的粉末Baikowski CR 30，15，6，1)以及粘合剂混合，此粘合剂例如是聚乙烯醇和/或聚乙烯乙二醇。可以包括氧化铝的烧结添加剂例如MgO(从可溶于水的硝酸镁产生)。另一种办法是，细W或Mo粉[例如M-10W型号的有0.8μm平均粒度的粉末或其它型号的例如从在Towanda，PA的OSRAM SYLVANIA获得的M-20(1.3μm)，M-37(3μm)，M-55(5.2μm)，和M-65(12μm)]可以与分散在水中的氧化铝粉末混合，并球磨(用例如氧化铝球)以产生均匀的混合物。所得到的混合物可喷干或盘干(pan-dried)。用例如振动磨这研磨方法把软的团打碎的办法来粉碎干燥后的混合物。在用金属产物母体的情况下，混合物被加热到能使产物母体分解成金属颗粒的温度(例如在氢，或真空，或惰性气体中的1000℃)。

然后，把混合粉末装入有芯杆(设计成与W或Mo管或杆的直径相配)的硬模内，并压缩(例如以40千国际单位(Ksi))到指定的生材密度。制备出相继各层的粉末并一次一种粉末地放入硬模中，然后再压缩，直到放入含有高含W量的最后一层。整个组件以10到45千国际单位(Ksi)压缩，并脱模。(可以把芯杆设计成与各层有关的阶梯形的，以便所有层尺寸收缩与形成顶层-W管的直接接合以及形成底层-PCA管的直接接合的下游工艺兼容。)然后在氢，或真空，或惰性气体中预烧空心圆柱生材体，以便去掉粘结剂而又基本上没有尺寸收缩，并使其具有处理所需的一定强度。

图10表示与图7相似的另一个实施例。它再次表示35W金属卤化物灯的第二容器端部。第二端多零件端塞32’也包括四个轴向排成一直线的圈32’a到32’d，它们有相同于图7已经说明过的组分。可是，起着第二穿通线作用的钼管34’后退并只伸到外三层32’b到32’d。它直接烧结到这三层上。这实施例的尺寸如下。四层的烧结厚度大约分别对最里面的圈32’a为1.7mm，对相邻中间层32’b为0.5mm，对第二中间层32’c为0.4mm和对最外面的圈32’d为0.7mm。

图11表示有PCA放电容器41的实施例，此PCA放电容器的两端部用也由PCA制成的盘状插入另件42封闭。在插入另件42的中心孔处设置多零件结构43，后者包括五个不同成分的圈。金属陶瓷粉提供下面的烧结厚度的分层金属陶瓷：对于含有10重量百分比W的、余数为纯氧化铝的、并有800百万分比(ppm)氧化镁的中间圈43a大约为1.5mm厚，对于含有30重量百分比W的余数为纯氧化铝的并有800ppm氧化镁的相邻中间圈43b大约为0.6mm厚，对于含有50重量百分比W的余数为纯氧化铝的并有800ppm氧化镁的第二中间圈43c大约为0.5mm厚，对于含有70重量百分比W的余数为纯氧化铝的第三中间圈43d大约为0.8mm厚，对于含有90重量百分比W的余数为纯氧化铝的最外面的圈43e大约为0.7mm厚。组装这种分层金属陶瓷结构42，并把它与起着穿通线44作用的钼管在干燥H₂中在1500到1600℃下烘烤约1到2小时来接合起来。穿通线44伸到三层外层43c-e，但不与两内层43a和43b接触。

第一次锁定(lock-in)包括把第一分层金属陶瓷穿通线系统与放电容器41以及插入零件42(它有6.5mm外径，2.5mm内径，2.5mm长度)一起共烘烤。后两零件是通过在湿H₂中在1300到1400℃下烘烤约1小时形成的。多零件结构与插入零件之间的密封长度大约是1到1.3mm。多零件结构在插入零件内凹进约0.8mm。这第一次锁定(lock-in)烘烤形成一端封闭结构。通过把第二穿通线-金属陶瓷系统插入另一端，并进行第二次锁定(lock-in)来封闭这一端。然后，整个组件在湿H₂中在大约1900℃下最后烧结几小时。

图13中示出多零件结构的不同零件的热膨胀系数，还示出插入另件和放电容器的PCA的以及钼管的热膨胀系数。假定多零件金属陶瓷结构的典型工作温度为700℃，就可以看到，相邻零件的热膨胀系数的差大约是1.0×10^-6/K。

图12表示较小温度负荷的另一最佳实施例。容器41在它的两端也有盘形的插入另件42。两者都是PCA制成的。穿通线系统包括三个零件。匀质的毛细管45被插入插入另件42的中心孔。毛细管45被与它对接的多零件结构46加长。它们之间的接触区被PCA套管零件47包围着。穿通线48是钼管。

结构46是包括五(或四)层的多零件金属陶瓷。最里面的层46a含有10重量百分比的钨并有1.7mm长度。第一相邻中间层46b含有30重量百分比的钨并有0.7mm长度。第二中间层46c含有50重量百分比的钨并有0.5mm长度。在每一种情况的余数均为有800ppm氧化镁的氧化铝。第三中间层46d含有70重量百分比的钨并有0.8mm长度。最外面的层46e含有90重量百分比的钨并有0.7mm长度。

穿通线管48只伸到三个外层46c-e，而没有与两内层46a和46b接触。电极系统(未示出)安装在穿通线48的内端部。穿通线以熟悉的技术密闭。这些性质已在上面引述的现有技术公开了。

本实施例的制造程序如下。第一次锁定(lock-in)烘烤包括把分层金属陶瓷与穿通线以及预烘烤过的套管共烘烤。套管有5.3mm外径和3mm内径。它的长度大约5mm。套管在800到900℃下预烘烤几小时。

锁定(lock-in)烘烤在温度大约1100到1200℃下在湿H₂中最多进行一小时。分层金属陶瓷与套管之间的密封长度(在烧结状态下)大约是1.5mm。分层金属陶瓷在套管内凹进约2.5mm。第一次锁定(lock-in)烘烤形成一端结构。

锁定烘烤分层金属陶瓷与套管的温度这样来选择，以便在共烘烤之后，套管的内径会与2.8mm的毛细管外径相配。毛细管和容器以及插入另件已经最后烧结成一个组件。然后，两个已经第一次锁定的部分与毛细管在容器的两端组装起来。整个单元在高温(大约1800到1950℃)的湿H₂中最后烧结最多30分钟，以便利用套管在毛细管与金属陶瓷之间形成气密性的接合。

图9中示出制造轴向分层金属陶瓷的压制技术。

在第一步(图9a)，以与如“聚乙烯醇”(“PVA”)这样的有机粘结剂一起制成的纯氧化铝悬胶液21a充入圆柱形压模20中。在把活塞22拉下某一距离后，把含有例如90％氧化铝和10％钨的下一悬胶液21b充入压模20中(图9b)。重复这操作程序几次，直到充入最后的悬胶液(在图9c的第六层21g)。后面的一层含有例如60％氧化铝和40％钨，并且它的热性能与管子的相配。在充填期间，活塞一步步地向下移动。

然后，(图9d)用另一个活塞(箭头)将金属陶瓷端塞压缩。此后，在“未烧结的”金属陶瓷上钻出孔23，它有适当的直径，按照此直径来达到金属陶瓷对钼管(插进孔23内)的最佳收缩率(图9e)。然后，把端塞预烘烤。

另一种办法是，按70wgt.％W，50wgt.％W，30wgt.％W，20wgt.％W和10wgt.％W的顺序把金属陶瓷粉末装入有芯杆的模子内。每一种粉末相继装入模子并大致装平。在装入所有的层之后，加上上下凸模冲头。加上单轴向压力40千国际单位(Ksi)。然后去掉冲头，并把压缩后的金属陶瓷从芯杆上取出。可以进一步钻出金属陶瓷盘的内径(ID)，以便内层21a-f比外层21g的ID稍大一些。

对于穿通线伸到分层金属陶瓷的所有圈的实施例，需要有一附加的步骤：为防止钼管与多零件结构的圈21a-f之间的紧接触或端塞与金属管(相对于圈21g)的热性能不匹配，用一个其直径比第一次钻的钻头直径稍大一些的钻头对这五个圈钻第二次(图9f)。所得到的加大了的孔24在插入穿通线后有一间隙，它必须尽可能小(典型为50μm)以便防止充填物(filling)凝结在间隙内。然后对所述端塞进行预烘烧。

W或Mo管或杆被插入预烘烤后的、多层的、空心的圆柱形的金属陶瓷的孔内。可以从例如图2看到加工好的有间隙14的端塞/穿通线单元。

穿通线/端塞组件在氢气中进行预烘烤(1200-1500℃)或在相当高温(例如1800-2000℃)下预烘烤和烧结，以便在顶层(它有高含量的W或Mo)与金属穿通线之间产生预先确定的过盈(interference)接合(例如4到18％)。在烘烤期间，顶层分别对W管或Mo杆收缩，从而形成无玻璃料的气密的接合。重要的是，这样设计所有层对于W/Mo零件与未烧结的或预烘烤后的多层金属陶瓷之间的间隙(clearance)的尺寸收缩(通过优化金属和氧化铝相的粒度和压缩的压力)，使得在顶层与W/Mo零件之间的过盈(interference)接合的形成不会被其它层所妨碍。

预烘烤过和烧结过的金属陶瓷-穿通线组件可以按需要在高温下(例如1800℃)进行HIP处理(热等压压缩)，以便产生充分致密的物体。然后把烧结或HIP处理过的W/Mo穿通线-分层金属陶瓷端塞零件放置在预烘烤过的PCA管内，或在预烘烤过的椭圆形的PCA管的柄部内。

可以用预烘烤(1000-1500℃)掺杂了助烧结剂例如MgO，MgO加氧化锆，或MgO加氧化铒的氧化铝粉末的未烧结体的办法来制成PCA。预烘烤后的PCA壳的两端有致密了的穿通线-分层金属陶瓷体，它们放置在预先确定的距离处。在氢气或氮-氢中在1800-2000℃下整个组件的烧结期间，PCA管致密到成为半透明，并且尺寸上收缩以完成(1)在多零件端塞(有低含量金属相)的底层与PCA管之间的过盈接合，和(2)在相对的两电极的尖之间的指定空腔长度。如果在PCA的一端，W/Mo穿通线是杆，那么，这烧结过程产生一端封闭的准备充入一定剂量充填剂的外壳。在烘烤期间，在金属陶瓷的底层与PCA之间的直接接合的过盈程度由它们之间的间隙、所用的预烘烤温度、和烧结收缩来决定。

然后，可把包括各种金属卤化物的充填物和充填气体在穿通线-金属陶瓷端塞的一端通过Mo/W管状穿通线充入所述外壳内。最后用激光(Nd-YAG或CO₂)焊接技术把Mo/W管密封，以便完成带有抗卤化物Mo/W穿通线的、PCA制成的整个电弧外壳(以分层金属陶瓷封闭)。

一个最佳实施例是底层的帽型结构。那么，可把预烘烤过的金属陶瓷-穿通线装在PCA管的一开口端(已经预烘烤或烧结到半透明)，并把整个组件加到高温，以便在顶层与W/Mo，以及底层与PCA之间同时形成收缩-焊接。

显然，可以把绝缘涂层例如纯氧化铝涂敷到金属陶瓷密封端的内表面，以便防止在等离子体柱与金属陶瓷之间的能引起变黑和漏电的电弧作用。

为了进一步改进这种密封的气密性，可以把玻璃料分别涂到顶层(在轴向分层密封的情况下)或最外面的层(在径向分层密封的情况下)的外表面(远离放电)。

一种基本上最佳的PCA电弧管由掺杂了大约500ppm MgO和，可能，掺杂大约350ppm Y₂O₃的氧化铝制成。最好的情况是，这种陶瓷的粒度越小越好(低于1μm)，以便改善机械强度。

穿通线，特别是如果是管状的，则穿通线应与端塞的内表面(面对着放电压)齐平，或最好是从内表面凹进。

尽可能地缩短最里面的/底层与PCA电弧管之间的接合长度是有好处的。一种好的估计是把接合介面的长度选择小到等于PCA电弧管的壁厚。

当然，本发明的原则也可以用于使用具有其他类型陶瓷(例如Y₂O₃)以及其它金属陶瓷材料的电弧管的工作方案。

当然，可以利用独立的陶瓷环状端部构件来取代利用整体的电弧管的端部。

最好只有多零件端塞的最里面的底圈插进电弧管的端部。这要求足够长的底圈轴向长度。

本发明的设计有效地产生桥接PCA电弧管与金属穿通线的平滑的金属陶瓷热膨胀梯度。这是为把热应力减到最小所要求的，在端塞-穿通线组件的制造周期的冷却期间以及在灯接通和断开周期期间都会引起这热应力。

可以用几种技术来制造径向分层金属陶瓷端塞，包括压制法和喷涂法。

压制法能形成径向的多层结构。氧化铝-金属(Mo/W)粉末混合物可用球磨氧化铝和金属粉末以及例如聚乙烯醇和/或聚乙烯乙二醇这样的有机粘结剂的悬浮液来制成。例如钨酸氨这样的金属产物母体可以溶解在加有氧化铝粉末的水中。球磨得到的浆可以盘干或喷干。如果使用金属产物母体，混合物需要在高温(例如1000℃)下热解，以便形成金属颗粒。如果使用金属粉末，干燥后的最里面的层的混合物可装入有芯杆的模子内。然后移走芯杆，并用较小的芯杆取代。把为下一层而设计的粉末混合物装入模子与芯杆之间的腔内。以相继的粉末混合物重复上述的装入操作，最后进行压缩，从而得到在径向上压紧的包括多层的最后未烧结体。然后，取出未烧结体，并在相当低的温度(1000-1500℃)下在真空、氢气、或氩气中预烘烤，以去掉粘结剂。在预烘烤期间，金属陶瓷的内径会收缩0-10％，这取决于预烘烤温度。重要的是选择有适当粒度的起始氧化铝和金属粉末，以及在浆中的固体载量，从而令多层收缩均匀。

喷涂是形成径向多层结构的另一种方法。氧化铝-金属(Mo/W)粉末混合物可用球磨氧化铝和金属粉末以及例如聚乙烯醇、聚乙烯乙二醇、或polyox这样的有机粘结剂的悬浮液来制成。例如钨酸氨这样的金属产物母体可以溶解在有氧化铝粉末的水中。球磨得到的浆可以喷到旋转的、多孔的、尺度稍大的、被加热的聚合物芯轴上。可以用双喷头、超声波、或静电喷雾器来完成喷涂。这样来选择粘结剂的含量和浆的固体载量，以使得水混合物粘附到或淀积在W/Mo的管/杆上的情形，与把荧光粉悬浮液喷涂在荧光灯玻管内的情形很相似。在喷涂的过程中稍微加热芯轴对于粉末混合物对金属的更强的附着力和粉末混合物本身的内聚力是有好处的。以逐渐减少金属含量(当芯轴在轴向横移时)的浆来喷涂和淀积相继的层，从而形成径向梯度。根据上面引述的Watanabe和Kawasaki的结果，各层的厚度可以薄到0.01mm。

可以对未烧结体进行冷等压压缩，然后在相当低的温度下在氢气、氮-氢或真空中预烘烤，以烧去芯轴，并去掉粘结剂，从而获得径向分层金属陶瓷。在预烘烤期间，金属陶瓷的ID会收缩0-10％，这取决于预烘烤温度。重要的是选择有适当粒度的起始氧化铝和金属粉末、在浆中的固体载量(loading)、以及冷等压压缩步骤中的压力，从而令多层一致地收缩。

然后，把W/Mo的管/杆放在预烘烤过的径向分层金属陶瓷的中心孔内。把整个组件在氢气或氮-氢中加热到高温(1800到2000℃)，以便(1)引起金属陶瓷烧结，和(2)在金属穿通线与金属陶瓷之间形成过盈接合。过盈程度典型的是4-10％，这取决于在烧结期间的尺寸收缩和预烘烤金属陶瓷的ID和金属穿通线的外径(OD)的间隙。可按需要对烧结过的金属陶瓷-穿通线组件在高温下进行HIP处理，以便进一步减少残余气孔。

把烧结过的金属陶瓷-穿通线组件放在预烘烤过的PCA直管内或放在预烘烤过的PCA椭圆形的泡的平直段内。PCA包括氧化铝，最好是掺杂MgO，或MgO加氧化锆。整个组件在氢气或氮-氢中烧结，使之致密到半透明。在烧结期间，PCA相对于金属陶瓷的OD收缩，从而形成过盈接合。在直接接合中的过盈程度取决于PCA的收缩和金属陶瓷与预烘烤过的PCA的ID之间的间隙。预烘烤过的PCA的两端应有烧结过的金属陶瓷-穿通线，从而在烧结PCA时，电极尖端之间的间隔收缩到灯的指定的具体空腔长度。如果处在PCA的一端的烧结过的端结构的穿通线是杆，则PCA烧结步骤产生出一端封闭的壳，它有气密性密封的穿通线，已准备好充入一定剂量的充填剂(dosing)。

有可能在单步骤烧结步骤中同时地完成在最外面的层与W/Mo管，以及最里面的层与PCA之间的过盈接合，在这步骤中，预烘烤过的分层金属陶瓷结合成近于成品密度(full density)，并且PCA烧结成半透明。

然后，把包括各种金属卤化物、汞的灯充填物和充填气体在穿通线-金属陶瓷端塞的一端通过Mo/W管穿通线充入壳内。最后用激光(Nd-YAG或CO₂)焊接技术把Mo/W管密封，以便完成带有抗卤化物Mo/W穿通线的、PCA制成的整个电弧壳(以分层金属陶瓷封闭)，见图1。这技术是众所周知的。

当可以焊接时，第二端塞的最后一层可以是导电的或非导电的。

Claims

1.一种高气压放电灯的陶瓷壳组件，其特征在于包括：

半透明的陶瓷管，它有第一端和第二端，所述管子限制了放电体积并且确定了纵轴，

非导电的第一端塞，所述第一端塞封闭陶瓷管的所述第一端，

非导电的第二端塞，所述第二端塞封闭陶瓷管的所述第二端，

至少所述第二端塞有多零件结构，

分别穿过所述第一和第二端塞的第一和第二金属穿通线，每个穿通线分别有内端和外端，所述穿通线由下面这样一组金属中的一种金属制成，这组金属包括钨、钼和铼以及这些金属中至少两种所形成的合金，

分别处于所述第一和第二穿通线的内端的两个电极，

多零件端塞的至少一个零件的热膨胀系数处于电弧管和穿通线的热膨胀系数之间，

其中所述多零件端塞包括至少四个轴向排成一直线的、有不同热膨胀系数的零件，这些零件包括第一和最后零件，第一零件相对于放电空间是最里面的，而最后零件相对于放电空间是最外面的，

所述多零件端塞以这样的方式直接烧结到电弧管上，即多零件端塞的第一零件直接烧结到电弧管上，

其特征在于，所述多零件端塞还以这样的方式直接烧结到穿通线上，即多零件端塞的最后零件不用任何密封材料而直烧结到相关的穿通线上，并且

多零件结构的相邻零件，包括所述电弧管和所述相关的穿通线的热膨胀系数之间的差别是1.0×10^-6/K或以下。

2.根据权利要求1的陶瓷壳组件，其特征在于不同零件的成分在金属的比例方面不同。

3.根据权利要求1的陶瓷壳组件，其特征在于不同零件的成分使用不同的材料。

4.根据权利要求1的陶瓷壳组件，其特征在于所述端塞是层状的、有中心孔的圆柱形结构，至少最外面的、邻接着第二穿通线的最后层是与所述穿通线处在气密接触下的。

5.根据权利要求4的陶瓷壳组件，其特征在于只有最外面的层是与所述穿通线处在气密接触下，并且所述穿通线与第二端塞的除了最后一层之外的各层之间的距离至少有1mm。

6.根据权利要求4的陶瓷壳组件，其特征在于所述穿通线凹进端塞内，并且，所述穿通线仅仅穿过从最外面的层开始的几个而不是所有的圈或层。

7.根据权利要求5的陶瓷壳组件，其特征在于所述各层与所述第二穿通线之间的距离随着离放电容积的距离的增加而象望远镜样地减小、或成曲线形地平滑地变化。

8.根据权利要求1的陶瓷壳组件，其特征在于只有所述最里面的层至少部分地处在所述电弧管的端部内。

9.根据权利要求1的陶瓷壳组件，其特征在于所述第二端塞包括至少五个在轴向上放置的零件。

10.根据权利要求1的陶瓷壳组件，其特征在于所述第二端塞的所述第一最里面的零件有“顶帽”结构。

11.根据权利要求1的陶瓷壳组件，其特征在于所述第二穿通线是管状的。

12.根据权利要求1的陶瓷壳组件，其特征在于容器的端部借助于有用于所述多零件结构的中心孔的盘形插入件封闭，并且所述多零件结构凹进所述插入零件的里面。

13.根据权利要求1的陶瓷壳组件，其特征在于所述第二端塞的所述最后的、最外面的零件有至少50体积百分比的金属含量。

14.根据权利要求13的陶瓷壳组件，其特征在于所述第二端塞的所述最后的、最外面的零件是可焊接的。

15.根据权利要求14的陶瓷壳组件，其特征在于所述第二穿通线被焊接到所述第二端塞的最后的、最外面的零件上。

16.根据权利要求12的陶瓷壳组件，其特征在于所述第二端塞中设置独立的充填孔。

17.根据权利要求16的陶瓷壳组件，其特征在于用可焊接的材料制成的塞子与所述充填孔相配。

18.根据权利要求17的陶瓷壳组件，其特征在于所述塞子被焊接到所述第二端塞的所述最后零件的外表面。

19.根据权利要求1的陶瓷壳组件，其特征在于所述电弧管的陶瓷材料包括用氧化镁掺杂的氧化铝。

20.根据权利要求19的陶瓷壳组件，其特征在于所述电弧管的陶瓷材料中还包括氧化钇。

21.根据权利要求1的陶瓷壳组件，其特征在于对于至少所述最外面的圈来说所述多层金属陶瓷体的材料由纯氧化铝制成，而对于至少所述最里面的圈来说所述多层金属陶瓷体由用氧化镁掺杂的氧化铝制成。

22.根据权利要求1的陶瓷壳组件，其特征在于所述多零件结构在其面对放电空间的一侧被连接到空心构件，并且所述连接区被套管包围。

23.根据权利要求1的陶瓷壳组件，其特征在于所述第一端塞是单零件体或所述多零件端塞。

24.一种有根据权利要求1的高气压放电灯的陶瓷壳组件的灯。