CN1180234A - 金属卤素灯的陶瓷管的制造方法 - Google Patents

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Abstract

金属卤素灯陶瓷管的制造方法,包括:形成包括一环形部分的整体模制体,在各整体模制体和模制管形体被模制或煅烧后将整体模制体的环形部分插入管形体的开口端形成一组装体,烧制组装体,形成整体烧制体,在径向力作用于环形部分和管形体之间的情况下,通过烧制使环形部分和管形体烧结在一起,陶瓷管包括包含放电空间的并在两端有开口的管形体,位于管形体开口端部的环形体,和通过环形部分分别固定于管形体两端的电极件插入部分。

Description

金属卤素灯的陶瓷管的制造方法
本发明涉及一种作为高亮度放电灯使用的金属卤素灯的陶瓷管。
U.S.P.4,409,517中公开了一种高压放电灯，其充以包含金属卤素化合物的可电离材料。作为构成这种高压放电灯的电极的金属，已经使用了铌，钽等，因为该金属要求一个接近于陶瓷管--特别是氧化铝管--的热膨胀系数。然而，铌和钽没有足以耐受卤素的必要的耐受性。为此，JP-A-6196，131公开了一种如图9所示的陶瓷管的使用。
该陶瓷管包括一管形体11，其中形成一放电空间4，一对环形件12插入管形体11的两开口端部，并且细长的圆柱形电极件插入件13分别固定地插入环形件12的中央开口。由于烧制收缩，压力施加于管形体11和内周面11a和各环形件12之间，和环形件12与电极插入件13之间。由此，通过烧制收缩，元件11，12和13整体烧结，以致在它们之间保持气体密封。一电极件(未示)通过各电极插入件13的空间2插入。
本发明人连续和集中地研究了如何实现这种陶瓷管的大规模生产和商业化。更具体地说，本发明人首先将一电极插入件(端件)13的煅烧预制件插入一环形件12的煅烧预制件，并烧制该组件。同时，环形件12和端件13被制造，使如果端件13和环形件12以适当温度分另烧制，则在烧制后，端件13的外径稍大于环形件12的中心孔的内径。于是，适当的压应力形成于环形件12和端件13之间，以在它们之间形成气体密封。同样，由于它们烧制收缩后的尺寸差，压应力也形成于管形体11和环形件12之间，从而保持了气体密封。
然而，可以理解，在上述生产过程中，下面的问题仍未解决。即，有一个倾向：端件或电极插入件13的内径--用于容纳电极件的空间2的尺寸--在固定于环形件12的部件14比空间2其他部分更小。例如，在烧制后进行测量，如果端部13的内径设定为0.65-1.4mm，则在部件14内侧的电极插入件13的内径小于其他部分大约0.02-0.03mm。
已经证明，上述生产工艺还有下面的问题。即，如果在端件13上施加压力，由于可能在整体烧结的收缩配合中残余应力的影响，在环形件12的边缘15附近会形成细纹。所以，就降低了端件13的配合强度。
为了减少内径差，和增加配合强度，已研究了如何减少端件13外径和环形件12内径之间的差。然而，已经证实，在这种情况下，气体可能从端件13和环形件12之间的界面泄漏。
本发明的目的是提供一种制造制造金属卤素灯陶瓷管的方法，该方法能防止用于接受电极件的端件内径在端件与环形体接触的位置减少，增加了端件与管形体的配合强度，并减少了气体通过端件和环形体之间界面泄漏的可能性。
本发明提供了一种金属卤素灯陶瓷管的制造方法，包括下列步骤：形成包括一电极件插入部分和一绕电极件插入部分外周边定位的环形部分的整体成形体，在各整体模制体和模制管形体被模制或煅烧后的状态下，将整体成形体的环形部分插入成形的圆柱形管形体的开口端部，由此形成一组装体，并且烧制组装体，形成一包括电极件插入部分和环形部分的整体烧制体，在径向压紧配合力作用于环形部分和管形体之间的情况下，通过烧制使环形部分和管形体烧结在一起，所述陶瓷管包括包含放电空间的并在两端有开口的圆柱形管形体，位于管形体开口端部的环形体，和通过环形部分分别固定于管形体两端的电极件插入部分。在说明书和权利要求中的术语“圆柱形”也包括“梭形”。
如上所述，本发明实现了这种的技术目的，即，环形部分和电极件插入部分整体模制，在各整体模制体和模制管体直接使用或在煅烧后的情况下，整体模制体的环形部分插入模制的环形管体开口端部，从而形成一组装体，并烧制组装体。于是，可以理解，在圆柱形电极件插入部分与环形体连接的位置，能防止电极件从中插入的电极件插入部分的内孔的直径减少，并且端件和管形体的配合强度大大增加了并稳定了。另外，能防止气体通过电极件插入部分和环形部分之间的界面泄漏。所以，从高亮度放电灯的大规模生产和实际应用来看，本发明的方法都有很大的意义。
下面通过实施例并参照附图对本发明进行说明。
图1(a)是第一模制或然后煅烧体1的透视图；图1(b)是管形体的模制或然后煅烧体3的透视图；
图2是通过组装第一模制或然后煅烧体1与管形件3的模制或然后煅烧体所得到的组装体5的剖视图；
图3是通过烧制组装体所得到的金属卤素灯陶瓷管21的剖视图；
图4(a)是一挤压体30的剖视图；图4(b)是通过磨削图4(a)中的模制体所得到的第一成形体的剖视图；图4(c)是通过粉未压制得到的模制管形体的剖视图；
图5是第一模制或然后煅烧体1与有一管形件，环形部分和电极件插入部分的第二模制或然后煅烧体8结合之前的透视图；
图6通过组装第一模制或然后煅烧体1与第二模制或然后煅烧体8所得到的组装件10的剖视图；
图7是通过烧制图6中的组装体所得到的金属卤素灯陶瓷管24的剖视图；
图8(a)，(b)，(c)是各组装体的主要部分的剖视图，其各通过组装第一模制或然后煅烧体1，15，19与管形体的模制或然后煅烧体而得到；
图9是通过组装管形体的第一模制体，环形部分的模制体和电极件插入部分的模制体所得到组件的剖视图。
在本发明中，管形体和端件由陶瓷材料制造，但陶瓷材料不限于任何特定的种类。然而，陶瓷材料需要有能承受卤基腐蚀气体的抗腐蚀性，其最好是浓的氧化铝，氧化钇，YAG，等等。
对于要通过电极件插入部分插入的电极件的形状没有特殊的限制。作为电极件的材料，可以使用各种高熔点金属，和导电性的陶瓷。从导电性观点看，最好是高熔点金属。作为这种高熔点金属，最好至少一种金属是从包含钼，钨，铼，铌，钽和其合金的一组中选出的。
在它们之中，已知铌和钽的热膨胀系数差不多与构成陶瓷放电管的管形体和端件的陶瓷材料--特别是氧化铝陶瓷--的符合，但是这些金属可能被金属卤素腐蚀。所以，为了延长导电件的使用寿命，其最好由包括钼，钨，铼与其合金的一组中选出的金属制造。这些对金属卤素有高耐受性的金属通常有小的热膨胀系数。例如，氧化铝陶瓷的热膨胀系数是8×10-6K-1，钼的是6×10-6K-1，而钨和铼的是小于6×10-6K-1。
由此，最好电极件靠近管形件放电空间的部分由包括钼，钨，铼及其合金的一组选出的金属制造，而不面对放电空间的部分由铌或钽制造。
在本发明的制造陶瓷管的工艺中，最好将环形部分和管形体设计为，使当电极件插入部分和环形体的整体模制体未装配到模制管形体的情况下而分别进行烧制时，烧制的环形部分1b的外径不小于烧制管形体3内径的1.001倍。另外，为进一步抑制环形部分和管形体之间的热应力，烧制环形部分的外径不大于管形体内径的1.010倍。
在生产本发明的陶瓷管的工艺中，组装体是在环形体和电极件插入部分的各整体模制体和管形体被模制或煅烧的情况下通过将环形部分插入圆柱形管形体开口端部而形成的。为了容易实现上述插入，在各环形体和电极件插入部分的整体模制体和管形体被模制或煅烧的情况下，整体模制体的环形部分的外径被制成小于模制管形体开口端部的内径。为了使环形体的外径小于管形体开口端部的内径，可以使用下列方法：(1)通过控制各成形体的密度，使环形体的烧制收缩系数比管形体的要小。(2)环形体仅稍微煅烧而收缩。(3)如果环形体的煅烧程度比管形体的大，则环形体和管形体都被煅烧。
根据本发明，可以制备一对各包括电极件插入部分和环形部分的整体模制体，在各整体模制体和管形体被模制或煅烧之后，通过将各整体模制体的环形部分插入管形体的开口端部而形成组装体，并且烧制组装体。下面参照图1-3描述最佳实施例。
图1(a)是如被模制或煅烧的第一整体模制体1的透视图。该模制或煅烧体1有一电极件插入部分1a，和一环形部分1b。图1(b)是如被模制或煅烧的第二模制体3(一模制或煅烧的管形体)的透视图，其中形成一放电空间4。如图2所示，通过将第一模制或煅烧体1的环形部分1b插入模制或煅烧管形体3的一个开口端部3a而形成一组装体5。在一预定温度烧制组装体，能得到如图3所示的金属卤素灯的陶瓷管21。陶瓷管21包括一管形体20和一对整体烧制的体22。各整体烧结体22的环形体22b装入管形体20的端部，并整体烧结在管形体上，如处于收缩配合中。一电极件6插入整体模制体22的电极件插入部分22a。最好，电极件6的外周边和电极件插入部分内周边之间的间隙是0.02-0.10mm。
在最佳实施例中，朝向放电空间4的电极件6的部分6a由对卤素气体具有高耐腐蚀性的金属制造，而电极件6的端部6b由与上述陶瓷管有接近的热膨胀系数的金属制造。一预定的电极单元7装在电极件6的端部。
参照具体的实验结果对本发明的实施例进行描述。
(实验1)
在具有不低于99.9％高纯度氧化铝粉中加上750ppm的氧化镁，2％重量的聚乙烯醇，0.5％重量的聚乙烯乙二醇，和50％重量的水，通过在一球磨机中碾磨和混合所得到的混合物一个小时，并在接近200℃干燥其产物，而得到平均颗粒直径为大约70μm的粒状粉末。
所得到的粒状粉末在2000kg/cm2的压力下模压，由此得到两个整体模制体1和一个管形体的模制体3，如图1(a)和1(b)中所示。这时，整体模制体1和模制体3的尺寸被调整，以致如果它们分别烧制，环形体22b的外径将大于管形体20内径1.001-1.010倍。
然后，一个模制体1在1200°煅烧，以收缩其尺寸，并将煅烧体1插入管形体的模制体3的一个开口端部，如图2所示，形成一组装体5。于是，组装体在1200°下煅烧，使管形体的模制体3收缩，并基于其原始的尺寸差而相互连接。然后，另一模制体1在1300°煅烧，并将其插入管形体的煅烧体3的另一开口端部，从而得到一最终的组装体。组装体在氢气氛下于1800°的温度烧制，由此，最终地连接所述构件，如图3所示。
对于所得到的陶瓷管21，在管形体20内侧区域9处的空间2的内径和其他部分空间2的内径之间所测量的差为大约0.01mm。
另外，通过使一强度检测器的探头与电极件插入部分22a在离开其端部10mm的位置接触，并通过探头在垂直方向在电极件插入部分施加一负载，可以测量弯曲强度。结果，弯曲强度为29kgf/cm2。
(实验2)
在具有不低于99.9％高纯度的氧化铝粉中加入750ppm的氧化镁，4％重量的甲基纤维素，2％重量的聚氧化乙烯，5％重量的硬脂酸，和23％重量的水，所得到的混合物在一搅拌机中搅拌15分钟。在15kg/cm2的挤压压力下挤压搅拌的混合物，并干燥挤压物，而得到一挤压体30，如图4(a)所示。
通过切削上述挤压体30而得到如图4(b)所示的整体成形体32。整体成形体32有一部分32a和32b，它们在烧制后分别形成电极件插入部分和一环形部分，在部分32a中形成一中空的空间33。通过上述的粉末压制工艺，得到一如图4(c)所示的模制体34。在模制体34内侧形成一空间35，以构成一放电空间。在该实施例中，整体成形体32和管形体的模制体34的尺寸被调整为，如果它们被分别烧制的话，环形部分22b的外径大于管形体20内径1.001-1.010倍。
然后，一个模制体32在1200°煅烧，以收缩其尺寸，由此得到一煅烧体1，并将煅烧体1插入管形体的模制体34的一个开口端部，如图2所示，形成一组装体。于是，组装体在1200°下煅烧，使管形体的模制体收缩，并基于其原始的尺寸差而相互连接。然后，另一模制体32在1300°煅烧，并将其插入管形体的煅烧体3的另一开口端部，从而得到一最终的组装体5。组装体在氢气氛下于1800°的温度烧制，由此，最终地连接所述构件，如图3所示。
对于所得到的陶瓷管21，在管形体20内侧区域9处的空间2的内径和其他部分空间2的内径之间所测量的差为大约0.01mm。
另外，通过使一强度检测器的探头与电极件插入部分22a在离开其基部10mm的位置接触，并通过探头在垂直方向在电极件插入部分施加一负载，可以测量弯曲强度。结果，弯曲强度为27kgf/cm2。
(对比实验)
在具有不低于99.9％高纯度氧化铝粉中加上750ppm的氧化镁，2％重量的聚乙烯醇，0.5％重量的聚乙烯乙二醇，和50％重量的水，并在一球磨机中碾磨和混合所得到的混合物一个小时。通过在一喷干机中在接近200℃干燥碾磨和混合的粉末，而得到平均颗粒直径为大约70μm的粒状粉末。
通过在1000kg/cm2的压力下模压成颗粒状的粉末而形成如图9所示的模制体11，12。另一方面，在具有不低于99.9％高纯度的氧化铝粉中加入750ppm的氧化镁，4％重量的甲基纤维素，2％重量的聚氧化乙烯，5％重量的硬脂酸，和23％重量的水，所得到的混合物在一搅拌磨机中搅拌15分钟。通过在15kg/cm2的挤出压力下注模搅拌的混合物而形成一挤压体13，干燥所产生的挤压体并切断它。
在该例中，模制体11和12的尺寸调整为如果它们分别烧制的话，环形部分的外径大于管形体的内径1.001-1.010倍。另外，模制体12和13的尺寸调整为如果它们分别烧制，电极件插入部分的外径大于环形部分内径1.001-1.010倍。
然后，通过在1300℃煅烧模制体13并将煅烧体13插入模制体12而得到两个组装体。一个组装体在1200℃下煅烧，而另一个在1300℃下煅烧。将在1200℃下煅烧的组装体的模制体12插入在1200℃下煅烧的管形体的模制体11。于是，煅烧组件与在1300℃下煅烧的组装体结合了。在氢气氛下烧制整个组件，从而将构件结合在一起。
对于所得到的陶瓷管，在管形体内侧区域处的空间2的内径和其他部分空间2的内径之间所测量的差为大约0.03mm。
另外，通过使一强度检测器的探头与电极件插入部分22a在离开其基部10mm的位置接触，并通过探头在垂直方向在电极件插入部分施加一负载，可以测量弯曲强度。结果，弯曲强度为14kgf/cm2。
制备一第一整体模制和然后煅烧体，其包括一电极件插入部分和绕电极件插入部分一端定位的环形部分。制备第二整体模制或然后煅烧体，其包括管形体，径向向内位于管形体一端的环形部分，和一端位于环形部分中心孔的电极件插入部分。第二模制或然后煅烧体在与其电极件插入部分相对侧具有孔。通过将第一模制或然后煅烧体的环形部分插入第二模制或然后煅烧体的上述孔而形成一组件。将最终的组装体进行烧制，使包括电极件插入部分的第一模制或然后煅烧体整体烧制，并且包括电极件插入部分，环形部分和管形体的第二模制或然后煅烧体整体烧制，而第一模制或然后煅烧体的环形部分与第二体的管形体烧结，使前者和后者处于收缩配合的状态。
图5为一透视图，显示了这种第二模制或然后煅烧体8。一标号8a表示一电极件插入部分，标号8b和8c分别表示一环形部分和一管形部分。在图5中右侧，第一整体模制或然后煅烧体由1表示。如图6所示，在第二整体模制或然后煅烧体8的一端有孔29，第一整体模制或然后煅烧体1的环形部分1b插入孔29中。一标号8b表示在放电空间4一侧的中空部分2的孔，而标号8e表示在外侧的中空部分的孔。
在这种情况下，环形部分和管形体最好设计为当第一整体模制体1未装在第二模制体8的情况下而分别进行烧制时，烧制的环形部分1b的外径不小于烧制的管形体内径的1.001倍。由此，两者能牢固地连接在一起。为了抑制在环形部分和管形体之间的热应力，烧制的环形部分的外径最好不大于管形体内径的1.010倍。
在上述状态下以一预定温度对组装体进行烧制，于是，能得到如图7所示的金属卤素灯的管24。管24包括一整体的煅烧体22和一整体的煅烧体25。整体烧制体25包括一电极件插入部分25a，环形部分25b和管形部分25c。整体烧制体22的环形部分22b插入管形体25c的端部开口，并且两者被整体烧结，而处于收缩配合。标号25d表示中空腔2在放电空间4一侧的孔，标号25e表示中空腔2在外侧的孔。一电极件6插入电极件插入部分25a。在电极件6和电极件插入部分25a内周面之间的间隙最好为0.02-0.10mm。
下面显示了一更特殊的实验结果。
(实验3)
在不小于99.9％的高纯度的氧化铝粉末中加入750ppm的氧化镁，5％重量的聚乙烯醇，4％重量的聚苯乙烯，4％重量的丙烯酸树脂，1％重量的硬酯酸，和1％重量的DOP，通过使用一连续挤压搅拌机从产生的混合物中制成大约3mm直径的颗粒。用上述颗粒在180℃的树脂温度，2.5cc/秒的喷射速度，和600kg/cm2的喷射压力下进行喷注。并切掉浇口部分。于是，形成了图5中的模制体1和8。
这时，模制体1，8的尺寸设计为当其分别烧制时，烧制的环形部分22b的外径不小于烧制的管形体25c内径的1.001倍，并且不大于其1.010倍。
然后，将模制体1在5℃/分的加热速率下加热到450℃使其脱蜡，并在1200℃煅烧和收缩，从而得到一煅烧体。将煅烧体的环形部分插入模制体8，从而得到一组装体。组装体在氢气氛下于1800℃烧制，从而牢固地连接构件，如图7所示。
对于所得到的陶瓷管24，在管形体25c内侧区域9处的空间2的内径和其他部分空间2的内径之间所测量的差为大约0.01mm。
另外，通过使一强度检测器的探头与电极件插入部分22a在离开其基部10mm的位置接触，并通过探头在垂直方向在电极件插入部分施加一负载，可以测量弯曲强度。结果，弯曲强度为29kgf/cm2。
在本发明中，最好是第一整体模制或然后煅烧体的环形部分与模制或然后煅烧管形体有能使其相互接合的相应形状。在第一模制或然后煅烧体中，在电极件插入部分和环形部分之间的接合部可以形成一C截面的弯曲面或一R截面的弯曲面。
图8(a)，8(b)，8(c)显示了一整体模制或然后煅烧体3的环形部分1，15，19的主要部分，体3包括一电极件插入部分，环形部分牢固地插入由一环形体，一管形体和一电极件插入件构成的管形体的模制或然后煅烧体3或整体的模制或然后煅烧体8。如前所述，虽然在图中示出了一圆柱形管形体，但也可使用一梭形的管形体。
在图8(a)中，整体模制或然后煅烧体15包括电极件插入部分15a，和环形部分15b，并且一个在电极件插入部分15b中的中空部分2在15c和15d处打开。在环形部分15b的外周边的内缘形成切口部分16。模制或然后煅烧体3(8)的端部装在切口部16，而模制然后煅烧体3(8)的端面靠在环形部分上。
在图8(b)中，整体模制或然后煅烧体与前面所述的有相同的结构。另一方面，在模制或然后煅烧体3(8)的端部内侧形成切口部分18。通过这种结构，模制或然后煅烧体8的端部装在切口部分18处，并由突起部17固定。
以此方式，第一整体模制或然后煅烧体和模制或然后煅烧管形体被设计为有能相互接合的相应形状时，两个模制或然后煅烧体能容易并准确地定位，以得到其组装体。
在图8(c)中，整体的模制或然后煅烧体19包括一电极件插入部分19a，和一环形部分19b，和一在电极件插入部分19a内侧的并在19c和19d处开口的中空腔2。在第一模制或然后煅烧体19中，在电极件插入部分19a和环形部分19b之间的连接处具有C形截面的曲面或R形截面的曲面。通过这种结构，能进一步增加电极件插入部分19a的弯曲强度。可以认为，在应力作用的位置不可能发生裂纹。
如上所述，根据本发明，当要生产有特定结构的金属卤素灯陶瓷管时，能防止在电极件插入部分与环形部分连续的位置减少电极件插入部分的内径。另外，能增加由电极件插入部分和环形部分构成并装在管形件中的的端件的配合强度。另外，气体通过端件和环形件之间界面的泄漏也能防止。

Claims (6)

1.一种金属卤素灯陶瓷管的制造方法，包括下列步骤：形成包括一一电极件插入部分和一绕电极件插入部分外周边定位的环形部分的整体模制体，在各整体模制体和模制管形体被模制或煅烧后的状态下，将整体模制体的环形部分插入模制的圆柱形管形体的开口端部，由此形成一组装体，并且烧制组装体，形成一包括电极件插入部分和环形部分的整体烧制体，在径向压紧配合力作用于环形部分和管形体之间的情况下，通过烧制使环形部分和管形体烧结在一起，所述陶瓷管包括包含放电空间的并在两端有开口的圆柱形管形体，位于管形体开口端部的环形体，和通过环形部分分别固定于管形体两端的电极件插入部分。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：制备一对第一模制或然后煅烧体，所述第一模制或然后煅烧体各包括电极件插入部分和环形部分，制备管形体的模制或然后煅烧体，其两端有端部开口，将所述第一模制或然后煅烧体的环形部分插入管形体的开口端部，从而形成一组装体，并且烧制组装体，从而形成一包括电极件插入部分和环形部分的整体的烧制体，在径向压紧配合力作用于环形部分和管形体之间的情况下通过烧制使环形部分和管形体相互烧结。
3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：制备一第一整体模制或然后煅烧体，其包括电极件插入部分和环形部分，一第二整体模制或然后煅烧体，其包括有开口端部的管形体，环形部分位于管形体与所述开口端相对的一端，并且电极件插入部分位于环形部分内侧，将第一模制或然后煅烧体的环形部分插入第二模制或然后煅烧体的所述开口端部，从而形成一组装体，然后烧制组装体，从而形成一组装体，然后烧制组装体，形成一包括电极件插入部分和环形部分的整体的烧制体，在径向压紧配合力作用于环形部分和管形体之间的情况下通过烧制使第一模制或然后煅烧体的环形部分与管形体相互烧结。
4.如权利要求1-3中任一所述的制造方法，其特征在于：第一模制或然后煅烧体的环形部分和管形体的模制或然后煅烧体有能使它们相互接合的相应形状。
5.如权利要求1-3中任一所述的制造方法，其特征在于：在电极插入件和第一模制或然后煅烧体的环形部分之间的连接部分形成一C形截面曲面或一R形截面曲面。
6.如权利要求1-5中任一所述的制造方法，其特征在于：第一模制体和模制管体的设计使当环形部分不插入管形体开口端部的情况下而分别烧制时，第一烧制体的环形部分的外径大于管形体内径，为其1.001-1.010倍。
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