CN1210360A - 电极和方法及其制造装置 - Google Patents

Abstract

一种用于高压放电灯的钨质电极,它含有一个柱形柱柄(5)和一个锥形尖端(9)。该尖端基本上是通过径向变形(径向锤锻或横向滚轧)制成。

Description

电极和方法及其制造装置

根据权利要求1的前序部分，本发明的出发点为一种电极。在此，尤其涉及一种用于高压放电灯的电极，这种放电灯如氙灯或汞灯等。

众所周知，钨电极的制造方法是建立在钨粉的压制及密封烧结的基础上。通常，这种制作出的坯件还要经历一个成型与压缩过程，譬如，采用锤锻与/或轧辊等方法。此处，关系到一个圆柱坯件的径向锤锻问题。在DE-OS2519014及US-A 4 859 239中典型地讲述了这些基础知识。

在材料通过平面锤锻夹具中，采用径向锤锻圆柱坯件使得材料变形。这种方法的目的为，在材料长度相同的情况下，均匀地缩小坯件的外径。类似的方法也可当作轧辊和抽拉的方法步骤。典型地，在锤锻时，每个方法步骤将外径缩小为原来的20％。

如果最终需要的外径还要更小的话，另外可再通过一种抽拉方法将外径约为4mm的材料进行变形。

在US-A 5422539中已公布有一种高压放电灯电极及其制造方法。制造电极尖端时，通常通过切削加工模型来实现，也可采用车削或磨削。根据该著作理论，另外还可以通过轴向锤锻(镦锻)进行改良，由此对电极尖端进行另一种压缩处理。

根据该技术水平，这种电极坯件的稳定性结构迄今已没有什么作用。在电极的柱形区域，晶粒联接结构与导线的轴线保持平行，在电极的尖端区域也是如此。如果电极尖端几何形状是通过大家所知的切削加工模型制成的话，譬如车削与磨削等，那么，晶粒联接结构在注入尖端斜面时将呈均匀分布状，如附图1所述。

因此，迄今为止，在电极尖端区域，晶粒联接结构要偏向或对准轴线是不可能的，同时，要指向电极尖端的平顶段也是不可能的。现有方法的缺点为，除产生大量的废品外，还必须买进切削加工方法。这种废料是由于做成的电极尖端与相应圆柱坯件间的差异造成的。

本发明的目的为，提供一种权利要求1前序部分讲述的电极，采用该种方法，生产的废品少，且在生产中的燃烧特性比较好。

该目的由权利要求1特征部分的特征得以实现。在从属权利要求中存在特别有利的实施例。

至今，采取径向锤锻技术只适合于用可塑性金属(铁)制作极小开角的(10°以下的近似针形)尖端。对于这种使用方法，钨被认作为易碎物质。作出10°以下的开角是不可能的。

在利用本发明的径向锤锻方法制作电极尖端时，不采用平面夹具，而采用与所需尖端形状相应的锤锻夹具，例如，可使用此类夹具来对一种烧结坯件进行圆柱形锤锻，这是大家所知的。方法的首先步骤为，在烧结坯件进行最后一次外径变形后，继而通过上述方式对各个电极坯件进行拉长。

本发明的电极材料由高熔点物质组成，尤其是钨材料。原理也适合于铼、锇、钽(-碳化物)或其它类似物。它们当中可添加一种类似于钍的掺杂材料，以作为激活物质。通常，也添加一些如铝的氧化物、钾或硅等掺杂材料。但是，还可以考虑使用合金，优先采用钨合金。

本发明的电极由一个柱形基体和一个锥形尖端组成，基体也称为柱柄，其尖端基本上是通过径向变形而制成的。

本发明提供下列优点：

a)在电极尖端区域，结构稳定性提高了；

b)晶粒联接结构在尖端排列时指向电极轴线，特别是能够指向电极尖端的平顶段；

c)直接实现电极尖端成型；

d)电极材料的废品减少；

e)在电极尖端区域实现结构调整；

f)在利用工具成型时可减少材料磨损(例如，采用车刀、砂轮等)。

其一个决定性的优点为，晶粒联接作为掺杂材料的通道，且在径向变形之前，晶粒联接就已对准轴线，径向变形也可以节省，实际上，晶体联接只是在尖端附近区域就结束了，这样，燃烧特性就极为平滑。在晶粒联接区域，促进放射的掺杂物可以进行很好地散射。

尖端为一种钝锥形，且带有一个锥形护筒和一个平顶，这样做是比较有利的，在此，该种晶粒联接优选地采取在到达平顶区域后再结束。这样，掺杂物可优选地送至平顶区域。反过来，掺杂物的气化损耗可通过锥形护筒而得到减少。这对延长灯具的寿命是有好处的。

通过径向变形，电极尖端可制成简单的几何形状。这种变形可以优选地采用径向锤锻或横向滚轧的方法。在通过自由选择变形参数(如温度，开角，变形程度)进行变形操作后，还可由附加的变形操作实现理想的结构。这对燃烧特性和电极的寿命都是有利的。

在VDI-Nachichten Nr.20,17.5.96,S.11中，已典型地公布了横向滚轧的一般原理。但是，它是用于生产外径有较大断续跳跃的元件(钛合金锻压工件)。此外，横向轧辊还需装备圆形夹具，夹具剖面呈销状。该剖面是对称的。在应用本发明时，需安装剖面不对称的圆形夹具。这种剖面形成的电极尖端不会有断续跳跃。

在一定情况下，通过确定电极外径及变形参数，经过径向锤锻后可产生一种优良的结构(晶粒数量明显减少)，再由附加的变形操作使结构的强度加大(硬度显著增加，有时密度也增加)。尖端的晶粒数量及密度同柱柄处相比是不相同的，典型地，采用一个2或比2大的因数表示，有时该因数达3～10。

另外，该电极还可优选地掺杂有特殊的氧化性。现表明，另外掺入的这种掺杂物通过径向变形后，其强度也会被磨得更大。由此，掺杂物产生的色散变得更好，更均匀。

经过尖端的变形，可得到理想的结构形式，因此，在电极尖端区域，这种稳定性结构将会改善其耐高温性能。与之相对的是，通过附加的变形操作，柱柄也能做出其理想的结构。

通过采用近乎最后成形的模型，就省略了切削加工这个步骤，这也表明，最后可能只是进行一些无关紧要的校正。因此，很明显地减少了可能多用的材料(5％至25％)。减少的数量取决于开角的大小，总之，若采用镀钍材料将会很有用处，因为这样可以降少处理一些放射性垃圾废料。

同时，金刚石砂轮的需要量和损耗急剧减小，而金刚石砂轮是非常昂贵的。

电极的外径越小，进行的径向变形方法就越容易，特殊地，如锤锻方法。但是，在外径高达约50mm时，该方法在原理上仍然适用。这种方法应用于直流电极时可取得非常好的效果。但也可用该方法来制造交流灯具的阴极与阳极。

径向变形(锤锻)总是含有一个正切分量。因此，在制造这种总开角α可大到90°的尖端时，优选选用α小于60°。当开角较大时，变形力只作用于表面附近。晶粒区域不会接触到它。由此，在低洼的晶粒区域，表面附近的膜层将形成一种蠕变。在此过程中就可能产生不理想的空腔。

尖端优选采用锥形或钝锥形。优选采用后一种，因为晶粒联接可在一个平顶上结束，以提供一个放电面，掺杂材料是沿着晶粒联接进行传送的。

下面根据几个实施例本发明可得到更详尽的阐述，其中：

附图1为一种钨电极的剖面，其尖端被削磨过(先有技术)；

附图2为一种钨电极的剖面，其尖端经过径向锤锻；

附图3讲述了附图2电极的原理(附图3a)，在此，分别放大了尖端区域(附图3b)和柱柄区域(附图3c)；

附图4为一对用于径向锤锻的锤锻夹具，它带有侧视图(附图4a)、前视图(附图4b)和俯视图(附图4c)；

附图5为一种高压放电灯，它带有附图2所示的径向变形阴极；

附图6放大了附图5中的阴极。

附图1中，电极由钨材料制成，并掺杂有钾、硅和铝，其外径详细尺寸为1.5mm，其尖端经过削磨。采用金刚石砂轮，它可通过常规的方法做成。

同上述相比，附图2为一种均匀掺杂的钨材料电极，外径详细尺寸为1.5mm，其尖端经过圆形锤锻。它是根据本发明方法经过径向锤锻而成。

采用典型的镀钍钨材料，附图3展示了一种可以实现理想结构的方法，它是通过在锥形尖端进行径向锤锻而制成的。电极4的外径为3mm，且尖端开角为40°。附图3a展示了尖端9(变形区)和柱柄5区域内的两个剪图位置。在尖端上(附图3b)，通过变形产生一种圆形捏合结构，这种结构在生产时形成了一种再结晶。这种结构比柱柄区域内的结构(附图3c)要好，主要在于它形成了大家都知道的普通拉拔结构。在经过一种再结晶热处理后，它还是有效。

根据本发明的制作方法，在制作电极时，通常是先对钨粉进行压制，然后再烧结。烧结后的棒状坯件进行密封辊轧、锤锻，必要时需进行抽拉，直至达到最终理想的外径尺寸。在上述方法生产的电极坯件基础上，通过径向锤锻制造出电极尖端，其锤锻夹具中加有理想的尖端几何轮廓。

附图4用三个视图展示了一对锤锻夹具15。它由长方六面体工件组成，其同面向电极柱柄的前面16备有半圆形凹口17，该凹口沿着狭长面14延伸。凹口17向里后变窄，而且从原理上讲为锥形。凹口17由三段组成，一个是进口18，它外形呈一个强大的锥形，另一个是导柱19(为电极柱柄所用)，其外径是恒定的，还有一个是尖形段20，其锥形形状根据需要的电极尖端开角制成。夹具15的两个狭长面14拉开一定的间距，圆柱形电极坯件便伸进其间进行加工。在径向锤锻之前，电极坯件同普通方法一样被加热到一个适合于加工的温度。然后由夹具15对尖端进行锤锻。

附图5用图解方式展示了一种短弧氙灯1，工作方式为直流，功率为150W，其目的为用于照像光学。椭圆形放电室2由石英玻璃制成，且包含一个阳极3与一个阴极4。每个电极都有一个柱柄5，柱柄上连有一种钼膜6。这种电极在放电室2的末端是通过真空密封封接起来的。

附图6展示了放大几倍的阴极4。它由钨制成，且掺杂有重量百分比为0.4的ThO₂。为确保产生高度稳定的电弧，阴极上由柱柄5构成的柱形基本可通过一种平截头圆锥体技术进行缩小以生成一个尖端9，其锥形护筒11套至放电平顶面10。尖端9通过径向锤锻制成，且带有附图3所示的结构。此处开角α为20°。只有平顶10是在最后进行削磨加工处理的。

Claims (10)

1．用于高压放电灯的电极(4)，它由高熔点材料做成，特别如钨材料，它带有一个柱形柱柄(5)以及一个锥形尖端(9)，其特征在于，尖端(9)基本上是通过径向变形而制成的。

2．根据权利要求1的电极，其特征在于，钨材料有掺杂。

3．根据权利要求1的电极，其特征在于，变形是通过径向锤锻或横向滚轧形成的。

4．根据权利要求1的电极，其特征在于，尖端(9)区域的硬度、有时还有密度要比柱柄(5)处的大。

5．根据权利要求1的电极，其特征在于，尖端(9)通向一个平顶(10)。

6．根据权利要求1的电极，其特征在于，尖端区域的晶粒平均数量比柱柄区域的少。

7．高压放电灯，带有根据上述权利要求之一的电极。

8．制造高压放电灯钨电极的方法，其中，电极带有一个柱柄(5)及一个锥形尖端(9)，其特征在于，尖端(9)基本上是通过径向变形而制成的。

9．根据权利要求8的方法，其特征在于，径向变形是通过锤锻或横向滚轧形成的。

10．对权利要求1的电极进行径向锤锻的装置，它由一对长方六面体锤锻夹具(15)组成，该种夹具带有一个前面(16)和一个面向电极的狭长面(14)，其中，近似半圆形状的凹口(17)向内变窄，为了接受电极的一部分从前面(16)起沿着狭长面延伸。

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