CN1311513C - 接合体、发光容器以及高压放电灯用组装体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在至少由接合面是蓝宝石组成的第一部件和至少由接合面是蓝宝石或多晶氧化铝组成的第二部件的接合体中，接合强度高，防止了在接合界面产生裂纹的接合体。使接合材料用的原料介于第一部件(2)和第二部件(4A、4B)之间，通过在1730℃以下对该原料进行热处理使第一部件和第二部件接合起来，接合材料的结晶度在70%以上。并且提供一种使用该接合体的发光容器和一种使用该发光容器的高压放电灯用组装体。

Description

接合体、发光容器以及高压放电灯用组装体
技术领域
本发明涉及接合体、发光容器以及高压放电灯用组装体。
背景技术
作为汽车用的前车灯，采用了石英制的放电管的高压放电灯因其亮度和发光效率高而被广泛使用。这样的用了石英管的放电灯由于放电管是透明的，所以能够将由放电管内的发光气体组成的发光部用作放电灯的点光源。
本申请人在专利文献1中公布了在由半透明的透光性氧化铝组成的放电管两端的开口插入钼制的管子，把管子和放电管接合起来。
专利文献1，特开2001-76677号公报的放电灯是用作例如汽车前车灯用的模拟点光源的放电灯。但是，在汽车前车灯和聚光灯用灯泡的领域也需要使用了透明的放电管的放电灯。
专利文献2，特表2001-519969号公报公布了将蓝宝石制发光管和多晶氧化铝质的端隙进行单片封装的方法。
另外，专利文献3，特开昭56-44025号公报公布了用于密封放电装置用的陶瓷发光管的Dy2O3-Al2O3-SiO2系组成物。
另外，专利文献4，美国专利第3,588,573号公报公布了使用Dy2O3-Al2O3系的共晶接合剂来密封高温蒸汽的方法。
在专利文献2记载的方法中，利用固相反应使蓝宝石制发光管和多晶氧化铝质的端隙接合起来。但是，本发明者研究了该接合体之后，发现有以下的问题点。即，在本方法中，在蓝宝石和多晶氧化铝的接触面易于生长多晶氧化铝的晶粒。在成为完全单晶(蓝宝石)之前，该多晶氧化铝不成长，在这之前晶粒生长停止的话，沿着接合界面残留了粗大的氧化铝晶粒。结果，在接合界面的机械强度下降。从而导致由在本来可以承受的区域的热应力使接合界面被破坏。并且，在与蓝宝石的接触界面的附近，由于多晶氧化铝的晶粒生长的控制对烧结条件等非常敏感，所以控制困难。
发明内容
本发明的目的是实现在至少接合面是由蓝宝石组成的第一部件和至少接合面是由蓝宝石或多晶氧化铝组成的第二部件的接合体中，能够使其接合强度高，防止在接合界面产生裂纹。
为实现上述目的，发明的第一实施方式是备有至少接合面是由蓝宝石组成的第一部件和至少接合面是由蓝宝石或多晶氧化铝组成的第二部件，以及接合第一部件和第二部件的接合材料的接合体，使接合材料用的原料介于第一部件和第二部件之间，通过在1730℃以下对该原料进行热处理使上述第一部件和上述第二部件接合起来，其特征在于，该接合材料的结晶度在70％以上。
另外，发明的第一实施方式涉及发光容器和上述接合体，其特征在于：第一部件是在端部设有开口的放电管，密封部件被固定在放电管的端部。另外，发明的第一实施方式其特征在于：备有，上述发光容器、设在放电管的内部空间的电极、以及设在密封部件内的导体。
例如，用玻璃接合材料将高压放电灯的陶瓷放电管和陶瓷制的端隙接合起来时，由于接合材料易于因放电管内部的腐蚀性发光气体而受到腐蚀，所以应该选择接合温度高的接合材料。另外，在用接合材料接合时，要考虑到放电管的材质的热膨胀系数与端隙的热膨胀系数之差能够使接合部分裂纹以及强度下降。
但是，本发明者研究发现，在放电管是蓝宝石制的场合，接合温度所起的作用比蓝宝石和端隙的材质之间的热膨胀系数之差大。即，即使在蓝宝石和端隙的材质之间的热膨胀系数之差小，或者几乎没有的场合，接合温度高的话，接合部分产生的裂纹就多。这是因为蓝宝石的刚性高(即因变形导致的应力吸收性低)的话，即使热膨胀系数小热应力也与热膨胀差和温度差(＝接合温度(接合材料的融点)-室温)的积成正比，从而易于产生裂纹。另外，即使在蓝宝石和端隙的材质之间的热膨胀系数之差大到一定程度的场合，通过使接合温度低，就能够抑制在接合部分产生裂纹。
具体地说，在接合对象的一方为蓝宝石，另一方为蓝宝石或多晶氧化铝的场合，通过使结晶温度在1730℃以下，就能够抑制在接合界面产生裂纹，提高接合强度。从此观点来说，接合温度最好是在1700℃以下。
对该接合温度没有特别的下限，但通常较好是在1550℃以上，在1600℃以上则更好。由此，能够抑制在接合材料内部产生裂纹。
另外，发明的第二实施方式是备有至少接合面是由蓝宝石组成的第一部件和至少接合面是由蓝宝石或多晶氧化铝组成的第二部件，以及接合第一部件和第二部件的接合材料的接合体，上述接合材料用的原料介于上述第一部件和上述第二部件之间，通过在1730℃以下对该原料进行热处理，使上述第一部件和上述第二部件接合起来，该接合材料的结晶度在70％以上，其特征在于：接合材料由包含稀土类元素、铝以及硅的氧化物或氮酸化物组成，氧化物或氮酸化物中硅的比率换算成二氧化硅的话在3mol％以上、10mol％以下。
另外，发明的第二实施方式涉及发光容器和上述接合体，其特征在于：第一部件是在端部设有开口的放电管，第二部件是被固定在放电管的端部的密封部件。另外，发明的第二实施方式其特征在于：备有，上述发光容器、设在放电管的内部空间的电极、以及设在密封部件内的导体。
在上述的接合材料中，通过使硅的比率换算成二氧化硅的话在3mol％以上、10mol％以下，就能够抑制在接合部分产生裂纹。
另外，发明的第三实施方式是一种发光容器，它备有，由蓝宝石组成的、在端部设有开口的放电管；以及固定在放电管的端部、至少接合面为由蓝宝石或多晶氧化铝组成的密封部件，其特征在于：构成放电管的蓝宝石的c轴与放电管的管轴所成的角度在10℃以下。另外，发明的第三实施方式的特征在于：备有，上述发光容器、设在放电管的内部空间的电极装置、以及设在密封部件内的导电性部件。
通过使由蓝宝石组成的放电管的c轴整齐排列在与放电管的管轴(中心轴)几乎相同的方向，能够显著降低在放电管与固定在放电管端部的第二部件的界面附近蓝宝石的裂纹的发生率。
从此观点看来，最好是使构成放电管的蓝宝石的c轴与放电管的管轴所成的角度在5℃以下。
附图说明
图1是示意本发明的一个实施方式的高压放电灯用组装体1以及发光容器20A的纵截面图。
图2是示意本发明的另一个实施方式的高压放电灯用组装体11以及发光容器20B的纵截面图。
图3是示意本发明的又一个实施方式的高压放电灯用组装体21以及发光容器20C的纵截面图。
具体实施方式
图1是示意本发明的一个实施方式的高压放电灯用组装体1以及发光容器20A的纵截面图。发光管2备有一对开口部2a、2b和被一对开口部2a、2b夹住的发光部2f。由接合部件5A、5B将圆筒状的密封部件4A、4B与各开口部2a、2b的内侧开口2c接合起来。在发光管2的内部空间3密封进了离子化发光物质和起辉气体。在金属卤化物高压放电灯的场合，在放电管的内部空间密封进了氩气、氙气等惰性气体和金属卤化物，并且根据需要还密封进了水银或金属锌。2d是发光管2的端面。25是密封材料。
电极部件6备有支撑部6b、设在支撑部6b的前端的线圈状的电极6a。还有，在本例中，虽然在电极部件6的前端设有线圈6a，但是并不一定需要线圈6a。
在本例中，使接合部件5A、5B用的原料介于作为第一部件的放电管2和作为第二部件的密封部件4A、4B之间，通过在1730℃以下对该原料进行热处理来接合第一部件和第二部件。另外，密封部件4A、4B是由包含稀土类元素、铝以及硅的氧化物或氮酸化物组成，上述氧化物或氮酸化物中硅的比率换算成二氧化硅的话在3mol％以上、10mol％以下。另外，构成放电管2的蓝宝石的c轴(箭头C)与放电管2的管轴L所成的角度在10℃以下。
对放电管和密封部件的形态没有特别的限定，例如，可以有如图2、图3所示那样的形态。在图2的放电灯11以及发光容器20B中，放电管2A和端部密封部件14接合。本实施例的端部密封部件14备有平板状部14a、突出于平板状部14a的边缘的圆环状凸缘部14b、以及突出于平板状部14a的中心的电极支撑部14e。电极部件16插入电极支撑部14e的内侧的通孔14a。
密封部件14的平板状部14a的接合面14c通过接合材料15而与放电管2A的端面2d接合。另外，密封部件14的凸缘14b通过接合材料15而与放电管2A的端部外侧面2e接合。
在图3的放电灯21以及发光容器20C中，放电管2A与端部密封部件24接合。在本实施例的端部密封部件24的平板状部24a一面上形成有圆环状的槽24b，电极支撑部24c突出于另一面。电极部件16插入在电极保持部24c的内侧的通孔24f中，在其前端设有电极16a。
在槽24b内插入有放电管2A的端部2a。放电管2A的端面2d、内侧面2c以及外侧面2e通过接合部件15A而与密封部件24的槽24b的内壁面接合。
在图2、图3的例子中，使接合部件15、15A用的原料介于作为第一部件的放电管2A和作为第二部件的密封部件14、24之间，通过在1730℃以下对该原料进行热处理来接合第一部件和第二部件。另外，接合部件15、15A由包含稀土类元素、铝以及硅的氧化物或氮酸化物组成，氧化物或氮酸化物中硅的比率换算成二氧化硅的话在3mol％以上、10mol％以下。另外，构成放电管2A的蓝宝石的c轴(箭头C)与放电管2A的管轴L所成的角度在10℃以下。
在所有例子中，在发光管的内部空间3中密封进了离子化发光物质和起辉气体。在金属卤化物高压放电灯的场合，在放电管的内部空间密封进了氩气、氙气等惰性气体和金属卤化物，并且根据需要还密封进了水银和金属锌。
虽然对放电用电极的材质没有限定，但是较好是从钨、钼、铌、铼以及钽所组成的群中选取的纯金属，或者是从钨、钼、铌、铼以及钽所组成的群中选取两种以上的金属的合金。另外，较好的是这些纯金属或者合金与陶瓷的复合材料。
在合适的实施方式中，接合材料的结晶度在70％以上，由此进一步提高了接合部分的气密性。
在第二实施方式中，接合材料由包含稀土类元素、铝以及硅的氧化物或氮酸化物组成。在这里，接合材料可以是实际的稀土类元素、铝或硅组成的氧化物。或者，还可以包含氮原子。
具体地说，接合材料的原料含有稀土类氧化物、铝以及硅的化合物，也可以还含有氮化物。
稀土类氧化物是从钐、钪、钇、镧、铈、镨、钕、锯、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱以及镥所组成的群之中选取的一种以上的元素的氧化物。特别合适的是Sc2O3、Y2O3、La2O3、Gd2O3、Dy2O3、Ho2O3、或者Tm2O3.。
作为硅化物可以举出的例子有氧化硅、氮化硅、硅铝氧氮(SiAlON)。作为氮化物可以举出的例子有氮化硅、硅铝氧氮、氮化铝、氮化硼。
在合适的实施方式中，接合材料是具有以下原料成分的混合物。
成分(A)
稀土类氧化物：15mol％以上，70mol％以下
(特别好的是20mol％以上，或者，60mol％以下)
氧化硅：3mol％以上，10mol％以下
(特别好的是4mol％以上，或者，8mol％以下)
氧化铝：10mol％以上，65mol％以下
(特别好的是15mol％以上，或者，60mol％以下)
原料成分(B)
稀土类氧化物：10mol％以上，35mol％以下
(特别好的是15mol％以上，或者，30mol％以下)
氧化硅：3mol％以上，10mol％以下
(特别好的是4mol％以上，或者，9mol％以下)
氧化铝：7mol％以上，40mol％以下
氮化物：(含有氮化硅)：8mol％以上，65mol％以下
以下的成分系列的原料特别好。
Dy2O3-Si2O3-Al2O3、Sc2O3-SiO2-Al2O3、Y2O3-SiO2-Al2O3
Dy2O3-Si2O3-Al2O3-Si3N4、Sc2O3-SiO2-Al2O3-Si3N4、Y2O3-SiO2-Al2O3-Si3N4
Dy2O3-Si2O3-Al2O3-AlN、Sc2O3-SiO2-Al2O3-AlN、Y2O3-SiO2-Al2O3-AlN
Y2O3-Al2O3-AlN-Si3N4
Dy2O3-Al2O3-AlN-Si3N4
本发明的高压放电灯可以应用于汽车用的前车灯、OHP(架空的聚光灯)、液晶聚光灯等各种照明装置。
另外，本发明的接合体除高压放电灯以外，还能够广泛地用作真空等开闭器等、所有的具有在900℃以上的高温下需要气密性的导电部或接头的结构体的一部分。另外，能够适用于暴露在腐蚀性气体、特别是卤素系腐蚀性气体那样的用途。
实施例(实验A)
制造了如图1所示那样的高压放电灯用组装体以及发光容器。但是，由蓝宝石形成放电管2以及密封部件4A、4B。电极部件6是用钼制成。
称量了氧化镝、氧化铝以及氧化硅的各粉末的混合物。其比率表示在表1(以mol％为单位)。
表1
  实验编号   Dy2O3   Sc2O3   Al2O3   SiO2
  1   48   0   52   0
  2   40   8   52   0
  3   65   0   32   3
  4   65   0   18   17
  5   77   0   13   10
使各混合物成形，得到环状的成形体，在大气中700℃下脱脂。把所得到的环状的成形体设置在图1的接合材料5A、5B的位置，在干燥过的非氧化气氛中以热处理进行处理，然后降温。热处理温度表示在表2。所得到的各例中的发光容器分别放置96小时，然后，观测蓝宝石中有无裂纹。裂纹的发生率表示在表2。
表2
  实验编号   接合材料的热膨胀系数   接合温度(℃)   接合处理后裂纹发生率(％：96小时以内)
  1   约8.3(氧化铝)   1830   100
  2   约8.1(氧化铝)   1780   70
  3   约8.1(氧化铝)   1650   0
  4   约6.8   1650   25
  5   约7.2   1650   10
从该结果可知，通过使接合温度在1730℃以下，接合处理后蓝宝石中的裂纹发生率显著下降。在接合材料与蓝宝石之间有热膨胀差的场合也产生损坏，但是判断出了对与损坏的关系来说接合温度的影响要明显大。
另外，通过使接合材料中的氧化硅含有量在10mol％以下，接合处理后蓝宝石中的裂纹发生率显著下降。
实施例(实验B)
制造了如图1所示那样的高压放电灯用组装体以及发光容器。但是，由蓝宝石形成放电管2以及密封部件4A、4B。电极部件6是用钼制成。作为接合材料使用了氧化镝、氧化铝以及氧化硅的各粉末的混合物。比率为：氧化镝：65mol％、氧化铝：32mol％、氧化硅：3mol％。
使该混合物成形，得到环状的成形体，在大气中700℃下脱脂。把所得到的环状的成形体设置在图1的接合材料5A、5B的位置，在干燥过的非氧化气氛中以1650℃进行处理，然后降温。如表3所示变更蓝宝石的c轴与管轴L所成的角度。所得到的各例中的发光容器分别放置96小时，然后，观测蓝宝石中有无裂纹。裂纹的发生率表示在表3。
表3
  ＜5°   10°   20°
  蓝宝石的裂纹发生率(％)   0   0   10
从该结果可知，通过使蓝宝石的c轴与管轴L所成的角度在10°以下，能够抑制蓝宝石中裂纹的发生。
如上所述，采用本发明，能够提供一种在至少接合面是由蓝宝石组成的第一部件和至少接合面是由蓝宝石或多晶氧化铝组成的第二部件的接合体中，接合强度高，防止了在接合界面产生裂纹的接合体。

Claims (5)

1.一种接合体，它是备有至少接合面是由蓝宝石组成的第一部件和至少接合面是由蓝宝石或多晶氧化铝组成的第二部件，以及接合上述第一部件和上述第二部件的接合材料的接合体，上述接合材料用的原料介于上述第一部件和上述第二部件之间，通过在1730℃以下对该原料进行热处理使上述第一部件和上述第二部件接合起来，其特征在于：上述接合材料的结晶度在70％以上。
2.如权利要求1所述的接合体，其特征在于：上述接合材料由包含稀土类元素、铝以及硅的氧化物或氮酸化物组成，上述氧化物或氮酸化物中硅的比率换算成二氧化硅的话在3mol％以上、10mol％以下。
3.一种发光容器，其特征在于：它备有权利要求1或2所述的接合体，上述第一部件是在端部设有开口的放电管，上述第二部件是被固定在上述放电管的端部的密封部件。
4.如权利要求3所述的发光容器，其特征在于：构成上述放电管的蓝宝石的c轴与上述放电管的管轴所成的角度在10℃以下。
5.一种高压放电灯用组装体，其特征在于：备有，权利要求3所述的发光容器、设在上述放电管的内部空间的电极、以及设在上述密封部件内的导体。
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