CN1462234A - 组装陶瓷本体的方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于制造陶瓷本体的方法，其中，将陶瓷部件在它们的未焙烧状态下相连接。该方法包括在将要连接的表面上实施加热以导致粘接材料的局部熔化。然后将这些表面结合一起并通过交替地施加压缩和拉伸作用而连接。该方法特别有利于形成用于高强度放电发光(HID)应用场合的整体的陶瓷电弧管本体。

Description

组装陶瓷本体的方法
技术领域
本申请涉及一种用于在未焙烧状态下连接陶瓷部件的方法。具体地，本申请涉及一种热力连接陶瓷电弧管部件的方法以形成用于高强度放电灯(HID)的整体电弧管本体。
背景技术
一般地，在高强度放电灯(HID)中应用的商用陶瓷电弧管是由多晶氧化铝陶瓷构成的，其可以包含一种或多种用于控制晶粒长大的添加剂。作为第一步，将氧化铝粉末与如蜡或热塑料的粘接材料混合然后通过均衡的模压，挤压或注射成型制成希望的形状。该粘接材料可帮助该模制的氧化铝部件保持其形状，同时该部件是处于“未焙烧状态”，即在粘接剂清除和焙烧之前。随后粘接剂清除，部件焙烧。
由于该电弧管是由两人或多个部件制造的，因此要求在部件间的接合部位形成气密的密封，其能够经受操作中电弧管内存在的高应力，温度和腐蚀性化学物。传统的组装陶瓷电弧管部件的方法包括几个组装和预焙烧步骤，其中，将部件对准和通过过盈配合使之密封在一起。该过盈配合是在焙烧期间由部件的不同收缩形成的。在每个组装和预焙烧步骤中，存在发生错误对准或其他错误的可能性。使得焙烧循环数最小化可以改善该电弧管制造工艺的效率。另外，为形成气密的密封而应用过盈配合的实施则要求对尺寸公差和在焙烧期间对陶瓷部件的收缩情况进行高度的控制。
发明内容
本发明的一目的是消除现有技术的缺陷。
本发明的另一目的是提供一种组装例如电弧管的陶瓷本体的方法，其使得焙烧和组装步骤的数量最小化。
本发明的再一目的是提供一种用于在陶瓷电弧管中形成气密密封的方法，而且其不依靠过盈配合。
按照本发明的一目的，提供一种组装陶瓷本体的方法，该陶瓷本体包含一粘接材料和包括至少一具有一第一连接表面的第一部段和一具有一第二连接表面的第二部段；该方法包括如下步骤：
(a)同时加热第一和第二连接表面以导致该粘接材料的局部熔化；
(b)使第一连接表面与第二连接表面开始接触而形成一界面区；以及
(c)交替施加压缩和拉伸作用到界面区上以将第一部段和第二部段相连接。
按照本发明的另一目的，提供一种组装在未焙烧状态下的陶瓷电弧管的方法，其包括步骤如下：
(a)将一第一轴向对称的电弧管部段固定在一第一保持器中；该第一电弧管部段具有一第一电极容纳件和一第一腔室形成件；该第一腔室形成件具有一第一环形连接表面；
(b)将一第二轴向对称的电弧管部段固定在一第二保持器中；该第二电弧管部段具有一第二电极容纳件和一第二腔室形成件；该第二腔室形成件具有一第二环形连接表面；该第一和第二电弧管部段包含一粘接材料；
(c)同时加热第一和第二环形连接表面以导致该粘接材料的局部熔化；
(d)使第一环形连接表面与第二环形连接表面开始接触以形成一界面区；以及
(e)通过在一向前方向上开始移位至少一部段并然后在一相反的方向上移位至少一部段使得第一部段与第二部段相连接。
附图说明
图1是一轴向对称的两件式陶瓷电弧管的部段示意图；
图2是图1的陶瓷电弧管在两个部段通过本发明方法连接之后的示意图；
图3是用于连接图1陶瓷电弧管的部段的设备的示意图；
图4是用于加热该陶瓷电弧管部段连接表面的对流加热器的示意图；
图5表示该电弧管的两个部段在连接表面上的粘接材料熔化后处于接触的横截面示意图；
图6表示所述部段在连接表面已接触后进一步向前移位的横截面示意图；
图7表示所述部段紧跟一向前移位后的一相反移位的横截面示意图；
图8表示本发明的一优选移位振荡的曲线图；
图9a-f是各种连接表面的横截面示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，以及其另外的和进一步的目的、优点和功能，结合上面的附图，参阅下面披露的说明书和所附的权利要求书。
本发明方法将陶瓷部件在它们的未焙烧状态下热连接，同时该粘接材料仍然存在。由于该部件在它们的未焙烧状态下连接，故本方法可用于广阔种类的陶瓷材料上和众多应用场合中。在优选的应用中，本方法用于连接未焙烧陶瓷电弧管部件以形成一应用在高强度放电灯中的整体的电弧管。本方法能够在电弧管部件之间形成气密的密封结构同时不会产生与过盈配合有关的错位和扭曲问题。本方法特别优选地用于对称的两件式电弧管结构上，其中该两个部件连接在该电弧管的中央处。通过应用电弧管的两个相同的半件，该制造工具将变得简单因为只要求一个几何构件，从而与那些分别要求两个和三个不同几何构件的三个部件和五个部件构造是截然不同的。
优选的两件式陶瓷电弧管组件表示在图1中。每个电弧管部段1是轴向对称的并具有整体形成的电极容纳件3和腔室形成件5。每个腔室形成件的开口端具有环形连接表面7。在这个实施例中，表示出平坦的连接表面，然而该连接表面也可以是曲线的，斜切的或带卷边的。各种连接表面表示在图9a-f中。一些对称连接表面的横截面型廓表明在图9a-c中。在图9a中则表示了平的连接表面。在图9b和9c中的连接表面分别具有斜切的和弯曲的横截面型廓，它们导致了接触脊顶43。图9d-f表示了一些非对称连接表面的横截面型廓，其中接触脊顶43被朝向该截面的中心偏移以确保在电弧管的内部形成密封。
在组装时，在未焙烧陶瓷部段连接表面上的粘接材料通过同时加热该连接表面来熔化。为了保护该制成部件形状的完整性，加热要正好施加到该连接表面上，以便只发生局部的熔化。作为优选，该表面通过加热气体(如强制的热空气)的对流进行加热。其他的加热方法可以包括通过红外激光、白炽灯或炽热阻性元件的辐射加热。为了改善加热的均匀性，该部段可以在加热的同时围绕它们的轴线转动。一旦在所述表面上的粘接材料已熔化，该部段通过使连接表面相接触快速地对接并且可选择地施加压缩和拉伸作用到该界面区。图2表明了该电弧管是在部段热力连接后的状态。这种组装方法制造了完整的电弧管本体并在该两个部段之间界面区中有可见的美观的接缝11。当该电弧管本体焙烧时，在两个部段之间形成的气密性密封结构能够经受该操作中电弧管内恶劣的环境。虽然该接缝在电弧管焙烧后仍是可见的，但已经表明了对于该完成的电弧管的性能具有很少或完全没有负面的影响。
在图3中，所示的电弧管部段1通过应用相对的保持器15固定在连接设备中。该电弧管部段和它们相应的保持器定位成享有共同的轴线12。可缩回的销栓35与每个电弧管部件的每个电极容纳件3相接合以在连接期间将该部段保持就位。固定该电弧管部段的其他装置可以包括应用定位在保持器内部的压缩密封O形圈。一旦固定在该设备中，所述两个部段的相对位置对准，因此它们可以精确地相对接。在一优选的方法中，该两个电弧管部段推靠到一可缩回的参考板上，其在加热前插在该部段之间。一旦该部段适当地定位后，可缩回的销栓35接合该部段以保持它们的相对位置然后将参考板缩回。
加热器19然后置于两个保持器之间并靠近该电弧管部件的连接表面7。加热器19具有表面20a和20b，其发射与相邻的连接表面形状相对应的射流模式的热空气喷射流。加热器19前视图表示在图4中。表面20a具有针孔21，其配置为与电弧管部段的环形连接表面7相对应的圆形模式。热空气从与该加热器流体连通的热空气源(未示出)驱送到加热器19中。从该加热器19相对表面20a、20b上针孔分布模式发射的热空气喷射流导致连接表面上粘接材料的局部熔化。一旦该粘接材料已变得足够软和粘，加热器19就除去。过多的加热将可能引起该陶瓷部件变得过热而达到失去机械完整性及发生部件过度变形的程度。能够实现可接受连接的加热温度和时间的工作范围根据每一结构形和粘接系统由经验来确定。对于这种两件式构形，该加热时间范围从4到10秒。具有大横截面的部件需要更长的时间才达到相同程度的塑性和粘性。
在加热之后，该部段通过将保持器之一或两者沿着共同轴线12相向地移动立刻结合在一起。该电弧管部段1开始沿着它们的连接表面7相互接触形成如图5所示的界面区。然后，通过在相互向前方向上移动该部段并超过该接触起始点以施加压缩作用。如图6所示，这种压缩使得在界面区中的变软材料向外鼓出形成可见的接缝11。当该部段结合在一起并压缩时，熔化的表面熔接在一起形成整体的电弧管体。在预定点上，该电弧管部段向前的移动反向并使得该部段相互拉离以导致在界面区中的材料受拉伸作用。如在图7中所示，该拉伸引起在界面区中仍柔韧的材料变薄从而减小该接缝的突出程度。在拉伸期间，该反向的移位最好连续向后通过并超过部段之间接触的起始点。压缩和拉伸的循环在材料仍处于塑性状态中时重复多次。这种移位振荡还减小了在界面区中可见接缝的突起度。作为优选，该移位振荡的幅度随着每一逐次的循环而减少，如图8所示。此处该原点代表了在连接表面之间接触的起始点。该曲线的斜率则表示了该移位的方向。负斜率表示该部段相向地向前移动。正斜率表示该部段相互离开地反向移动。每个循环结束于部件第二向前移位上并在超过该起始点(移位＝0)的一点上终止从而在界面区中导致陶瓷材料的净聚集。典型地在移位振荡中每个循环的持续时间是约0.05秒并且该循环重复两次或多次。用于该移位振荡幅度的示例性数值是0.004英寸并在该循环的末端终止在一净0.002英寸的向前移位上。在移位振荡之后该部件冷却几秒钟。然后这样合成的完整电弧管本体经受一系列热处理以清除粘接剂和将这些部件焙烧成理论上的密度。
虽然上面已描绘和说明了在目前认为是本发明的优选实施例，但对本领域的那些技术人员显而易见的是可以做出各种变型和修改，而不脱离所附权利要求书限定的本发明的保护范围。

Claims (21)

1.一种组装一陶瓷本体的方法，该陶瓷本体包含一粘接材料并包括至少一第一连接表面的第一部段和一具有一第二连接表面的第二部段；该方法包括如下步骤：
(a)同时加热该第一和第二连接表面以导致粘接材料的局部熔化；
(b)开始使第一连接表面与第二连接表面相接触以形成一界面区；以及
(c)交替施加压缩和拉伸作用到该界面区上以将第一部段连接到第二部段上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，施加压缩和拉伸作用以在界面区中导致陶瓷材料的净聚集。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该加热作用是用驱送的热空气实现的。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该加热作用是通过一红外激光、一白炽灯或一炽热阻性元件实现的。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该压缩和拉伸作用通过该部段振荡移位在反复循环中施加。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，该移位振荡的幅度随每一逐次循环减小。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在加热期间该部段转动。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，至少一连接表面具有一曲线的或斜切的横截面型廓。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，至少一个连接表面具有一接触脊顶，它朝向各个部段的中心偏移。
10.一种在未焙烧状态下组装陶瓷电弧管的方法，其包括步骤如下：
(a)将一第一轴向对称的电弧管部段固定在一第一保持器中，该第一电弧管部段具有一第一电极容纳件和一第一腔室形成件；该第一腔室形成件具有一第一环形连接表面；
(b)将一第二轴向对称的电弧管部段固定在一第二保持器中；该第二电弧管部段具有一第二电极容纳件和一第二腔室形成件；该第二腔室形成件具有一第二环形连接表面；该第一和第二电弧管部段包含一粘接材料；
(c)同时加热该第一和第二环形连接表面以导致该粘接材料的局部熔化；
(d)使第一环形连接表面与第二环形连接表面开始接触以形成一界面区；以及
(e)通过在一向前方向上开始移动至少一部段并然后在一相反方向上移动至少一部段将该第一部段连接到第二部段上。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在该连接表面加热之前确定该第一和第二电弧管部段的相对位置。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，通过将可缩回的销栓与该电极容纳件接合使电弧管部段固定在该保持器中。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在该部段反向移动后接着第二次向前移动。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，第二向前移动在界面区中导致陶瓷材料的净聚集。
15.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在反复循环中施加向前移动和相反移动。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，该移动的幅度随着每一逐次循环减小。
17.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在加热期间转动该部段。
18.如权利要求10所述的方法，其特征在于，至少一连接表面具有一曲线的或斜切的横截面型廓。
19.如权利要求10所述的方法，其特征在于，至少一连接表面具有一接触脊顶，它朝向各个部段的中心偏移。
20.一种用于在未焙烧状态下组装陶瓷电弧管的方法，其包括：
(a)将一电弧管的第一和第二部段固定在相对的保持器中，该第一和第二部段分别包含一粘接材料并分别具有第一和第二连接表面；
(b)同时加热第一和第二连接表面以导致该连接材料的局部熔化；
(c)使第一连接表面与第二连接表面相接触；以及
(d)施加振荡移位将该部段相连接。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，该移位振荡的幅度随着每一逐次循环减小。
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