CN1692468A - 带有一体化吸气剂的放电灯中空阴极及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及带有一体化吸气剂的放电灯中空阴极及其制造方法，其中描述了一种中空阴极(20；30；40)，其内表面、外表面或内外表面的至少一部分涂覆了一层吸气材料(21；31；41；41’)。还描述了用于制造本发明的中空阴极的一些方法。

Description

带有一体化吸气剂的 放电灯中空阴极及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种带有一体化吸气剂的放电灯中空阴极以及它的一些制造方法。

背景技术

人们将所有以以下方式发出可见光或紫外辐射的灯定义为放电灯，即其放电是由于气态介质中发生电子放电的结果。放电通过施加到位于灯的对置两端的两个电极上的电位差得以触发和维持。

灯的阴极有各种形状，例如细丝、螺旋缠绕的细丝或者其它形状。特别有利的阴极形状是中空阴极：中空阴极一般是中空圆柱体形状，其面向放电区域的那端是开放的，而与之相反的一端是封闭的。本领域公知的是，与其它阴极形状相比，中空阴极提供的第一个优点是“点燃”放电所需的电位差较低(约为5-10％)；另一优点是阴极发生“溅射”现象的强度较低，即阴极材料射出的原子或离子淀积到相邻部件上，其中之一就是灯的玻璃壁，于是降低了灯的亮度。例如，在专利US4437038、4461970、4578618、4698550、4833366和4885504以及已公开的日本专利申请2000-133201中描述了带有中空阴极的灯的例子。

本领域中公知的是，为了保证灯在整个寿命过程中工作正常，必需保证构成放电气态介质的混合物的成分始终如一。这些混合物一般主要由一种或多种稀有气体组成，例如氩或氖，大多数情况下，还有若干毫克的汞。这些混合物的成分与理想情形相比是有差异的，这是因为灯在制造过程中会存留一些杂质，在利用这些材料制造灯的过程中它们会被释放出来或从其侧壁向内部渗透。这些混合物中存在的杂质以各种方式对灯的工作造成损害：例如，氧或被氧化的物质与汞反应，生成HgO，从而让该金属失去其功能，而氢会使放电起弧困难(因此点灯也困难)或者改变灯的工作电学参数，从而增加了它的能量消耗。

为了消除这些杂质，人们已经知道将吸气材料引入灯中。吸气材料具有通过化学反应固定杂质的作用，由此将杂质从气态介质中去除。例如，广泛用于该目的的吸气材料是专利US3203901中描述的锆-铝合金；专利US4306887中描述的锆-铁合金；专利4312669中描述的锆-钒-铁合金；专利US5961750中描述的锆-钴-稀土金属合金(稀土金属是稀土金属的混合物)。这些材料通常是以由支持件上固定的粉末材料构成吸气装置的形式引入到灯中。通常，灯的吸气装置是通过削减支持金属带的尺寸、对它进行平整或多次折叠而形成的，金属带上通过辊压固定了粉末；在专利US5825127中描述了灯的吸气装置的例子。

众所周知，尽管某些情况下吸气装置是由可简单插到灯中的吸气材料丸构成的，但非常优选的是将其固定到灯的某些组成元件上：原因在于未固定的吸气剂一般不处在灯的热区域上，这样其吸气效率减弱，并且还会干扰光发射。于是，该装置几乎总是固定(通常通过点焊方式)到例如阴极支持件上，而在某些情况下是将适宜的支持件添加到灯上：但是，所有情况下，在灯的制造工艺中都需要额外步骤。另外，有些灯的直径非常小，例如用于液晶屏的背景照明的那些灯，它们的直径不超过2-3毫米；该情况下，很难找到将吸气装置布置到灯内的适宜布置方式，并且装置的组装操作变得非常困难。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种放电灯的中空阴极，该阴极具有吸气功能，由此就克服了上述问题。

依照本发明可以实现该目的，它的第一方面涉及一种由中空的圆柱形部件构成的中空阴极，所述圆柱形部件的第一端是开放的，而相对一端是封闭的，其中在所述圆柱形表面的至少一个内或外部分上有吸气材料层。

附图说明

下面参照附图对本发明进行描述，附图中：

图1表示放电灯的端部截面，所述放电灯的中空阴极未涂覆吸气材料；

图2到4表示依照本发明的中空阴极的各个可行实施例的截面；以及

图5表示获得依照本发明的阴极灯的方式。

具体实施方式

图1表示灯10的端部截面，所述灯包括形状最普通的中空阴极11，它上面未形成任何吸气层涂层。阴极由金属制成，它是由圆柱形中空部件12构成的，圆柱形中空部件有封闭端13和开放端14。端部13固定了一般由金属丝构成的部件15；通常，例如在让玻璃因受热而变软时，通过将部件15插到玻璃中，并使部件16密封，从而将部件15固定在灯的封闭端16上。部件15起到作为部件12的支持件和将部件12连到外部电源上的电连接器的双重作用。部件12和15可形成一体，但更一般的情况是，例如通过热封或者机械方式将部件12压到部件15周围，从而使这两个部件相互固定。

图2到4表示该创造性的阴极、即部分阴极表面涂覆了吸气剂层的各实施例。图2具体表示中空阴极20中，仅在部件12的一部分外表面上有吸气剂层21；图3表示中空阴极30中仅在部件12的内表面上有吸气剂层31；最后，图4表示中空阴极40中，部件12的一部分外表面和一部分内表面上都有吸气剂层41、41’。

对于本领域普通技术人员显而易见的是，尽管这些附图中仅示出了一些实施例，但部件12的两表面(内外表面)上可以全部或部分涂覆吸气材料：例如，在图2的情况下，涂层21可以整个涂覆在部件12的外表面上，或者在图4的情况下，可以局部涂覆内表面，整个涂覆外表面，或者采用其它涂覆方式的组合。

部件12一般由镍构成，或者根据日本专利申请2000-133201的教导，可利用诸如钽、钼或铌的难熔金属制造，这些金属很少发生溅射现象。

吸气剂层可由公知的、与气体有高反应活性的任何一种金属制成，这些金属基本上是钛、钒、钇、锆、铌、铪和钽；其中利用钛和锆是优选的。可选择的是，可采用吸气剂合金、一般是基于锆或钛与选自过渡金属和铝中的一种或多种元素的合金，例如前述专利中的合金。

根据吸气材料层的制造技术(如下面具体所述)和部件12的直径，吸气材料层的厚度介于几微米(μm)到几百μm之间：在中空阴极中部件12的直径约为1毫米的情况下，吸气剂层的厚度优选尽可能小到吸气材料足以有效起到吸收气态杂质的作用的程度。

吸气材料层不会改变阴极的功能，根据观察，这些材料的功函值不超过制造部件12用的金属的功函值，因此它不会降低阴极的电子发射功率。

在第二方面中，本发明涉及一些制造带有吸气材料层的阴极的方法。依照第一实施例，吸气材料层可通过阴极淀积、在薄层制造领域中被称为“溅射”的公知技术来形成。公知的是，在该技术中，将要涂覆的支持件(该情况下是中空阴极)和由打算形成层的材料构成的、一般被称为“靶”的圆柱体置于适当的腔室中；为腔室抽真空，然后在约为10^-2-10^-3毫巴(mbar)的压力条件下填充稀有气体(通常是氩气)；通过在支持件和靶(后者保持在阴极电位)之间施加电位差，产生氩等离子体，形成Ar+离子，该离子被电场加速朝靶运动，然后通过撞击，侵蚀靶；从靶脱出的粒子(离子，原子或原子“团”)淀积到可达到的表面上，到达支持件表面的那些就形成薄层；至于相关原理和使用条件的进一步详细内容，可参照大量的相关(sectorial)文献。要获得例如由钛或锆这样的单种金属构成的吸气剂层可利用标准操作步骤来实现。对于利用该技术制造合金层而言，因在制造吸气材料靶时会遇到一些困难，该过程很复杂，但这些困难可通过借助以该申请人的名义申请的国际专利申请WO02/00959中描述的靶来克服。就单位时间内溅射的层厚度而言，溅射技术的生产率不太高，因此当要制造厚度不超过20μm的吸气剂层时，该技术是优选的，所以，在中空阴极的直径很小的情况下这是优选的。部件12表面的局部涂覆可通过借助掩模技术来实现，例如，在淀积过程中，通过利用部件12的形状合适的支撑元件选择性地覆盖部件表面的一部分来实现。图5中给出了此类有关制造40型中空阴极的手段的应用例子：该情况下，在淀积过程中，用元件50支撑部件12，元件50掩蔽了所述部件的两个圆柱体表面(内外表面)的一部分；该图中，箭头表示要淀积的材料粒子来的方向；在淀积结束时，未淀积吸气剂的区域固定到部件15上，而覆有吸气剂的区域是面向产生放电的灯区的区域。

依照本发明，制造覆有吸气剂层的阴极的另一方法是借助电泳；在以本申请人的名义申请的专利US5242559中揭示了通过这种方式制造吸气材料层的原理。该情况下，按照公知方式制备出吸气材料的细颗粒悬浮液，将要涂覆的支持件(12)浸到悬浮液中；通过在要涂覆的支持件和辅助电极(显然，它也浸到悬浮液中)之间施加电位差，于是吸气材料的粒子朝支持件迁移；然后通过热处理让这样获得的淀积物变硬。该情况下，可简单地通过将部件12局部或全部浸到悬浮液中来实现对所述部件的局部或全部涂覆；该情况下，还可利用部件12的适当支持件(与前面在元件50的情况下描述的类似)选择性地涂覆内外两表面中的一面。该技术适合制造厚度比溅射方法所得的层厚的吸气剂层，它能容易而迅速地形成厚度高达几百μm的层。

最后，例如，当部件12由日本申请2000-133201中所述的难熔金属制成时，该涂覆可通过将其简单地浸到熔浴中来实施，所述熔浴的成分与要淀积的吸气剂金属或合金相对应；事实上，钛和锆分别在大约1650和1850℃下熔化，前面提到的所有锆基金属在1500℃以下熔化，而钼约在2600℃下熔化，铌约在2470℃下熔化，钽约在3000℃下熔化，于是就可将这些金属制成的部件在无需任何变化的情况下浸到吸气剂金属或合金的熔浴中。该情况下，也可将部件12部分或全部浸到熔浴中，以获得部分或全部涂覆的吸气剂层。

Claims (11)

1.一种由圆柱形中空部件(12)构成的中空阴极(20；30；40)，所述圆柱形中空部件的第一端(13)是封闭的，与之相对的一端(14)是开放的，其中在所述圆柱形表面的至少一个外或内表面部分上有吸气材料层(21；31；41；41’)。

2.根据权利要求1所述的中空阴极，其中所述圆柱形中空部件由金属制成。

3.根据权利要求2所述的中空阴极，其中所述金属选自镍、钼、钽或铌。

4.根据权利要求1所述的中空阴极，其中所述吸气材料层由选自以下金属的金属制成：钛，钒，钇，锆，铌，铪，钽，或者基于锆或钛与选自过渡金属和铝的一种或多种元素的合金。

5.一种制造权利要求1所述的中空阴极的方法，其中吸气材料层通过阴极淀积来形成。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述吸气材料层的厚度低于20μm。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，在阴极淀积的过程中，通过利用适当形状的支撑元件(50)来掩蔽所述圆柱形中空部件，从而实现对所述部件内外表面中的一个表面或两个表面的局部涂覆。

8.一种制造权利要求1所述的中空阴极的方法，其中所述吸气材料层通过电泳淀积实现。

9.根据权利要求8所述的方法，其中通过将所述圆柱形中空部件部分地浸到含有淀积用吸气剂颗粒的悬浮液中，从而实现对所述部件内外表面中的一个表面或两个表面的局部涂覆。

10.一种用于制造权利要求3所述的中空阴极的方法，其中所述圆柱形中空部件由钽、钼或铌制成，吸气材料层通过将所述部件浸到要形成所述吸气材料层的吸气剂金属或合金的熔浴中而形成。

11.根据权利要求10所述的方法，其中通过将所述圆柱形中空部件部分地浸到所述熔浴中，从而局部地涂覆所述部件内外表面中的一个表面或两个表面。

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