CN1726576A - 用红外辐射封接照明设备元件组件与焊接玻璃预制件 - Google Patents

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Abstract

揭示了一种把电气照明设备的元件组件封接到玻璃灯泡的方法。该工艺使用的组件包括诸如电极引线与焊接玻璃预制件等元件、例如该工艺适用于把诸如电气引线和排气装管等灯元件气密封接到已涂上荧光层的低压荧光放电灯泡。本发明尤其适合用CTE在0～300℃内为30～45×10－7℃－1的硼硅酸盐玻璃制作的灯泡。

Description

用红外辐射封接照明设备元件组件与焊接玻璃预制件
发明领域
本发明涉及用红外辐射把封接到电气照明设备玻璃泡的工艺。具体地说，本发明涉及用红外辐射封接包括焊接玻璃预制件与灯元件的元件组件的工艺。例如，本发明可将诸如电气引线与排气装置等灯元件气密地封接到已涂布荧光层的低压荧光放电灯泡。
发明背景
包括白炽灯、荧光高强度放电灯与卤素灯以及阴极射线管在内的电气照明设备，通常包括气密密封的玻璃泡，电极、火炽灯丝、排气管与其它元件都与玻璃泡气密封接。电极和白炽灯丝一般装在玻璃泡内，电极引线必须与玻璃泡气密密封。在许多这类照明设备内，一般用珠状引线实现玻璃-金属密封。图1示意示出传统珠状引线设计，该引线包括三段：镍或钨内引线13、绞合的镍外引线11和钨中间引线15。玻珠17密封在中间钨引线上。对于硼酸酸盐灯应用，玻珠通常也用硼硅酸盐玻璃制作。在玻珠与玻璃泡密封时，习惯应用火烯喷灯技术，喷灯产生软化这两种玻璃元件并融合在一起构成气密密封所需的热量。有了玻璃-玻璃接触，可确保照明设备内的电气馈通完全不透气。
一般的荧光灯包括有封闭放电通道的玻璃泡。在放电通道内设置了电极、汞、吸气剂、荧光层与惰性气体，密封在通道内的惰性气体和/或汞蒸气受电能激发，发射紫外辐射和少量可见光。通常大小为微米级的荧光粒子通常所谓的荧光机理，把紫外辐射转换成可见光。像在其它照明场合中一样，排气管密封在玻璃灯泡的外面。最近开发出新一代的荧光灯，作为背光单元尤其适用于信息显示器，诸如LCD显示器和其它要求照明源的显示器。这些灯以扁平几何形状为特征，里面封闭了一条回施状放电通道。为达到良好的发光效率和感人的色彩，通常把烯土三荧光粉涂布在这些灯泡的放电通道内壁上。像其它荧光照明设备一样，吸气剂、电极、汞和惰性气体以及排气管都用玻璃泡气密密封。美国专利No.6,301,932揭示了一种制造这种平板灯泡的方法，用该法制造的玻璃泡具有单件设计，即面板与后板密封在一起形成有回旋通道的整个灯体。为满足许多场合尤其是便携设备如笔记本计算机、手持计算机等的要求，已生产了轻量扁平的背光单元，这些灯泡的基板极薄，壁厚通常小于1mm。
对这些平板灯泡，尤其是按美国专利No.6,301,932产生的单件灯泡，电极、吸气剂与排气管通常是在涂布了荧光层之后与灯泡密封的。把电极、排气管和其它元件与灯泡作气密密封，无疑是个难题。适用于传统照明设备的火焰密封技术，已被证明难以(若非不能)直接以常规方式用于这些场合。首先，喷焰产生的过热会软化玻璃泡，使薄玻璃壁下弯而变形。螺旋状通道形状常常要求在玻璃厚度小于1mm的平表面上密封，虽然做到，但把玻璃元件加工到平表面的火焰一般造成变形的密封区，继而影响灯的总厚度和机械强度。其次，这类面积大而形状复杂的灯泡对温差极敏感，火焰密封涉及的温差易使它们破裂。第三，荧光层、吸气剂与电极对高温敏感，将荧光层暴露于600℃以上温度，将明显削弱其功能，降低灯输出，缩短寿命。吸气剂在通道被抽空和气密密封前遇到高温，会被过早受激场与通道里的气氛发生反应，丧失其原来的作用。电极罩通常在其外表面涂一层特殊的放射涂料，当加热到600℃以上时，涂层被破坏或起反作用。以常规方法应用直接火焰密封技术，常常无法避免加热一般离密封区不远的荧光层、吸气剂与电极。因此，比如某些自然的出口遭破坏或劣化了灯元件，灯功能发生障碍或缩短了灯寿命，降低了灯亮度均匀性。第四，在许多灯应用中，要密封的孔比珠状引线上的焊接玻璃珠大得多，使它难以(若非不能)用常规火焰密封技术直接把珠状引线密封到玻璃泡。最后，使用喷焰会把不希望的杂质诸如碳氢化合物引入灯放电通道，而杂质会损害灯亮度、亮度均匀性与灯寿命。
因此，真的要求有一种新的密封平板灯的方法来代替常规的直接火焰密封技术，其中可用局部加热来气密封接灯元件如电极引线与装管，不会影响关键而敏感的灯元件。
焊接玻璃一直用于作玻璃-玻璃或玻璃-金属的密封，它可以是玻璃体或反玻璃化。玻璃体焊接玻璃在密封保持玻璃态。它们都是热塑材料，每次熔化后以同样的温度熔化与流动。常称为釉料的反玻璃化焊接玻璃呈热固化，表明它们在密封后不再呈玻璃态，但保持玻璃相与结晶相，因其热固特性，反玻璃化焊接玻璃有诸多优点，在许多场合比玻璃体优选采用。一旦结晶，反玻璃化焊接玻璃的断裂模量为4.2～5.6×10-6kg·m-2，比其玻璃体前体与对应物的2.1～3.5×10-6kg·m-2更高。而且，反玻璃化釉料的软化点实际上提高到高于其玻璃体前体的原始软化点。整体效果是一种密封封强者，且在高温下更稳定。
焊接玻璃能用局部加热实行气密密封。此外，还可用焊接玻璃填充诸如珠状引线的珠等元件与排气管等装置之间的空隙和里面要气密密封元件的大孔的周边。因此，它们很适合密封平面灯具。
因电气灯具工作时产生热量，故希望用底膨胀玻璃制造玻璃泡。在0～300℃内热膨胀系数(CTE)为30～45×10-7℃-1的硼硅酸盐玻璃，一直用于照明设备，包括平板灯泡。然而，要找出合适的焊接玻璃和灯元件与硼硅酸盐灯泡密封的方法是个难题。
本发明通过提供一种封接包含红外吸收焊接玻璃预制件和用红外辐射密封的元件的元件组件的工艺，解决了上述的难题。
发明内容
本发明提供一种把元件气密密封到照明设备的灯泡的工艺，该灯泡用CTE在0～300℃内为C1的玻璃制作。该工艺包括以下步骤：
(i)制备一元件组件和一红外吸收焊接玻璃预制件，前者包括要与灯泡密封的元件，后者包封接合到该元件要与玻璃灯泡气密封接的部分，其中预制件的焊接玻璃在500℃以上的密封前软化点为Ts，在0～300℃的密封后CTE C2为C1±10-7℃-1，而且在加热到超过其密封前软化点的温度时能使该元件与灯泡形成气密密封；
(ii)把元件组件连接到灯泡孔，元件通过该孔与灯泡封接；和
(iii)运用红外辐射把预制件局部加热到高于焊接玻璃密封前软化点Ts的温度，实行气密密封。
较佳地，本发明工艺用于由硼硅酸盐玻璃制作的灯泡，在0～300℃内，其CTE C1为30～45×10-7℃-1。
较佳地，本发明工艺使用的预制件里的焊接玻璃由反玻璃化焊接玻璃构成，基本上包括含CuO和/或Re2O3的B2O3-SiO2-PbO-ZnO玻璃，其密封前软化点为550～700℃，在0～300℃时密封后CTE C2为32～40×10-7℃-1，反玻璃化温度Td为630～750℃。更佳，本发明元件组件中的焊接玻璃预制件的由一种焊接玻璃构成，实际上包括按批量计算的重量百分比的氧化物：Al2O3为0～2％，B2O3为15～25％，CuO为1～5％，Fe2O3为0～5％，PbO为0～7％，SiO2为10～16％，Zn为55～65％；其密封前软化点为550～700℃，较佳为600～650℃，在0～300℃的密封后CTE C2为32～40×10-7℃-1，较佳为34～38×10-7℃-1，反玻璃化温度Td为630～750℃，较佳为650～700℃。
根据本发明一较佳实施例，准备与玻璃泡气密封接的元件是珠状电极引线。较佳地，该珠状引线具有外引线、内引线和中间引线，中间引线与焊接玻璃珠气密密封。
根据本发明另一较佳实施例，准备与玻璃泡气密封接的元件是一玻璃装置，其CTE与玻璃泡相近。装管可以是玻璃泡的排气管。另根据本发明一实施例，可将珠状电极引线装在装管内，在进一步加热前，可在装管与珠之间形成气密密封。
在本发明一实施例中，本发明元件组件的焊接玻璃预制件具有可被玻璃泡的孔接受的形状，或能覆盖通过其封接元件的玻璃泡的孔。
在本发明一较佳实施例中，焊接玻璃预制件一梯级结构，包括两个集成部分ρ1与ρ2，其中ρ1的截面尺寸小于ρ2，能被通过其将元件封接到灯泡的孔接受，而ρ2有较大的截面尺寸，能在ρ1被插入该孔并被接受时覆盖该孔。
利用红外辐射以局部方式加热本发明元件组件里的焊接玻璃预制件，可在短时间内实现该元件与玻璃泡的气密密封而基本上不使温度扩展到相邻的灯区，从而避免了灯泡的潜在变形和荧光层、吸气剂与电极的损坏。本发明尤其适用于密封对高温敏感而且不能应用传统火焰密封技术的平板灯泡，例如已涂有荧光层的平板灯泡。
本发明的其它特征和优点将在下面的详述中提出，而且本领域的技术人员很容易从描述中部分地理解，或通过实践书面描述、权项和附图来认识。
应该理解，前述的概述和下面的详细与附图只是对发明的示例，旨在为理解权项所要求的本发明的特征与特点提供一概述或构架。
这里的附图可对本发明作进一步理解，并且构成本说明书的一部分。
附图简介
附图中：
图1是珠状电极引线的示意截面图，包括外引线、内引线和具有气密密封焊接玻璃珠的中间引线；
图2是本发明元件组件的示意截面图，包括珠状电极引线和焊接玻璃预制件，后者具有均匀的形状，能被组件穿过其封接的灯泡孔接受或覆盖该孔；
图3是本发明元件组件的示意截面图，包括珠状电极引线和焊接玻璃预制件，后者为一梯级结构，有两个集成部分ρ1与ρ2，ρ1较小，能被封接组件的孔接受，ρ2较大，能在ρ1插入该孔并被孔接受时覆盖该孔；
图4是本发明元件组件的示意截面图，包括装管和焊接玻璃预制件，后者的形状能被封接组件的灯泡孔接受，或能覆盖该孔；
图5是本发明元件组件的示意截面图，包括装管和焊接玻璃预制件，后者为一种有两个集成部分ρ1与ρ2的一梯级结构，ρ1较小，能被封接组件的孔接受，ρ2较大，能在ρ1插入该孔并被接受时覆盖该孔；
图6是本发明元件组件的示意截面图，包括装置和焊接玻璃预制件，后者的形状能被封接组件的灯泡孔接受或能覆盖该孔，其中珠状引线插装在装管里；
图7是本发明元件组件的示意截面图，包括装管和焊接玻璃预制件，后者为一种有两个集成部分ρ1与ρ2的一梯级结构，ρ1较小，能被封接组件的孔接受，ρ2较大，能在ρ1插入该孔并被接受时覆盖该孔，其中珠状引线插装在装管内；
图8示意示出使用两个红外辐射源的装置结构，可用本发明工艺把元件密封到平板灯泡。
发明详述
根据本发明，“元件组件”是一种组装件，含有(i)准备封接到玻璃灯泡的电气灯元件，诸如电极引线、装管等，和(ii)焊接玻璃预制件。元件一旦气密封接到灯泡，就成为该灯泡的结构与功能部件。
如上所述，电极引线、吸气剂、排气管和其它灯元件同平板灯泡尤其是已涂上荧光层的灯泡的气密密封是一个难题。对于较简单的灯泡设计，诸如白炽灯与管状荧光灯，很容易用传统的火焰密封法使图1所示的珠状引线或排气装管同玻璃泡作气密密封。但鉴于前述的原因，同样方式的直接火焰密封难以(若非不能)用于平板灯具场合的气密密封。最近，美国专利No.6,301,932揭示了一新的生产平板灯泡的方法。按该法生产的灯泡以单件设计为特征，即灯具的面板与后板形成在里面包封回旋转电通道的单件。这种灯具设计在密封电极、吸气剂与排气装管之前，必须在放由通道内壁涂上荧光层。玻璃灯泡上用于涂布荧光层和封接电极与排气装管的孔，一般大于球状引线的的焊接玻璃珠。业已证实，在电极与排气装管同这种单件玻璃灯泡作气密密封时，不使灯体变形、不损坏或负面影响灯具的关键元件尤其困难，这类元件包括吸气剂与电极元件和荧光层，而荧光层通常由稀土三荧光粉构成，对高于600℃的温度极敏感。
电气灯具正常工作时会发热，因而在灯具应用中一直使用低膨胀玻璃，如硼硅酸盐玻璃。
最近开发出一种新的元件组件，包括焊接玻璃预制件和封接到灯泡的灯元件。利用主要针对焊接玻璃预制件的局部红外加热，这种新的元件组件能方便地用于气密密封已涂布荧光粉的硼硅酸盐玻璃灯泡，并把电极引线与排气装管等灯元件接到灯泡。
多年来，焊接玻璃一直用于作玻璃-玻璃和玻璃-金属密封，例如美国专利No.4,238,704、3,127,278、3,975,176和3,088,834都揭示了把玻璃部件合成复合玻璃体的焊接玻璃成分。既未满足荧光平板放电灯尤其是已余布荧光层的这种灯所要求的严格的加热条件，也未在要求的密封条件下形成气密密封。在对某种场合选用正确的焊接玻璃时，要考虑许多技术因素。首先在应用的工作温度范围内，被密封的部件和焊接玻璃的CTE要匹配，即CTE差值不可过大。其次，被密封的部件和焊接玻璃的成分必须相容，使焊接玻璃加热到密封温度时的流变学能在要求气密性时实现严密的气密密到。第三，在仅用红外辐射等特殊加热源时，以适中速率被局部加热的焊接玻璃的容量也很重要。不是所有的焊接玻璃都有同样的红外辐射吸收能力。
本发明工艺使用的元件组件包括诸如电极引线等与灯泡密封的元件和执行包封并与该元件与玻璃灯泡气密封接的部分接合的焊接玻璃预制件。该灯具元件组件具有适用于由CTE C1为30～45×10-7℃-1的硼硅酸盐玻璃制作的灯泡。但要指出，本发明的灯具元件组件和密封方法运用于玻璃成分不同的灯泡。包封该被密封元件的焊接玻璃预制件具有C1±10×10-7℃-1的密封后CTE C2，在被加热到高于其密封前软化点Ts的温度后，能形成气密密封。
本发明工艺使用的预制件的焊接玻璃可以是玻璃体焊接玻璃或者反玻璃化焊接玻璃。玻璃体焊接玻璃被密封后保持玻璃态，其密封前和密封后的软化温度ts和Ts’几乎一样，因为在软化密封过程中不存在相变。然而，反玻璃化焊接玻璃在软化密封过程中至少部分经历相变，在原来的玻璃相中造成结晶相。因此对反玻璃化焊接玻璃而言，密封后软化温度Ts’高于其密封前软化温度Ts。无论焊接玻璃是玻璃全还是反玻璃化，为在灯元件与灯泡之间实现良好的气密密封，其密封温度必须高于其密封前软化温度。通常在使用反玻璃化焊接玻璃时，为得到良好而持久的密封，要加热到高于其反玻璃化温度Td的温度。
对于CTE C1为30～45×10-7℃-1的硼硅酸盐玻璃泡，本发明工艺使用的元件组件预制件的较佳焊接玻璃基本上由含CuO和/或Fe2O3的反玻璃化B2O3-SiO2-PbO-ZnO焊接玻璃组成，其密封前软化点Ts为550～700℃，密封后CTE C2在0～300℃内为32～40×10-7℃-1，反玻璃化温度Td为630～750℃。更佳地，本发明元件组件预制件的焊接玻璃，以计算自批量材料的氧化物基重量百分比来表示，基本上包括0～2％的Al2O3、15～25％的B2O3、1～5％的CuO、0～5％的Fe2O3、0～7％的PbO、10～16％的SiO2与55～65％的ZnO，其密封前软化温度Ts为550～700℃，较佳为600～650℃，在0～300℃内的密封后CTE C2为32～40××10-7℃-1，较佳为34～38×10-7℃-1，反玻璃化温度为630～750℃，较佳为650～700℃。这些焊接玻璃保证CTE与灯泡的基板玻璃匹配。再者，该焊接玻璃在被加热到高于其反玻璃化温度的温度时的流变学和与灯泡基板玻璃相容的成分，允许在被密封元件与玻璃灯泡之间形成气密密封。令人惊喜的是，这些焊接玻璃具有很强的红外吸收能力，使它们成为用红外辐射束局部加热的合适候选者。
以计算自批量材料的氧化物基重量百分比表示，一例非限制性玻璃泡硼硅酸盐玻璃包括77.4％的SiO2、15.4％的B2O3、1.9％的Al2O3与5.3％的Na2O，在0～300℃内的CTE约为38×10-7℃-1。
在本发明一实施例中，在本发明元件组件中，准备与玻璃灯泡密封的元件是电极引线，因而得到的元件组件是准备与玻璃泡密封的引线组件。图1示意示出用于电极发光设备的一典型电极引线的截面图。该引线有三部分：接电源的绞合的镍外引线、中间的钨引线15和镍或钨内引线13。制造商供货时，中间的钨引线15被焊接玻璃珠气密密封。该玻璃珠由NONEX即用于钨密封的透明钠铅硼硅酸盐玻璃制作，在0～300℃内的CTE约36.0×10-7℃-1。
在普通照明设备中，诸如白炽灯与简单的管状荧光灯，包封中间钨引线的玻璃珠利用例如火焰密封技术直接密封到玻璃灯泡。但鉴于以上列举的理由，该技术不能直接用于平板灯，尤其是那些在密封电极引线之前已涂上荧光层的平板灯。在本发明中，把元件组件密封到平板灯泡不再需要火焰密封了。焊接玻璃预制件包封并接合珠状电极引线珠。使用反玻璃化焊接玻璃时，一旦被加热到超过其密封前软化温度Ts和/或超过其把玻璃化温度的温度，就在焊接玻璃预制件与中间钨引线5的玻璃珠之间实行气密密封。在本发明的元件组件中，珠状电极引线与焊接玻璃预制件间的接合不必像密封步骤后得到的密封那样坚强与气密性。在密封前，焊接玻璃预制件与珠状引线间的接合，实际上可以是多孔与断续的。焊接玻璃预制件与引线珠间的机械接合在某种程度上便于下游的密封工艺，因为引线和焊到引线的电极由于接合而不会动来动去，因而可实现精密密封。在将珠状引线组件密封到灯泡之前，通常把电极罩(未示出)焊接到镍或钨内引线通过灯泡孔插入的端部。
图2示意示出本发明包括珠状电极引线与焊接玻璃预制件19的元件组件的截面图。如图所示，珠状电极引线中间钨线15上的玻璃珠17接合到焊接玻璃预制件19，显然，17与19间的接合可能是多孔的和/或断续的，不像图示的那么紧密。如图所示，本例的焊接玻璃预制件有均匀的形状，能被把组件密封到灯泡的灯泡孔接受，或能覆盖该孔。组件与玻璃泡密封前，把吸气装入灯泡的放电通道，电极罩被焊到内引线13的下端。之后，电极与内引线13通过孔插入放电通道，焊接玻璃预制件19装入孔被该孔接受，或装在顶上覆盖该孔。较佳地，焊接玻璃预制件的俯视平面图与该孔为同一形式，使其能被孔接受，而且尺寸基本上与孔一样，使焊接玻璃预制件与孔四周不留明显空隙。例如为图示起见，孔为圆形，焊接玻璃预制件较佳为圆柱菜。或者，焊接玻璃预制件的尺寸比孔大，当预制件装在顶上时，可覆盖孔。在对焊接玻璃预制件作局部加热并把焊接玻璃加热到高于其密封前软化温度Ts的温度后，就穿过该孔作气密密封。
图3示出本发明另一个包括珠状引线和焊接玻璃预制件的元件组件的截面图。图中，中间引线15上面的玻璃珠17接合到一梯级结构的焊接玻璃预制件21。该一梯级结构包括两个截面尺寸不同的集成部分ρ1与ρ2，而ρ2大于ρ1。ρ1较佳具有可被封接珠状引线的孔接受的形状与尺寸，但ρ2的尺寸与形状应选成在ρ1插入该孔时，ρ2能覆盖孔的周围。图3是本发明珠状引线焊接玻璃预制件组装的较佳设计，与图2的设计相比，图3的一梯级结构减少或防止了电极引线在密封过程中相对孔周围的移动，能实现位于孔中心的电极引线更精密的密封。已发现，引线偏离中心密封会导致玻璃泡破裂和/或产生漏泄。
在本发明另一实施例中，元件组件中要与玻璃泡密封的元件是硼硅酸盐玻璃装管，其CTE C3为C1±×10-7℃-1。图4和5示出该例的截面图，其中23代表该玻璃装管的截面图。该装管可以用作灯泡的排气装管。同样地，图4和分别示出了对该实施例设想的两种焊接玻璃预制件设计。图4的焊接玻璃预制件19具有可被封接装管的玻璃泡孔接受或能覆盖该孔的均匀形状与尺寸，图5的焊接玻璃预制件21则具有基本上与图3一样的一梯级结构。同样地，图5设计是本发明一较佳实施例，元件是装管。与图4的设计相比，图5的一梯级结构在密封过程中减少或防止了装管相对孔周围的移动，可实现更精密的装管密封。若与灯泡密封的装管的排气装管，通常被密封到一独立的孔而不是用来封接电极引线的孔。在吸气剂装入放电通道内、电极引线与排气管全部气密密封、通道通过排气装管抽空、汞和惰性气体加到通道后，可用火焰加热或其它加热方式使排气装管塌缩而得到最后的放电灯装置，不会引起关键的和敏感的灯元件明显发热。因排气装管比焊接玻璃预制件离主要的灯元件更远，小心应用火焰密封可使排气管塌缩而不毁坏灯泡或使其变形。火焰密封虽可使用，但在这里不直接用于玻璃泡。
图4和5的装置除了用作排气装管外，还可用于电极与玻璃泡的密封。图6和7示意示出包括硼硅酸盐玻璃装置、焊接玻璃预制件和珠状电极引线的两种元件组件设计的截面图。同样地，图7的设计具有以一样级结构为特征的焊接玻璃预制件，代表本发明一较佳实施例。与图6的设计相比，图7的一梯级结构在密封过程中减少或防止了装管23相对密封该装管的孔周围的移动，可实现更精密的装管密封。
在图6和7所示的元件组件中，在装管密封前，把珠状电极引线插入要密封到玻璃灯泡的装管。在装管与玻璃灯泡密封前，例如已通过火焰密封工艺将玻璃珠17与装管23作了气密密封。此时，当装管23与玻璃灯泡气密密封时，可形成珠状电极引线的气密密封。或在装管与玻璃灯泡气密密封前，可将珠状电极引线插入装管23而在其间不作气密封。在通过局部加热焊接玻璃预制件19和21而把装管密封到灯泡后，利用进一步加热可实现玻璃珠17与装管23之间的气密密封。而且，若火焰密封位置与灯泡关键而敏感的元件间的距离较长，只要小心，也可使用火焰密封。
本领域技术人员知道各种制作焊接玻璃预制件的方法。在各种设计成符合特定应用要求的粒子分布方面，玻璃体与玻璃化焊接玻璃都有粉末形式。为制备密封框架，可把玻璃体焊接玻璃做成棒，但是不能把反玻璃化焊接玻璃做成密封框架的棒，因为在再拉过程中容易结晶。两种焊接玻璃都可以干压，可以使用或不使用有机粘剂，形成各种所需形状与结构的密封环，例如用于装管密封。或者，可将它们压制烧结成所需形成与设计的密封带。在干压和/或挤压过程中，可直接形成接受灯元件诸如珠状引线与装管等的孔，或以后再钻孔。之后，把该元件插入孔内，形成本发明的元件一焊接玻璃预制组件。为方便下游的工艺，希望在元件与焊接玻璃预制件之间有一定机械接合，其方法是在低于焊接玻璃密封前软化温度Ts的温度下烧结整个组件。若在形成预制件时对焊接玻璃添加有机粘剂，则烧结的温度与时间要足以将粘剂从预制件里基本上除去，以在密封后不将有害的有机杂质引入灯泡的放电通道。如在本发明一实施例中，首先把添加少量乙醇的反玻璃化焊接玻璃粉压成期望的形状，诸如上述的圆柱形与一梯级形。然后通过预制件钻一孔，通过该孔插入珠状电极引线或玻璃装管。接着绕结该焊接玻璃预制件，消除乙醇，在焊接玻璃预制件与元件之间形成接合。本发明如此制备的元件组件便于与玻璃灯泡密封。通常，尤其是对单件设计的玻璃泡，在涂布了荧光层并将吸气剂装入放电通道之后，再把本发明的元件组件与灯泡密封。其它诸灯元件如电极罩等，在该组件与灯泡密封前焊接到珠状电极引线内引线端部。
如上所述，对于平板灯泡，尤其是已有荧光层的灯泡，希望在电极引一和排气装置同灯泡密封时作局部加热，以免损坏灯具的热敏元件如荧光层、吸气剂等，而且/或者避免灯泡自身变形。本发明的元件-焊接玻璃预制件组件能在密封元件时应用局部加热。在元件组件与玻璃泡密封时，主要对焊接玻璃预制件应用局部加热源，必要时可对预制件加压力。较佳地，在短时间内使焊接玻璃达到高于其密封温度的温度，使它软化或流动和/或反玻璃化(若使用反玻璃化焊接玻璃)，在元件与玻璃灯泡间形成气密密封。为避免对邻近的灯元件诸如荧光层、吸气剂等过度的热传递，希望把密封时间控制在5分钟以下，较佳在3分钟以下，更佳在1分钟以下，最佳在几秒钟内。或用屏蔽、反射体和/或吸热遮盖材料屏蔽灯泡其余部分，以防被密封使用的加热源过度加热。气密密封一完成，就把加热源移离元件组件，让密封玻璃泡慢慢冷至室温。焊接玻璃在冷却过程中变硬，形成坚强的气密密封。
由于本发明工艺使用的焊接玻璃预制件具有红外吸收能力，故能用红外辐射对焊接玻璃和密封区作局部加热。红外灯泡可用作红外辐射源。为实现局部加热，希望聚集辐射。可用曲面反射器集中红外辐射能量，把它几乎只导向密封区。运用足够的加热功率，使焊接玻璃预制件达到高于其密封前软化点的温度，从而实现气密密封。相邻的灯区不被红外辐射直接加热，故其温度并不快速升高。在本发明一实施例中，辐射源是线性红外束。线性束的优点是能同时密封多个位置，如两根珠状电极引线与排气装管。在本发明一实施例中，同时使用多个线性红外辐射源，会聚聚焦的光束指向焊接玻璃预制件和密封区。图8示出该例的装置结构，图中把扁平灯泡25放在平台27顶部，包括元件35和焊接玻璃预制件33的元件组件插入孔内，组件通过该孔与玻璃泡25密接。用两只红外灯泡29把两条线性红外束31导向焊接玻璃预制件33两侧。在该结构中，可在短时间内把制件均匀地加热到其密封温度。
在元件组件与灯泡密封过程中，希望减少玻璃泡与被密封焊接玻璃预制件的温差。若密封温度过分高于灯泡基板，在密封过程中就有断裂的危险，因而在对灯泡密封元件组件前，要将灯泡预热。预热在炉内进行较好，使包括涂上荧光层的灯泡达到对荧光层安全地较高温度。对应用稀土三荧光层的灯泡，该温度应低于600℃，较佳为500～585℃，使密封温度与基板温度的温差最小，不伤害荧光层。在该过程中，硼硅酸盐玻璃相对低的膨胀是个优点，使玻璃基板密封时不易断裂。有编程温度分布曲线的炉适用于密封和后续的慢冷却处理。
下面的实例进一步示明本发明。应该理解，下例只用于示例，不以任何方式限制权项所要求的本发明。
实例
本例中，制备图2所示的珠状电极引线-焊接玻璃预制件组件，并密封到单件硼硅酸盐玻璃平板灯泡。
本例使用SEM-COM公司(Toledo，OH)的产品名为SCC-7的反玻璃化焊接玻璃粉，其CTE在0～300℃内为35×10-7℃-1，密封前软化点为632℃，反玻璃化温度Td为670℃。用图1所示的珠状引线构成组件，该引线具有胶合的镍外引线11、与Nonex焊接玻璃17气密密封的钨中间引线15和镍内引线13。珠状引线购自The Fredericks公司(Huntington Valley，PA)。
把1.0克焊接玻璃粉与一滴乙醇混合，注入压模压制成盘形，生产出直径为12.8mm、厚3.2mm的浅绿色圆柱形预制件。预制件以590℃预烧结半小时，之后在盘心钻一孔，大小正好够保持图1所示的引线珠17。然后把珠状引线插入孔就位，使珠17在盘内居中。接着将得到的组件以620℃烧结半小时，使珠17与盘接合，但不形成紧密的气密密封。再把电极焊接到由引线13，这样就完成了电极-焊接玻璃预制件组件。
本例的玻璃灯泡用美国专利No.6,301,932描述的方法制造，具有单件设计。灯泡放电通道内壁涂有稀土三荧光层。灯泡玻璃的成分，按计算自批量材料的氧化物基百分比重量，大体包括77.4％的SiO2、15.4％的B2O3、1.9％的Al2O3和5.3％的Na2O，CTE在0～300℃内为38×10-7℃-1。钻出三个6mm半径的孔，与电极和/或装管密封。密封电极组件前，先把灯泡装入炉内预热到580℃。
吸气剂装入放电通道后，上述制备的电极-焊接玻璃预制件插入热灯泡的一个孔，焊接玻璃预制件装在孔顶部，引线位于孔中心。对焊接玻璃加红外辐射。在5分钟内将预制件加热到800～900℃，结果焊接玻璃预制件被软化而反玻璃化，形成气密密封。然后，灯泡慢慢冷至室温。测试表明，密封为气密性，荧光层和吸气剂未受密封损伤，未发现灯泡破裂。经XRD与SEM显微检查，利用红外加热，可在三分钟内实现焊接玻璃中期望的玻璃/结晶相。
本领域技术人员应明白，可对本发明作各种修改和变化而不背离本发明的范围与精神，因此本发明包括本发明的这些修改与变化，只要它们在所附权项及其等效物的范围内。

Claims (23)

1.一种元件与照明设备灯泡气密密封的工艺，所述灯泡由在0～300℃内具有CTE C1的玻璃制作，其特征在于包括以下步骤：
(i)制备包括要与灯泡密封的元件和红外吸收焊接玻璃预制件的元件组件，所述预制件封接到要气密封接玻璃灯泡的元件部分，其中预制件的焊接玻璃具有超过500℃的密封前软化点Ts和在0～300℃内为C1±510×10-7℃-1的密封后CTE C2，而一旦被加热到高于其密封前软化点Ts的温度，能形成元件与灯泡的气密密封；
(ii)把元件组件连接到灯泡孔，元件通过该灯泡孔被封接到灯泡；和
(iii)把红外辐射把焊接玻璃预制件局部加热到高于焊接玻璃密封前软化点Ts的温度，实行气密密封。
2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述玻璃泡由硼硅酸盐玻璃制作，其CTE C1在0～300W℃内为30～45×10-7℃-1，密封前已对玻璃泡施加了荧光层。
3.如权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述焊接玻璃预制件由反玻璃化焊接玻璃构成，主包括含CuO和/或Fe2O3的B2O3-SiO2-PbO-ZnO玻璃，其密封前软化点Ts为550～700℃，密封后CTE C2在0～300℃内为32～40×10-7℃-1，反玻璃化温度Td为630～750℃。
4.如权利要求3所述的艺，其特征在于，所述焊接玻璃预制件由构成，按氧化物基重量百分比计，主要包括：Al2O3为0～2％，B2O3为15～25％，CuO为1～5％，Fe2O3为0～5％，PbO为0～7％，SiO2为10～16％，Zn为55～65％；其密封前软化点为600～650℃，在0～300℃的密封后CTE C2为34～38×10-7℃-1，反玻璃化温度Td为650～700℃。
5.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述由硼酸盐玻璃制作，具有下列按计算自玻璃批量的氧化物基重量百分比表示的成分，77.4％r SiO2、15.4％的B2O3、1.9％的Al2O3和5.3％的Na2O，其CTE在0～300℃内为38×10-7℃-1。
6.如权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述玻璃泡在步骤(iii)前被预热到低于600℃的温度。
7.如权利要求6所述的工艺，其特征在于，所述玻璃泡在步骤(iii)前被预热到550～585℃的温度。
8.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述封接到玻璃泡的元件是珠状电极引线。
9.如权利要求8所述的工艺，其特征在于，所述珠状电极引线具有内引线、外引线与中间引线，中间引线具有与之气密密封的焊接玻璃珠。
10.如权利要求9所述的工艺，其特征在于，所述珠状引线的焊接玻璃珠通过以低于焊接玻璃预制件密封前软化温度Ts的温度烧结，与焊接玻璃预制件接合相连。
11.如权利要求10所述的工艺，其特征在于，所述焊接玻璃预制件的形状能直接被玻璃泡孔接受或能覆盖玻璃泡孔，而焊接玻璃预制件珠状电极引线组件通过玻璃泡孔封接到灯泡。
12.如权利要求11所述的工艺，其特征在于，所述封闭引线的焊接玻璃预制件包括两个不同截面尺寸的集成部分ρ1与ρ2，较小截面尺寸的ρ1可被封接元件组件的灯泡孔接受，而较大截面尺寸的部分ρ2在ρ1被插入该孔并被接受时能覆盖该孔。
13.如权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述封接的元件是CTE C3为C1±10×10-7℃-1的硼硅酸盐玻璃装管。
14.如权利要求13所述的工艺，其特征在于，所述装管通过以低于预制件焊接玻璃密封前软化温度Ts的温度烧结而接合到焊接玻璃预制件。
15.如权利要求14所述的工艺，其特征在于，所述焊接玻璃预制件包封的元件作为排气装管连接到灯泡。
16.如权利要求14所述的工艺，其特征在于，所述包封装管的焊接玻璃预制件的形状能被灯泡孔接受或能覆盖该灯泡孔，而元件组件则通过该灯泡孔被封接。
17.如权利要求14所述的工艺，其特征在于，所述包封装管的焊接玻璃预制件包括两个不同截面尺寸的集成部分ρ1与ρ2，较小截面尺寸的ρ1能被封接元件组件的灯泡孔接受，而较大截面尺寸的部分ρ2能在ρ1被插入该孔并被该孔接受时覆盖该孔。
18.如权利要求16或17的工艺，其特征在于，所述封接到灯泡的元件组件还包括装在装管内的珠状电极引线，该珠状经线和装管以某种方式选择安装，从而在再加热装管前，可在珠状引线与装管之间实行气密密封而不对封接该组件的玻璃泡造成明显加热。
19.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(iii)的加热时间小于5分钟。
20.如权利要求19所述的工艺，其特征在于，步骤(iii)的加热时间小于3分钟。
21.如权利要求20所述的工艺，其特征在于，步骤(iii)的加热时间小于1分钟。
22.如权利要求19所述的工艺，其特征在于，所述红外辐射源是线性聚焦光束。
23.如权利要求22所述的工艺，其特征在于，用多个红外辐射源形成会聚于焊接玻璃预制件的多条线性光束。
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