CN1830061A - 用于改进气密性的涂覆陶瓷放电容器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有至少一个端部(2)和放电腔(3)的放电容器(1)，由此用涂层(4)至少部分地涂覆放电容器(1)，并由此将涂层气密连接到放电容器(1)、密封剂(5)和/或端部封闭部件(9)的气密连接性比将所述密封剂(5)直接气密连接到所述端部封闭部件(9)和/或放电容器(1)上的气密连接性更强。

Description

用于改进气密性的涂覆陶瓷放电容器

本发明涉及一种高压放电灯，如用于头部照明应用的车灯，包括密封放电腔的陶瓷放电容器和具有淀积在其上的至少一个涂层的至少一个端部开口，优选为馈通开口，并由端部封闭器件气密封闭。所述端部封闭器件至少包括端部封闭件和连接装置。更特别是，本发明涉及所述放电容器的设计以及提高其寿命的方法。

高压放电灯中的放电容器以及相关制造工艺从现有技术中可知。不管怎么说，仍然必须提供所述高压放电容器的设计来解决下述的从现有技术中可知的缺陷。由于所述高压填充物，气体紧密密封所述高压放电灯放电容器产生几个问题。加热用于气密密封的所述放电容器导致所述内部填料膨胀或蒸发。结果是，填充气体膨胀导致不良质量的密封，并且填充盐蒸发导致不希望的灯特性。则所述密封的特征在于它以不可再现的长度结束，这是因为膨胀气体其于从所述放电容器向外推它。而且所述密封将包含缺陷，如气泡，导致裂纹，这使密封机械强度变差，导致泄漏。

为了防止所述填充气体的膨胀或蒸发，已经进行了寻找可替代的密封工艺的几种尝试和设计。

WO00/67294介绍了一种高压放电灯，更精确地说是金属卤化物放电灯，其具有被填充气体的外泡包围的非常小的、极高压填充的容器。

所述灯具有以下优点：放电容器具有非常紧凑的尺寸，这使它高度适合于车辆的头部照明应用。由于该放电容器内部直径比电极间隔小，因此放电电弧足够直，并且充分严格限制其发光表面，因此它可用做汽车头灯的光源，特别是具有复杂形状反射器的头灯。

然而已知灯的缺陷是在气密地封闭所述灯的放电容器而加热它时的初始填充物的相对损失。这导致错误色点设置和颜色不稳定性，缺陷还包括在气密密封所述放电容器时的不可再现的初始密封陶瓷长度，高的灯工作温度范围内的密封陶瓷裂开行为，这导致密封泄漏。此外，所述放电容器端部结构设计包括在所述馈通外表面和陶瓷塞内壁之间的宽间隙，这导致颜色不稳定。这些缺陷是由目前密封工艺造成的，或者涉及目前密封设计。所述工艺实际上加热了所述填充放电容器的太多表面，并且所述设计在所述馈通和所述陶瓷塞之间留下太大间隙。此外，馈通和陶瓷塞都由不合适的热机械匹配材料制成。

US6194832B1介绍了一种金属卤化物放电容器，其中塞子-具有至少四个、并优选为6个或更多个的轴向设置的金属陶瓷层，其中各个层的金属含量从最靠近容器的放电空间的层向外增加-用于密封所述金属卤化物放电容器管形端部。最内层直接烧结到陶瓷放电容器上，高陶瓷放电容器通常是氧化铝的，而最外层具有如下程度的金属含量，使其可以被焊接，并焊接到通过塞子的各个层向中心开口突出的金属或金属陶瓷馈通部件上。塞子的最外层优选具有至少50％体积的金属，并优选该金属与馈通部件的材料相同，并且甚至可以完全是金属的，从而保证容易紧密地进行焊接连接。焊接可以例如通过激光焊来进行。然而，结果是，由于突出的塞子的最内层不连接到馈通，并具有低金属含量，这与馈通的膨胀系数不匹配，如果不接触则导致设计形成裂隙，或者如果接触则在塞子中产生应力，由此使塞子和靠近容器的馈通之间的松散接头，即，同样产生裂隙。显然盐将蔓延到所述产生的松散接头中，这将导致灯的颜色不稳定，与此同时，导致所述松散接头沿着馈通向外延伸。对于在相对高温下工作的非常紧凑汽车放电容器，经历更多数量的开关，两种缺陷都是临界的并导致进一步泄漏。

本发明的目的是改进端部封闭器件与放电容器的气密连接，以便防止在所述部件之间形成松散接头，其中腐蚀盐填充物将凝结。

这个问题是通过用至少一个端部和放电腔部分地涂覆放电容器来解决的，由此至少一个所述涂层淀积和气密地连接在所述放电容器的端部和密封剂之间和/或密封剂和端部封闭部件之间。

所述层改进了连接装置的粘接，由此与放电容器和端部封闭器件之间的粘接强度相比，该层提供在放电容器和连接装置之间、和/或连接装置和端部封闭器件之间的更高的粘接强度。

所述端部封闭器件通常连接到具有密封剂的所述放电容器，以便实现所述部件之间的强粘接。由于表面的不同状态，以及所述端部封闭部件和所述放电容器之间的不同膨胀系数，在工作的灯已经经过一系列热循环之后气密粘接变弱。为了提高气密粘接和提供更可靠的燃烧器，向放电容器的端部的至少一部分上淀积至少一层涂层。

在放电容器烧结工艺的燃烧步骤之前，这个涂层在其湿态(greenstate)下施加于放电容器上。

有利地，用一层至少部分地涂覆放电容器的至少一个端部。所述层提高了连接装置的粘接性，由此与放电容器和端部封闭器件之间的粘接强度相比，该层提供在放电容器和连接装置之间和/或连接装置和端部封闭器件之间的更高的粘接强度。更优选地，第一层位于放电容器和密封剂之间，第二层位于密封剂和端部封闭部件之间。

由于利用所述涂层改进了端部封闭部件与放电容器的气密粘接，因此减少了裂隙或小裂纹。

为了防止材料碎裂，连接装置以及端部封闭部件应该由具有如下特性的材料制成：它们具有彼此匹配并与放电容器之一匹配的热膨胀系数。

在本发明的优选实施例中，其膨胀系数α(T)与多晶氧化铝放电容器的大约8·10^-6K^-1的膨胀系数匹配的任何涂覆材料都可以适用于本发明。这些材料的特征在于：对于在下列范围内的温度T：298K≤T≤2174K，它们的膨胀系数α(T)位于下列范围内：4·10^-6K^-1≤α(T)≤12·10^-6K^-1。更优选地，所述涂覆材料应该具有尽可能接近于放电容器之一的膨胀系数，以便防止在涂层中产生应力，这种应力的产生将导致在层中产生裂纹。

因此，涂层优选是选自包括例如W、Mo和/或Pt的组的材料的。所述材料具有在4·10^-6K^-1到12·10^-6K^-1范围内的热膨胀系数，并且对于典型放电容器金属卤化物填充物是耐腐蚀的。

根据本发明的密封剂是用于气密连接至少两个部件的装置，优选用于将端部封闭部件气密连接到淀积在高压燃烧器的放电容器上的涂层。

根据本发明的连接装置也是用于气密连接至少两个部件如馈通与端部封闭部件的装置。

本发明中的密封剂和连接装置包括用于焊接、激光焊、电阻焊、锡焊、铜焊、用粘接材料的粘接、初始成形、烧结、密封或任何其组合所需的材料。

放电容器包括端部和放电腔。端部优选是突出塞子的形式。所述放电容器通常由涂覆了至少一层的端部封闭器件封闭，由此所述端部封闭器件气密连接到放电容器的端部上，以便提供气密高压燃烧器。

在本发明的优选实施例中，燃烧器包括至少一个端部封闭器件，其包括将馈通气密连接到放电容器的至少一个连接装置。

端部封闭器件利用至少一个涂层和至少一个密封剂而气密连接到放电容器上。

已经发现，在端部封闭器件馈通-开口的外部横截面大于或等于端部封闭器件馈通-开口的内部横截面时，可以减少或避免由涂层、放电容器和端部封闭部件之间的密封和/或连接装置中的裂隙或裂纹产生的腐蚀问题。这种馈通-开口几何形状实现了位于面对放电容器的端部封闭部件的最内部馈通-开口截面上的端部封闭器件内的馈通的气密连接。

端部封闭部件馈通入口横截面优选设计成大于端部封闭部件馈通出口横截面。此外，所述横截面优选地具有相同几何形状。馈通横截面沿着燃烧器的主对称轴变化。馈通开口横截面越接近于放电腔，则越小。则连接装置可以理想地直接位于馈通出口上。

该开口优选是馈通开口。通过经馈通开口填充放电容器，然后气密封闭馈通开口，由连接工艺产生的热影响低于由将端部封闭器件封闭到放电容器的端部开口上的可比封闭工艺产生的热影响。实际上，封闭馈通开口要求局部和非常快速地加热。此外，由于气密连接工艺的相对高速和局部实施，用于改进放电容器和端部封闭器件之间的粘接的涂层将不会受到损伤。

根据本发明，裂隙是气密密封的馈通与其中设置和密封所述馈通的部件之间的空间。裂隙的另一定义是在馈通设置到所述馈通开口中和气密密封之后的馈通开口的剩余空间。更精确地说，裂隙是从馈通开口体积减去馈通部件体积的剩余体积。实际上，在已经进行了馈通连接工艺之后，还从馈通开口体积减去连接装置的体积。

根据本发明的端部封闭部件的外部形式优选具有软木塞、圆盘、塞子或端冒的形状。

端部封闭部件具有适于放电容器的端部中的形状。所述形状取决于安装端部封闭部件的位置。端部封闭部件可以插入端部的端部开口中。在这种情况下，端部封闭部件可以具有塞子形状。端部封闭部件可以设置成使其接触端部开口外端部。在这种情况下，端部封闭部件可以具有圆盘或端冒的形状。优选地，端冒可以至少部分地包围端部开口外端部。实际上，端部封闭部件可以有利地部分地位于所述端部开口内部并部分地位于其外部。在这种情况下，端部封闭部件可以具有木塞形状。

端部封闭器件材料应该具有与放电容器之一的膨胀系数匹配的膨胀系数，从而在密封工艺和后来燃烧器工作时的热循环期间不产生应力或裂纹。这样，该端部封闭器件、优选端部封闭部件和/或连接装置由金属、优选由Mo，由涂覆金属、优选用Mo或Al₂O₃涂覆的Ta，由金属合金、优选金属间合金如Mo₃Al，由金属陶瓷、和/或陶瓷、优选Al₂O₃构成。

穿过馈通开口的端部封闭部件横截面可以具有任何合适的形状；优选所述横截面具有圆锥、抛物线、双曲线、椭圆形、半圆形、Y形外形、O形外形、T形外形或X形外形等外形。

将端部封闭部件连接到涂层的密封剂是包括金属、金属合金和/或陶瓷的材料。

端部封闭器件可以由金属陶瓷材料构成，优选是功能性分级的材料。根据本发明使用的合适的金属陶瓷材料具有至少化合物A和B的基本连续梯度，由此由于材料化合物B的浓度减小，而材料化合物A的浓度基本上以相同程度增加。浓度梯度可以优选用任何线性或非线性函数来表述。

包括至少化合物A和B的梯度的金属陶瓷材料的特征在于它具有外层，在该外层中，材料化合物A和B的浓度是恒定的。

所述层可以具有0-500μm的厚度，优选为0-50μm，最优选0-5μm。

化合物A可以是Al₂O₃，化合物B可以是Mo。其它化合物可以按照同级或不同级的方式附加地混合到A和B中。

在本发明的优选实施例中，气密高压燃烧器包括至少一个具有至少一个馈通的所述端部封闭部件。

优选地，部分地用至少一层涂覆的气密高压燃烧器包括具有至少一个馈通的至少一个端部封闭部件，优选端部封闭部件具有至少一个贯穿的馈通开口，由此馈通开口的横截面面积在端部封闭部件的纵向变化。

本发明的另一方案是提供一种包括所述气密高压燃烧器的灯。包括所述燃烧器的灯优选设置在头灯中。这种头灯优选用在汽车部分中，尤其上汽车工业中，但并不仅限于这个用途。

本发明的又一方案提供一种制造气密高压燃烧器的方法，该气密高压燃烧器包括至少一个端部封闭器件、至少两个馈通部件、和具有至少一个端部开口的至少一个部分地涂覆的放电容器，由此所述方法包括以下步骤：

i)经至少一个开口用可电离填充物填充所述放电容器；和

ii)通过在其中设置馈通而封闭所述开口，接着将所述馈通气密连接到端部封闭器件和/或放电容器上，由此获得气密高压燃烧器。

通过参照下面所述的实施例使本发明的这些和其它方案更容易理解和阐述。

图1表示具有一系列涂层的气密高压燃烧器的纵向剖面图。

图2表示具有两个系列涂层的高压气密燃烧器的纵向剖面图。

图3表示气密连接到端部的涂覆端塞的详细纵向剖面图。

图1表示具有管形端部2和放电腔3并用涂层4涂覆的放电容器1。涂层4覆盖所述管形端部2的表面。所述涂层4位于放电容器1和密封剂5之间。为了获得气密高压燃烧器6，所述放电容器1被端部封闭器件7和馈通8封闭。通过所述密封剂5和所述涂层4气密连接到放电容器1的端部封闭器件7包括具有馈通开口的端部封闭部件9，在所述馈通开口中设置所述馈通8。所述馈通8通过连接装置10气密连接到端部封闭部件9上。

图2表示类似于前面在图1中所述的放电容器的放电容器1。根据图2的放电容器1具有第一涂层4a和一个附加第二涂层4b。附加第二涂层4b位于端部封闭器件7的端部封闭部件9和密封剂5之间。

图3表示端部封闭部件9，更精确地说是气密连接到气密高压燃烧器的放电容器1的具有端部开口的端塞。具有电极的馈通8设置在端塞的端部开口中，并通过密封剂5气密密封到所述端塞上。端塞由金属陶瓷制成，优选地由功能性分级的金属陶瓷构成。在其外表面上，面向放电容器1，用第一陶瓷涂层4a涂覆端塞，以便提高其与所述陶瓷放电容器1的粘接性。在其内表面上，面向密封剂5，用第二金属涂层4b涂覆端塞，以便提高其与所述金属密封剂5的粘接性。

                  参考标记列表

1、放电容器

2、端部

3、放电腔

4、涂层

4a、第一涂层

4b、第二涂层

5、密封剂

6、气密高压燃烧器

7、端部封闭器件

8、馈通

9、端部封闭部件

10、连接装置。

Claims (10)

1、一种具有至少一个端部(2)和放电腔(3)的放电容器(1)，其特征在于：至少一个涂层(4)位于并气密连接在所述放电容器(1)的端部(2)与密封剂(5)之间和/或密封剂(5)与端部封闭部件(9)之间。

2、根据权利要求1的放电容器(1)，其特征在于：涂层(4)与放电容器(1)、与密封剂(5)和/或与端部封闭部件(9)的气密连接性比所述密封剂(5)与所述端部封闭部件(9)和/或放电容器(1)的直接气密连接性更强。

3、根据权利要求1-2的放电容器(1)，其特征在于：涂层(4)具有在4·10^-6K^-1到12·10^-6K^-1之间范围内的膨胀系数。

4、根据权利要求1-3的放电容器(1)，其特征在于：涂层(4)对于氧化物和碘化物是化学耐腐蚀的。

5、根据权利要求1-4的放电容器(1)，其特征在于：涂层(4)是从包括至少W、Mo、和/或Pt的组中选择的材料。

6、根据权利要求1-5的放电容器(1)，其特征在于：涂层(4)至少覆盖端部封闭器件(7)的放电容器(1)的端部(2)。

7、一种具有涂层(4)的气密高压燃烧器(6)，包括至少一个根据权利要求1-6的放电容器(1)和至少一个端部封闭器件(7)和至少一个馈通(8)。

8、根据权利要求7的气密高压燃烧器(6)，包括具有至少一个馈通(8)的至少一个端部封闭部件(9)，优选端部封闭部件(9)具有至少一个贯穿的馈通开口，由此馈通开口横截面沿着端部封闭部件(9)的纵轴变化。

9、一种灯，包括根据权利要求7或8的至少一个气密高压燃烧器，由此该灯优选设置在汽车头灯单元中。

10、一种制造根据权利要求7或8的气密高压燃烧器(6)的方法，该气密高压燃烧器(6)包括：

a)至少一个端部封闭部件(9)

b)至少两个馈通部件(8)，

c)至少一个连接装置(10)，

d)至少一个密封剂(5)，和

e)具有涂层(4)的至少一个放电容器(1)，由此所述制造方法包括以下步骤：

i)经至少一个馈通开口用可电离填充物填充所述放电容器(1)；和

ii)通过在所述开口中设置馈通(8)而封闭所述馈通开口，接着利用连接装置将所述馈通(8)气密连接到端部封闭器件(7)和/或放电容器(1)上，由此获得气密高压燃烧器(6)。

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