CN1841646A - 复合体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供接合牢固、热循环性强的复合体。本发明的复合体(3)具有金属形成的实心长型体(2)和在由长型体的外侧向径向方向施加应力的状态下被固定的金属粉末的烧结体(11)。

Description

复合体
技术领域
本发明涉及金属或金属陶瓷的复合体。
背景技术
在特开平11-149903号公报中所公开的高压放电灯中，在管状钼制电流贯通导体的前端安装钨电极，插入高压放电灯的发光管内。并且，在管状的电流贯通导体的外周上安装环状的含有钼金属陶瓷的封闭材料，通过烧结将电流贯通导体和封闭材料安装在发光管端部。
在特开平7-192697号公报中所公开的陶瓷金属卤化物高压放电灯中，电流供给导体具有拥有较高熔点的第一部分和拥有较低熔点的第二部分，在这两部分相互对接的端部形成焊接接缝。并且，在高熔点的第一部分的前端上焊接有电极。
发明内容
但是，在特开平11-149903号公报中所公开的结构中，管状钼制电流贯通导体和钨电极的接合很困难。原因是，钼、钨均是高熔点金属，难以熔融，而且由于硬度高、具有脆性，因此，使它们具有高接合强度的接合工艺很难实施，导致高成本。
同样，在特开平7-192697号公报中所公开的结构中，揭示了例如作为第一部分的钨和作为第二部分的钽的组合或者作为第一部分的钼和作为第二部分的铌的组合。这些材料均是高熔点金属，难以熔融，而且由于硬度高、具有脆性，因此，通过使它们具有高接合强度的对接而进行的接合工艺很难实施，导致高成本。
在特开平11-149903号公报中所记载的情形下，为了抑制金属陶瓷封闭材料和电流贯通导体之间的热膨胀差、提高气密性，希望使用钼等来形成电流贯通导体。尽管考虑采用与电极相同的钨来形成管状的电流贯通导体，但这会使金属陶瓷封闭材料和电流贯通导体之间的热膨胀差增大，使它们之间的气密性有劣化的倾向。
在特开平7-192697号公报中所记载的情况下，电流贯通导体插入陶瓷的引线套管(リ一ドスル一管)中，在第一部分和第二部分的边界部分熔融流入玻璃料材料，要求的接合技术能不产生过大热应力地密封粘合电流贯通导体。这样的工序要求严格控制工艺参数，存在合格率下降或工序成本提高的倾向。
本发明的课题是提供接合牢固的、密着性高的长型体的复合体。
本发明涉及一种复合体，其特征在于，具有由金属或者金属陶瓷构成的实心长型体和在该长型体的外侧上固定的至少含有金属粉末的成型体的烧结体。
以下，参照适当附图，对本发明进行更详细说明。本发明中，首先准备例如如图1(a)、图1(b)所示的金属粉末(或者金属粉末和陶瓷粉末的混合物)的例如圆盘状成型体1。在成型体1上形成贯通孔1a。然后，如图1(c)所示，将金属或者金属陶瓷制的实心长型体2插入贯通孔1a。在该状态下使成型体1烧结，得到如图1(d)所示的复合体3。复合体3具有金属制的实心长型体2和安装在长型体2外周侧的圆盘状烧结体11，长型体2插入贯通孔11a。烧结过程中，成型体1产生烧成收缩，由此，长型体2的外表面和成型体贯通孔1a内表面之间，通过由烧结作用产生的紧固力和成型体1的烧结收缩作用而对长型体的外周面在径向上产生压缩应力，使烧结体11牢固地固定在长型体2的周缘。
同样，在本发明中，首先准备例如如图2(a)、图2(b)所示的金属粉末(或者金属粉末和陶瓷粉末的混合物)的例如圆盘状成型体1。在成型体1上形成贯通孔1a。然后，如图2(c)所示，将金属或者金属陶瓷制的实心长型部件2a和2b插入贯通孔1a进行组合，使长型部件2a和2b的对接部位于成型体1的中央部。在该状态下使成型体1烧结，得到如图1(d)所示的复合体3。复合体3具有金属制的实心长型部件2a和2b，以及安装在长型部件2a和2b外周侧的圆盘状烧结体11，长型部件2a和2b插入贯通孔11a。烧结过程中，产生成型体1的烧成收缩，由此，长型部件2a和2b的外表面和成型体贯通孔1a内表面之间，通过由烧结作用产生的紧固力和成型体1的烧结收缩作用而对长型体的外周面在径向上产生压缩应力，使烧结体11牢固地固定在长型部件2a和2b的周缘上。
根据这样的复合体，长型体2或者长型部件2a和2b与烧结体11的结合牢固，获得气密性，由于经历过成型体的烧结，因此热循环性也强。如果长型体2或者长型部件2a和2b为管状，则成型体1在烧成收缩时，长型体2或者长型部件2a和2b在径向上发生收缩变形，在径向上避开由成型体1的烧成收缩而施加的应力，因此无法得到牢固且气密性高的结合。
附图说明
图1中(a)是显示成型体1的截面图，(b)是成型体1的正面图，(c)是显示成型体1中插入了长型体2的状态的截面图，(d)是显示由(c)的组合体烧结得到的复合体3的截面图。
图2中(a)是显示成型体1的截面图，(b)是成型体1的正面图，(c)是显示成型体1中插入了长型部件2a和2b的状态的截面图，(d)是显示由(c)的组合体烧结得到的复合体3的截面图。
图3中(a)是显示管状成型体1A的截面图，(b)是显示成型体1中插入了长型体2的状态的截面图，(c)是显示由(b)的组装体烧结得到的复合体3A的截面图，(d)是其他复合体3B的截面图。
图4中(a)、(b)、(c)是显示各成型体1B、1C、1D的截面图，(d)是显示长型体2上安装了成型体1C的状态的截面图，(e)是显示由成型体1C的烧结得到的复合体3C的截面图。
图5中(a)、(b)、(c)、(d)分别是表示复合体3D、3E、3F和3G的截面图。
图6中(a)、(b)、(c)分别是表示星形的复合体11F、11G、11H的正面图，(d)是表示复合体的截面图。
图7是概要表示使用本发明得到的高压放电灯发光管的截面图，端部被焊接。
图8是概要表示使用本发明得到的高压放电灯发光管的截面图，端部被封闭材料13密封。
图9是概要表示没有使用本发明的高压放电灯发光管的截面图，电流贯通导体含有材质不同的部分14a、14b。
图10是概要表示使用本发明得到的高压放电灯发光管的截面图。
图11是概要表示使用本发明得到的高压放电灯发光管的截面图。
图12是概要表示使用本发明得到的高压放电灯发光管的截面图。
图13是概要表示使用本发明得到的高压放电灯发光管的截面图。
图14是概要表示使用本发明得到的高压放电灯发光管的截面图。
图15中(a)、(b)和(c)是概要表示高压放电发光管的组装工艺的截面图。
图16中(a)、(b)和(c)是概要表示高压放电发光管的组装工艺的截面图。
图17中(a)、(b)是表示各复合体3、3C的截面图，(c)是表示高压放电灯发光管的端部的截面图。
图18中(a)是表示封闭部件的成型体1和电极成型体16的截面图，(b)是表示成型体1和16安装在电流贯通导体2上的状态的截面图，(c)是表示由(b)的成型体烧结得到的复合体的截面图，(d)是表示使用(c)的复合体而得到的高压放电灯发光管的端部结构的截面图。
附图标记说明：
1、1A、1B、1C、1D成型体
1a成型体的贯通孔
2、2a、2b  长型部件
3、3A、3B、3C、3D、3E、3F、3G复合体
9发光容器
10高压放电灯发光管
11、11A、11B、11C、11D、11F、11G、11H烧结体
11a  烧结体的贯通孔
具体实施方式
在优选的实施方式中，烧结体为圆盘状(参照图1或图2)或者管状。图3即表示做成管状的烧结体的例子。首先，准备如图3(a)、图3(b)所示的金属粉末(或者金属粉末和陶瓷粉末的混合物)的管状成型体1A。在成型体1A上形成贯通孔1a。然后，如图3(b)所示，将金属制的实心长型体2插入贯通孔1a。在该状态下使成型体1A烧结，得到如图3(c)所示的复合体3A。复合体3A具有金属制的实心长型体2和安装在长型体2外周侧的管状烧结体11A，长型体2插入贯通孔11a。烧结过程中，在长型体2的外表面和成型体贯通孔1a内表面之间，通过由烧结作用产生的紧固力和成型体1A的烧结收缩作用而对长型体的外周面在径向上产生压缩应力，使烧结体11A牢固地固定在长型体2的周缘上。
图3(d)的例子是根据本发明在长型体2的外周固定了圆盘状烧结体11和管状烧结体11A。
对长型体的形状没有限定，可以是棒状，也可以是板状。对长型体的横截面形状也没有特别限制，可以是正圆形、椭圆形、跑道(race track)形、四边形、三角形等多边形等任意形状。
对长型体的外径没有特别限制，如果长型体的外径增大，成型体烧结时收缩量也增大，因而在烧结体侧上产生的拉伸应力则过大，会在烧结体上发生裂缝，存在与长型体的密着性受损的倾向。因此，本发明从该观点考虑，优选长型体的外径小于等于5.0mm，更优选小于等于3.0mm。但如果长型体的外径过小，则成型体烧结时的收缩量也小，因而紧固力和压缩力变小，很难固定长型体，因此，优选长型体的外径为大于等于0.1mm。
对长型体的材质没有特别限定，可以是任意金属、金属陶瓷。但是，本发明中长型体是加工困难的高熔点金属或者其金属陶瓷时，在能够制作结合力牢固的复合体这点上特别有效。从该观点考虑，熔点在1500℃或其以上的金属或者该金属的金属陶瓷是特别适合的。
作为构成这样的长型体的金属，优选从钨、钼、钽和铱中选择的一种或一种以上的金属或者其合金。此外，作为金属陶瓷，优选上述高熔点金属和陶瓷粉末的烧结体，作为这样的陶瓷粉末，可以例示如下：
即，氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、富铝红柱石(3Al2O3·2SiO2)、尖晶石(MgO·Al2O3)、YAG(3Y2O3·5Al2O3)等高熔点陶瓷粉末。
此外，从维持长型体的高导电性的观点考虑，优选构成金属陶瓷的金属比例为大于等于30体积％，更优选为大于等于50体积％。
还有，烧结体的形态只要是烧成收缩时能对长型体在径向方向施加压缩应力的形态，就没有特别限定。烧结体上优选设置长型体可以插入的贯通孔。优选的实施方式中，烧结体为管状或圆盘状。
对烧结体的材质没有特别限定，可以是任意金属、金属陶瓷。但是，本发明中烧结体是加工困难的高熔点金属或者该金属的金属陶瓷时，在能够制作结合力牢固的复合体这点上特别有效。从该观点考虑，熔点在1500℃或其以上的金属或者该金属的金属陶瓷是特别适合的。
作为构成这样的烧结体的金属，优选从钨、钼、钽和铌中选择一种或一种以上的金属或者其合金。此外，作为金属陶瓷，优选为上述高熔点金属和陶瓷粉末的烧结体，作为这样的陶瓷粉末可以例示如下：
即，氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、富铝红柱石(3Al2O3·2SiO2)、尖晶石(MgO·Al2O3)、YAG(3Y2O3·5Al2O3)等高熔点陶瓷粉末。
此外，烧结体的热膨胀与发光容器的安装部的值相近，安装部产生的热应力降低，从该观点考虑，构成金属陶瓷的金属比例优选为与发光容器安装部的热膨胀系数差小于等于2ppm的体积比例，更优选与发光容器安装部的热膨胀系数差小于等于1ppm的体积比例。
特别优选烧结体含有如下成分：钨、含有钨的金属陶瓷、钼、含有钼的金属陶瓷、钽、含有钽的金属陶瓷、铌、含有铌的金属陶瓷。
对用于构成烧结体的金属粉末的粒径没有特别限定，要考虑烧成收缩量等来适宜确定。金属粉末的粒径例如可以是0.5～50μm。还有，对陶瓷粉末的粒径也没有特别限定，可以考虑烧成收缩量来决定，例如可以是0.1～10μm。还有，对烧结前的成型体的成型方法没有特别限定，可以利用挤出成型、压制成型、浇铸成型、刮刀涂布法等任意方法。
还有，在成型烧结体时，可以对金属粉末(和根据需要的陶瓷粉末)添加分散介质。分散介质可以是例如水、乙醇、异丙醇、二甘醇一丁醚乙酸酯等。另外，作为其他的添加剂，可例举出PVA(聚乙烯醇)、甲基纤维素、乙基纤维素和表面活性剂或可塑剂等。
另外，烧结前的成型体，可以是将规定的湿式材料成型后的成型体，也可以是将这样的成型体干燥后的干燥体，或者可以是干燥后进行脱脂后的脱脂体。
烧成温度根据材料的种类而决定，没有特别限定，一般为1400～2000℃。
在优选的实施方式中，长型体全部由同一材料构成。由此，可以降低长型体，甚至复合体的制造成本。还有，长型体的端部可以通过焊接而接合钨、钼等。
对于本发明的复合体的用途没有特别限定，可以例示如下：
各种高压放电灯的电极、投影机发光管的电极、其他陶瓷部件和金属部件复合化时的金属部件。
在优选的实施方式中，长型体起到作为电极和电流贯通导体的功能。这时，电极整体可以由相同材质形成，因此不必焊接最适合的不同材料的组合。由于不再需要通过焊接高熔点金属来实现结合，因此可以显著降低制造成本。
与此相同，使多个长型部件对接而接合，接合部分的外周侧上固定烧结体，例如根据图2所记载的方法，同样，不必焊接最合适的不同材料的组合。所以，不再需要通过焊接高熔点金属来实现结合，因而可以显著降低制造成本。
此外，在优选的实施方式中，烧结体起到作为向发光容器安装的安装部的功能。因此，可以将作为电极功能的长型体气密地安装到发光管内部，因而本发明特别适合于高压放电灯。
还有，在优选的实施方式中，烧结体起到作为电极辐射片(電極ラジエ一タ一)的功能。因此，电极前端部放热效率优良，因而特别适合于高压放电灯。
还有，在优选的实施方式中，烧结体起到作为调整长型体直径的套筒的功能。因此，可以控制长型体和发光管的引线套管之间形成的空间体积量，从而提高发光管的效率和寿命，特别适合于高压放电灯。
另外，在优选的实施方式中，烧结体还起到作为用于与电流引线相焊接的端部的功能。如果长型体仅由钨或金属陶瓷等焊接非常困难的材料构成，则与供给电流用的引线的焊接接合很困难。因此，通过在长型体的外侧固定钼、铌、钽等焊接容易的材料来作为烧结体，与电力供给引线的焊接变得容易，因而特别适合于高压放电灯。
还有，烧结体的内径和长型体的外径的关系对于发现两者的密着性是很重要的，有必要按照在烧结体中不插入长型体进行烧结时的内径比长型体的外径小2～20％来调整成型时的内径。而且，对烧结体的外径没有特别限定，如果烧结体的外径过大，则烧结体的成型、烧结有困难，因此优选烧结体的外径小于等于50mm。另外，烧结体的外径优选大于长型体的外径0.1mm或以上，更加优选大于0.3mm或以上。
对烧结体的厚度没有限定，例如可以是大于等于0.1mm、小于等于20mm。成型体的内径大于等于长型体外径时，二者之差，考虑到组装二者的操作性，优选为0.01mm或以上。
在烧结体的外周部分上，可以设置厚度0.1～1mm、高度大于等于1mm、小于等于5mm的环状突起。这样的环状突起部分，也可以起到作为向其他外部部件安装的安装器具的功能。
以下，参照适当的附图，对本发明进行更加详细说明。
图4(a)、图4(b)、图4(c)各自表示本发明中可以使用的成型体1B、1C、1D的截面图。成型体1C的外周缘上形成有环状的突起4。还有，成型体1D的外周缘上设置有倒角部5。将这些成型体安装在如图4(d)所示的长型体2的外周上、使其烧结，得到如图4(e)所示的烧结体11C和复合体3C。
图5(a)、(b)、(c)、(d)各自表示本发明中涉及的成型体3D、3E、3F、3G的正面图。复合体3D中，在长型体2的外周固定着圆盘状的烧结体11，还固定着管状的烧结体11A和11B。复合体3E中，在长型体2的外周上固定着圆盘状的烧结体11C，还固定着管状烧结体11A和11B。在烧结体11C的外周侧边缘上形成环状的突起4。复合体3F中，在长型体2的外周上固定着圆盘状的烧结体11D，还固定着管状烧结体11A和11B。在烧结体11D的外周侧边缘上形成倒角部分5。复合体3G中，长型体2的外周固定着圆盘状烧结体11，还固定着管状的烧结体11B和11E。
本发明中的长型体上固定的烧结体的形状并不限定于圆盘状、管状。例如，可以将图6(a)、(b)、(c)所示的星形或者齿轮形的烧结体11F、11G、11H安装在长型体2的外周上，使其烧结。象这样形状的烧结体容易被设计为具有大的表面积，特别适合于作为电极辐射片。
以下，以适用于高压放电灯发光管的实施例为中心进一步说明本发明。
图7是概要表示使用本发明而制作的高压放电灯发光管10的截面图。透光性材料制成的发光容器9的两端内侧由封闭部件11C进行封闭。具体而言，各封闭部件11C的各贯通孔11a中插入电极兼电流贯通导体2。这里，封闭材料11C和电流贯通导体2根据本发明结合，从而构成本发明的复合体3C。复合体3C各自保持气密。各封闭部件3C的外侧边缘上形成环状的突起4。
另一方面，在发光容器9的端部内侧，通过夹持板状金属片7由脆性材料构成的内侧部件6被固定。发光容器9、板状金属7和内侧部件6通过后述的工艺牢固结合。这样，板状金属7的边缘和环状突起4的边缘可以用任何方法，例如焊接法形成如8所示的气密性接合，得到高压放电灯用发光管。通过在该发光容器9的内侧空间12中封入规定的发光物质，可以作为高压放电灯的发光管来使用。
板状金属片7具有以后述方式压接把持的把持部7a和从发光容器的端部突出的非把持部7b。这样，通过使板状金属片7的非把持部从发光管端部突出而使一般的对发光容器端部的封闭更容易。即，使用玻璃料等封闭材料进行封闭的时候(例如图8)，通过在非把持部7b的内侧附着封闭材料，可以进行封闭。还有，即使使用激光焊接法进行封闭时，这样的非把持部也可以避开焊接时的热量，防止热量集中于发光管侧，具有防止裂缝产生的作用，也具有防止焊接材料泄漏等作用。
这样，通过对高压放电灯用发光管适用本发明，可以进一步得到以下作用效果。即，本发明的复合体3C中，封闭部件11C与牢固地埋设结合在发光容器9的端部和内侧部件6之间的板状金属片7的热膨胀差少，在该封闭部件11C的内侧插入并固定有实心的电极兼电流贯通导体2，可以使导体2的前端起到电极的功能。这样的导体2的整体由例如钨那样的适用于电极的材质形成的情况下，根据本发明，封闭材料11C对于导体2进行气密且牢固地接合，抗热循环性也提高了。因此，由于导体2的整体可以由钨等一种适当的金属形成，因此不再需要高熔点金属的接合工艺，由此可以显著削减制造成本。
在如图8所示的高压放电灯发光管的情况下，各封闭材料11G的各贯通孔11a中插入电极兼电流贯通导体2。这样，封闭材料11G和电流贯通导体2通过本发明而结合在一起，构成本发明的复合体3G。复合体3G各自保持气密。另一方面，在发光容器9的端部内侧上，通过夹持板状金属片7由脆性材料构成的内部部件6被固定。发光容器9、板状金属片7和内侧部件6按照后述的工艺牢固结合。而且，板状金属片7的内侧面和封闭材料3G表面由密封材料13进一步封闭。
这样的密闭材料可以例举出玻璃密封材料、陶瓷密封材料，特别优选如下材料：例如，可以使用组成为Dy2O3∶Al2O3∶SiO2＝50～80∶10～30∶10～30(重量％)的玻璃料材料或者氧化物的混合粉体。
在图9所示的高压放电灯发光管中，电流贯通导体14的固定中没有使用本发明。这种情况下，由于使用以往的方法来接合端部封闭部件30和电流贯通导体14，所以要求端部封闭部件和电流贯通导体之间的热膨胀差小。例如端部封闭部件30由钼金属陶瓷制造的情况下，电流贯通导体中的封闭部分14由与其热膨胀相近的钼形成，前端侧14a由钨形成。但是，钨和钼的接合部分很难牢固接合，制造成本显著提高。
在图10的例子中，发光容器9的端部内侧上固定着外侧封闭部件20，在外侧封闭部件20和内侧封闭部件21之间按照后述的方法压接把持有板状金属片7。另外，电极兼电流贯通导体2和封闭材料11H是根据本发明一体化的，从而构成复合体3H。而且在板状金属片7的内侧面和封闭材料11H之间施加密封材料13。电流贯通导体2的前端上固定着如图6说明的齿轮型电极辐射片17。
在图11的例子中，发光容器9的端部外侧上固定着外侧封闭部件22，外侧封闭部件22和内侧封闭部件23之间按照后述的方法压接把持着板状金属片7。另一方面，电极兼电流贯通导体2和封闭材料11H根据本发明一体化，从而构成复合体3H。而且在板状金属片7的内侧面和封闭材料11H之间施加密封材料13。电极兼电流贯通导体2的前端上固定着螺旋状的电极辐射片17。
在图12的例子是对所谓椭圆型发光容器适用本发明的示例。发光容器29的端部内侧固定着封闭部件24，发光管29和封闭部件24之间按照后述的方法压接把持着板状金属片7。另外，电极兼电流贯通导体2和封闭材料11H根据本发明一体化，从而构成复合体3H。而且在板状金属片7的内侧面和封闭材料11H之间施加密封材料13。电极兼电流贯通导体2的前端上固定着螺旋状电极辐射片17。
图13的例子是对所谓椭圆型(エリプテイカル)发光容器适用本发明的示例。发光容器29的端部外侧固定着外侧封闭部件25，外侧封闭部件25和内侧封闭部件24之间按照后述的方法压接把持有板状金属片7。另外，电极兼电流贯通导体2和封闭材料11H是根据本发明一体化的，从而构成复合体3H。而且在板状金属片7的内侧面和封闭材料11H之间施加密封材料13。电流贯通导体2的前端上固定着螺旋状电极辐射片17。
在图14的例子是对所谓椭圆型发光容器适用本发明的示例。发光管29的端部作为引线套管，直径细至如同毛细管状。另外，电极兼电流贯通导体2和封闭材料兼套管1A、焊接用端部11A和电极辐射片17是根据本发明一体化的，从而构成复合体3H。而且在发光管29的端部的毛细管内侧面和封闭材料兼套管1A之间施加密封材料13。电极兼电流贯通导体2的前端上固定着齿轮型电极辐射片17。还有，在相反一侧固定着与引线的焊接容易的焊接用端部11A。
图15(a)～(c)是表示根据本发明组装高压放电等发光管的工艺的示意截面图。如图15(a)所示，在发光容器的成型体9A和内侧部件6之间，插入管状的板状金属片7而夹住。然后，使成型体9A烧结发生烧成收缩，图15(b)所示，将板状金属片7压接把持在发光容器9和封闭部件6之间。另外，根据本发明，如图15(c)所示，准备电极兼电流贯通导体2和烧结体11C的复合体3C，在板状金属片7上焊接烧结体11C的环状突起4，获得高压放电灯发光管。
还有，在图16(a)～(c)所示的例子中，以与图15(a)～(c)同样的工艺制作高压放电灯发光管。但是，在本例中，在电流贯通导体2的前端设置多个小圆盘构成的电极辐射片16。
电极兼电流贯通导体2，例如如图17(a)、(b)所示，插入特定形状的成型体的贯通孔中，使成型体烧结而形成复合体。并且，将所得到的烧结体11C，例如如图16(c)所示，通过密封材料13固定或者焊接在板状金属片7上。
在图18(a)的例子中，不仅准备封闭部件1，还准备电极辐射片17的成型体16。这样，如图18(b)所示，将电极兼电流贯通导体2插入成型体1的贯通孔1a的同时也插入电极辐射片17的成型体16中。然后，使成型体1和电极成型体16烧结，如图18(c)所示，在电流贯通导体2的外周上固定烧结后的封闭材料11和电极辐射片17。之后，如图18(d)所示，使封闭部件11相对于板状金属片7固定，作成高压放电灯。
高压放电灯发光管中，对于形成压接把持板状金属片的封闭部件或发光容器的脆性材料，没有特别限定，可以是例如玻璃、陶瓷、金属陶瓷、单晶。
作为玻璃，可以例举出石英玻璃、铝硅酸盐玻璃、硼硅酸玻璃、氧化硅-氧化铝-锂系结晶化玻璃等。陶瓷可以例举出，对卤素系腐蚀性气体有耐蚀性的陶瓷，特别优选氧化铝、氧化钇、钇铝石榴石(YAG)、氮化铝、氮化硅、碳化硅。此外，也可以是它们中任意一种的单晶。
金属陶瓷可以是例如氧化铝、氧化钇、钇铝石榴石、氮化铝这样的陶瓷和钼、钨、铪、铼等金属的金属陶瓷。单晶可以是在可见光范围内具有光透明特性的例如金刚石(碳单晶)、蓝宝石(Al2O3单晶)等。
在高压放电灯发光管中，在板状金属片的厚度方向的两侧，优选使用热膨胀系数相当或相同的脆性材料来压接把持。这样，脆性材料间基本不产生应力，金属材料上产生的应力以金属材料的厚度中心为对称基本等量分布，再者由于有比脆性材料更薄的厚度，产生的应力被金属材料的塑性变形所缓和。这样，即使在压接把持工序后，在伴随温度变化的使用条件下，不发生金属材料的折坏或破裂或大的变形等致命性损伤。
上述的高压放电灯发光管中，在板状金属片和脆性材料接触界面上产生的应力通过板状金属片的把持部的变形而得以缓和。
在板状金属片把持部和脆性材料的接触界面上产生的应力，例如是由如下的原因产生的。假定金属材料的热膨胀系数为α1，杨氏模量为E1，脆性材料的热膨胀系数为α2，杨氏模量为E2。将金属材料埋设在脆性材料中，在烧结温度T1下使其压接把持，冷却至室温时，二者完全不产生变形或不产生界面滑动的情况下，在金属侧产生的应力σ1由下式表示。
σ1 ∝E1×(T1-室温)×(α1-α2)    (1)同样，在脆性材料侧产生的应力σ2由下式表示。
σ2∝E2×(T1-室温)×(α2-α1)    (2)
以钼和氧化铝的组合为例，钼的热膨胀系数为约5ppm/℃，杨氏模量为约330Gpa，氧化铝的热膨胀系数为约8ppm/℃，杨氏模量为约360Gpa，因此，在烧结温度1500℃下冷却至室温时，若钼侧完全没有塑性变形的话，则在钼侧产生约1500MPa的压缩应力。同样，在氧化铝侧产生约1600MPa的拉伸应力。
该应力值远远超过了各自的材料强度，通常，这样的脆性材料和金属部件的结构体，会在任一材料的界面发生破坏，不可能获得复合的部件。
但是，如果金属上产生大于等于屈服应力的应力时则会发生塑性变形。这时直至破坏时的变形的大小表示为“伸长”，一般“伸长”为百分之几到百分之几十的非常大的值。
相对于陶瓷材料，金属材料侧设为相对壁薄，通过设计成仅在金属侧产生大于等于屈服应力的应力而产生塑性变形，以缓和由于热膨胀差产生的应力。
例如以钼制成100微米厚度的薄板，制成氧化铝厚度为10mm的块时，钼薄板产生变形为了缓和应力所必需的钼侧的变形由(3)式表示。
∈＝(T1-室温)×(α1-α2)～0.5％  (3)厚度方向的变形量
Δt＝∈×t～0.5微米  (4)因而可以通过非常小的变形缓和所产生的应力。
以白金和氧化铝的组合为例，白金的热膨胀系数为约9ppm/℃，杨氏模量为约170Gpa，氧化铝的热膨胀系数为约8ppm/℃，杨氏模量为约360Gpa，因而，在烧结温度1500℃下冷却至室温时，若白金侧完全没有塑性变形的话，则在白金侧产生约250MPa的拉伸应力。同样，在氧化铝侧产生约530MPa的压缩应力。
这时，如果以白金制成厚度100微米的薄板，制成氧化铝厚度为10mm的块时，则为使白金薄板产生变形而缓和应力所必需的白金侧的变形由(3)式表示约0.1％。在白金侧相对于压接把持方向上产生的拉伸应力，其深度方向上仅产生0.1％的变形即可缓和拉伸应力。如果是10mm的压接把持深度，则其仅为10μm。
在这样的脆性材料和金属材料的结构体上，主要由二者的热膨胀差所引起的应力，其变形约为1％或以下。一方面，由于金属材料的屈服强度小于拉伸强度而直至断裂达到的伸长在百分之几到百分之几十，所以，金属材料侧的厚度相对比脆性材料厚度薄，即使仅在金属侧产生大于等于屈服应力的应力而产生塑性变形，缓和热膨胀差，其变形量也小于等于“伸长”值，没有金属材料的破坏。还有，由于金属材料发生变形，可以缓和在脆性材料侧发生的应力，实现脆性材料—金属结构体。在使用利用烧成收缩而一体化的制法的情况下，进行高温下的热处理操作，通过金属材料的高温蠕变变形等也能缓和应力。
在优选的实施方式中，压接板状金属片把持部的两侧的脆性材料的热膨胀系数差为2ppm或其以下，优选为1ppm或其以下。最优选二者的热膨胀系数相同。这样通过使二者的热膨胀系数匹配，可以更进一步提高对本发明的脆性材料—金属结构体的热循环的稳定性、可靠性。
在优选的实施方式中，压接板状金属片把持部的两侧的脆性材料是烧成收缩率不同的烧结体，通过烧成时的收缩差压接板状金属片。此时的收缩率差的适当值将在后文中叙述。
或者，在优选的实施方式中，压接板状金属片的把持部的两侧的脆性材料的内侧是玻璃、单晶等无烧成收缩的脆性材料，外侧是烧成收缩的脆性材料。
在优选的实施方式中，压接板状金属片的厚度至少把持部为1000μm或以下，特别优选200μm或以下。通过将这样的板状金属片变薄，可以降低由于板状金属片的变形而在板状金属片和脆性材料之间产生的应力，进一步提高发光容器的气密性。但是，如果板状金属片过薄，则作为结构体而言强度不足，因此优选板状金属片的把持部的厚度为大于等于20μm，更优选大于等于50μm。
在优选的实施方式中，压接板状金属片把持部的脆性材料中，外侧的脆性材料的厚度为大于等于0.1mm。这样由外侧脆性材料向板状金属片的径向上施加的压力十分大，可以使发光容器的气密性进一步提高。从该观点来看，更优选外侧的脆性材料的厚度大于等于0.5mm。
对发光管的制造方法没有特别限定，对于这些发光管的主体部分而言，(1)具有下述方法：通过挤出成型、泥浆浇铸成型、注射成型，将发光管分成两个部件而成型，通过由脱脂前接合成型体到正式烧成而使它们一体化。或者(2)也可以通过以胶体浇铸成型法为代表的熔模铸造法进行成型，从而可以实现不选择主体发光管样式的端部封闭结构。
此外，金属卤化物灯中注重耐蚀性，主要使用Mo、W、Re等，但高压钠灯中还采用Nb作为上述金属部件。同样，超高压水银灯也可以采用Nb。
这些发光容器通过如下的封闭而制成放电灯发光管。
(1)金属卤化物灯(一般照明)
在50～200mbar的Ar气气氛下从Mo制的金属帽(帽自身上也可以有引导部分)的孔中投入Hg(并非必需)、金属(Na、稀土类元素等)碘化物，插入Mo或者W电极，通过TIG焊接或者激光焊接进行焊接封闭。
(2)金属卤化物灯(汽车用途、点光源用)
与(1)同样地封装金属碘化物和Hg(并非必需)。根据需要使用7～20bar的Xe作为启动气体。特别象本发明这样的情况下，极短时间和低温下完成封闭，因此基本可以完全抑制以启动气体为首的发光物质的蒸发。主体部分材料可以是通常的透光性的氧化铝，更优选的是，选择直射透光率高的YAG、蓝宝石、粒径小于等于10μm的多晶氧化铝等。
(3)高压Na灯
金属帽使用Nb，电极使用Mo、W、Nb将它们焊接。发光物质为钠汞齐和Ar等的启动气体，在不使用Hg时封入Xe。特别在管表面使用辅助电极时(与卷绕线圈、金属化印刷等种类无关)，为了防止电极保持部件附近和辅助电极的短路，根据需要也可以在辅助电极上等设置绝缘手段。
(4)超高压水银灯
主体部分材料适合使用直射透过率高的YAG、蓝宝石、粒径小于等于10μm的多晶氧化铝等。发光物质为Hg和Br。金属帽除了Mo、W之外还可以使用Nb，焊接法与上述相同。
实施例
实施例1
一边参照图1(a)～(d)一边说明根据所述方法制作复合体3。具体而言，在平均粒径2微米的金属钼粉末100份中，加入有机溶剂15份、粘合剂5份和润滑剂2份，混炼成坯土状，接着，在真空和泥机中混炼至不含空气的状态，准备挤出用金属模，进行挤出成型，干燥，准备特定长度的金属钼粉末成型体1。挤出成型体1的截面形状为近圆形，在中心部上在长方向上形成与一体化的钨线材直径基本相同的孔1a。该孔可以通过在挤出成型用金属模的中心通过预先固定芯材来形成，在成型体的长度较短的情况下，也可以将挤出成的实心棒状成型体切割成规定长度后，使用钻头进行机械加工来形成。可以在干燥前或干燥后切割成规定长度。
这样形成的金属钼粉末成型体1，在大气中于600℃下加热，从成型体内将粘合剂和润滑剂热分解而预先除去。
然后，在金属钼粉末成型体1的中心孔1a中插入长度为40mm的钨线材2，将二者组装起来，在氢气气氛中于1800℃进行烧成，烧结金属钼粉末成型体。金属钼粉末成型体通过烧结成为没有气孔的致密的金属钼烧结体。同时由于金属钼粉末成型体烧结时的体积收缩作用和烧结作用将金属钼烧结体和钨棒的界面密切接合，二者一体化，得到气密性高的复合体3。
这样得到的钨棒和金属钼部件一体化的结构体，适用于作为例如高压放电灯用的电极兼电流贯通导体。
实施例2：与压制成型部件的一体化
制作如图4(b)、(d)、(e)所示形态的复合体3C。具体而言，在平均粒径2微米的金属钼粉末100份中，加入粘合剂3份和可塑剂1.5份，准备造粒粉末。对该造粒粉末施加单轴方向的压力(1000kg/cm2)，进行压制成型，然后干燥，从而准备形成规定形状的金属钼粉末成型体1C。
压制成型体1C的截面形状为近圆形，在中心部在长方向上形成与一体化的钨线材直径基本相同的孔1a。该孔可以通过在压制成型用成套金属模的中心预先固定芯材来形成，在成型体厚度较短的情况下，也可以在实心圆盘状成型体上，使用钻头进行机械加工来形成孔。
在压制成型的情况下，由于成套金属模的结构精细，可以在成型体上形成薄壁的肋壁4或倒角形状的角部5。
这样成型的金属钼粉末成型体1，在大气中于600℃下加热，从成型体内将粘合剂和润滑剂热分解而预先除去。
之后，在金属钼粉末成型体的中心孔1a中插入长度为40mm的钨线材2，将二者组装起来，在氢气气氛中1800℃烧成，烧结金属钼粉末成型体。金属钼粉末成型体通过烧结形成没有气孔的致密的金属钼烧结体。同时由于烧结金属钼粉末成型体时的体积收缩作用和烧结作用将金属钼烧结体和钨棒的界面密切接合，二者成为一体，而得到气密性高的结构体。
这样得到的钨棒和金属钼部件一体化的结构体，适用于作为例如高压放电灯用的电极兼电流贯通导体。
实施例3：与挤出成型部件的一体化
制作如图3(a)～(c)所示的复合体3A。具体而言，在平均粒径2微米的金属钼粉末70体积％和平均粒径0.3微米的氧化铝粉末30体积％的混合粉末100份中，加入有机溶剂20份、粘合剂5份和润滑剂2份，混炼成坯土状，在真空和泥机中混炼至不含空气的状态，准备挤出用金属模，进行挤出成型，干燥，准备规定长度的金属钼—氧化铝混合粉末成型体1A。
挤出成型体1A的截面形状为近圆形，在中心部在长方向上形成与一体化的钨线材直径基本相同的孔。该孔可以通过在挤出成型用金属模的中心预先固定芯材来形成，在成型体的长度较短的情况下，也可以将挤出成实心棒状的成型体切割成规定长度后，使用小直径的钻头进行机械加工来形成。可以在干燥前或干燥后切割成规定长度。
这样成型的金属钼—氧化铝混合粉末成型体，在大气中于600℃下加热，从成型体内将粘合剂和润滑剂热分解而预先除去。
之后，在设置于金属钼—氧化铝混合粉末成型体1A的中心的孔1a中插入长度为40mm的钨线材2，在氢气气氛中于1800℃下烧成。金属钼—氧化铝混合粉末成型体通过烧结形成没有气孔的致密的金属钼—氧化铝金属陶瓷烧结体。同时由于金属钼—氧化铝混合粉末成型体烧结时的体积收缩作用和烧结作用将金属钼—氧化铝金属陶瓷烧结体和钨棒的界面密切接合，二者成为一体，得到气密性高的结构体。
这样得到的钨棒和金属钼—氧化铝金属陶瓷部件一体化而成的结构体，适用于作为例如高压放电灯用的电极兼电流贯通导体。
实施例4：与挤出成型部件的一体化
制作如图6(a)、(d)所示形态的复合体。具体而言，在平均粒径2微米的金属钨粉末80体积％和平均粒径0.3微米的氧化铝粉末20体积％的混合粉末100份中，加入有机溶剂20份、粘合剂5份和润滑剂2份，混炼成坯土状，接着，在真空和泥机中混炼至不含空气的状态，准备挤出用金属模，进行挤出成型，干燥，准备规定长度的金属钨—氧化铝混合物粉末成型体11F。
金属钨—氧化铝混合粉末挤出成型体11F的截面形状为立着多个肋片的齿轮状，在中心部的长方向上形成与后述一体化的钨线材直径基本相同的孔。该孔可以通过在挤出成型用金属模的中心预先固定芯材来形成，在成型体的长度较短的情况下，也可以将挤出的实心棒状成型体切割成规定长度后，使用钻头进行机械加工来形成。可以在干燥前或干燥后切割成规定长度。
这样成型的金属钨—氧化铝混合粉末成型体，在大气中于600℃下加热，从成型体内将粘合剂和润滑剂热分解而预先除去。
之后，在设置于成型体的中心的孔中插入长度为40mm的钨线材2，在氢气气氛中于1800℃烧成。烧结金属钨—氧化铝混合粉末成型体，制成金属陶瓷。金属钨—氧化铝混合粉末成型体通过烧结形成没有气孔的致密的金属陶瓷烧结体11F。同时由于金属钨—氧化铝混合粉末成型体烧结时的体积收缩作用和烧结作用将金属钨—氧化铝金属陶瓷烧结体11F和钨棒2的界面密切接合，二者成为一体。这样得到的钨棒和金属钨—氧化铝金属陶瓷部件一体化的结构体，适用于作为例如具备高性能的电极辐射片的高压放电灯用的电极。
实施例5
与实施例1相同方式制作复合体，但是钨棒2的直径、烧结前的成型体的外径(直径)、内径、壁厚、长度如表1所示进行各种变更。然后进行与实施例1相同的试验，得到如表2所示的结果。
表1
钨棒                     钼成型体
实施例序号 直径(mm) 直径(mm) 内径(mm) 壁厚(mm) 长度(mm)
 1-1  5  10  5.1  2.45  10
 1-2  4  10  4.1  2.95  5
 1-3  3  7  3.05  1.98  10
 1-4  2  5  3.05  0.98  5
 1-5  1.5  4.5  1.55  1.48  3
 1-6  1  1.5  1.05  0.23  5
 1-7  1  2  1.1  0.45  3
 1-8  0.9  2.5  0.95  0.78  5
 1-9  0.8  2  0.85  0.58  4
 1-10  0.7  1.1  0.75  0.18  13
 1-11  0.5  1.5  0.55  0.48  3
 1-12  0.3  1.5  0.32  0.59  3
 1-13  0.2  1  0.21  0.4  2
表2
钨棒                      钼烧结体
实施例序号 直径(mm) 直径(mm) 内径(mm) 壁厚(mm) 长度(mm) 气密性atm·cc·sec-1
 1-1  5  8.8  5  1.9  7.5  10-8
 1-2  4  8.6  4  2.3  3.8  10-8
 1-3  3  6  3  1.5  7.5  10-9
 1-4  2  4.2  2  1.1  3.8  10-9
 1-5  1.5  3.7  1.5  1.1  2.3  10-9
 1-6  1  1.38  1  0.19  3.8  10-9
 1-7  1  1.8  1  0.4  2.3  10-9
 1-8  0.9  2.1  0.9  0.6  3.8  10-9
 1-9  0.8  1.8  0.8  0.5  3  10-9
 1-10  0.7  1.0  0.7  0.15  10  10-9
 1-11  0.5  1.3  0.5  0.4  2.3  10-9
 1-12  0.3  1.3  0.3  0.5  2.3  10-9
 1-13  0.2  0.8  0.2  0.3  1.5  10-9
实施例6
按照图16、17中所示的工艺步骤，制作图7的高压放电灯发光管。
具体而言，准备将钼板深拉延成型而制作的厚度为0.2mm的圆筒状金属片7。或者将钼粉末挤出成型成管状后，通过烧结准备厚度0.2mm的圆筒状金属片7。另外，准备高纯度氧化铝烧结体形成的封闭部件6，在6的外侧固定圆筒状金属片7，在其外侧固定氧化铝粉末的成型体9A。成型体9A由干式成型机(ドライバツグ成形机)成型为内径2.1mm、外径4mm、长度20mm的高纯度氧化铝制成的管状发光管用成型体2(成型压力1500kg/cm2)。这样的组装体在氢气气氛中1800℃下烧成，得到图16(b)所示的发光容器。
另一方面，以与实施例1同样的方式制造电极兼电流贯通导体2和钼金属陶瓷制的封闭部件11的接合体3C。然后，进行激光焊接环状突起4和板状金属7。将其一侧被焊接的发光容器，移入手套箱(グロ一ブボツクス)中，在高纯度氩气气氛中，利用没有焊接接合体3C的一侧的发光容器的封闭部件的孔，投入规定量的水银和钪—钠系的卤化金属，然后插入接合体3C，进行激光焊接环状突起4和板状金属片7。通过这一系列的工序，制作如图16(c)所示的高压发电灯用发光管。在该发光管上焊接电流供给用引线，插入玻璃外球中，制成灯，利用规定的稳压器电源产生电流，可以作为金属卤化物高压放电灯使其发光。

Claims (17)

1.一种复合体，其特征在于：其具有由金属或者金属陶瓷形成的实心长型体和固定在该长型体的外侧的至少含有金属粉末的成型体的烧结体。
2.根据权利要求1所述的复合体，其特征在于：所述烧结体为圆盘状或管状。
3.根据权利要求1或2所述的复合体，其特征在于：所述长型体中，所述烧结体被固定的部分由同一材料形成。
4.根据权利要求1或2所述的复合体，其特征在于：所述长型体由多个长型部件形成，这些长型部件在长方向上连接时的连接部被所述烧结体固定。
5.根据权利要求1～4中任何一项所述的复合体，其特征在于：所述长型体起到作为电极和电流贯通导体的功能。
6.根据权利要求5所述的复合体，其特征在于：所述烧结体起到作为向发光管安装的安装部的功能。
7.根据权利要求5所述的复合体，其特征在于：所述烧结体起到作为电极辐射片的功能。
8.根据权利要求5所述的复合体，其特征在于：所述烧结体起到作为用于调节长型体直径的套筒的功能。
9.根据权利要求5所述的复合体，其特征在于：所述烧结体起到作为与电流引线焊接用的端部的功能。
10.根据权利要求1～9中任何一项所述的复合体，其特征在于：所述长型体由高熔点金属或者含有高熔点金属的金属陶瓷的线材形成。
11.根据权利要求10所述的复合体，其特征在于：所述高熔点金属为从钨、钼、钽和铱中选择的一种或者一种以上的金属或者含有该金属的合金。
12.根据权利要求1～11中任何一项所述的复合体，其特征在于：所述烧结体由高熔点金属或者含有高熔点金属的金属陶瓷形成。
13.根据权利要求1～12中任何一项所述的复合体，其特征在于：所述长型体的外径为5mm或以下。
14.根据权利要求1～13中任何一项所述的复合体，其特征在于：所述烧结体的外径为10mm或以下，且比所述长型体外径大0.1mm或以上。
15.根据权利要求1～14中任何一项所述的复合体，其特征在于：所述烧结体的厚度为大于等于0.5mm、小于等于20mm。
16.根据权利要求1～15中任何一项所述的复合体，其特征在于：所述烧结体的外周部分具有厚度为0.1～1mm、高度为1～5mm的环状突起。
17.根据权利要求3所述的复合体，其特征在于：所述长型体由相同材料形成。
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