CN1941271A - 发光装置、尤其是高压金属卤化物灯 - Google Patents

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克劳迪娅·施米德彼得
乌尔里希·珀什尔特
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Abstract

本发明涉及一种发光装置，尤其是一种高压金属卤化物灯，其中对壳体、烧结物以及灯座材料的材料组合加以选择，使得至少在壳体、烧结物以及灯座材料的连接面处：a.烧结材料的热膨胀系数(CTE烧结物)分别与灯座材料的热膨胀系数(CTE灯座)以及壳体材料的热膨胀系数(CTE壳体)匹配；或者b.烧结材料的热膨胀系数(CTE烧结物)分别与灯座材料的热膨胀系数(CTE灯座)以及壳体材料的热膨胀系数(CTE壳体)衔接，以保持密封粘接以及经受住压力和温度条件。

Description

发光装置、尤其是高压金属卤化物灯
技术领域
本发明涉及一种发光装置、尤其是一种高压金属卤化物灯。
背景技术
市场的最终用户对所用光源的均匀质量越来越感兴趣。因而，高压金属卤化物灯在各种光应用领域引起了关注，因为它们代表这样的光源，其选择性地逐点发射具有高白光质量的强光。和传统卤素灯相比，它们更有效并且节省成本。
高压金属卤化物灯通常具有封入陶瓷或石英的第一壳体的放电容器或灯头，该第一壳体以不透气方式包含一种或若干种金属卤化物、Hg以及填充的稀有气体。这样的放电灯头，例如，描述在WO 2004/077490和WO 2005/033802中。第二壳体包围第一壳体，尤其以灯泡的形式，其所起的作用是热封装第一壳体、实际的发光元件，和/或保护用户不受破裂或有害辐射，尤其是紫外辐射的伤害。末端敞开的第二壳体固定于由电绝缘材料制成的灯座，并将两个电源构件或插头安装在灯座附近或灯座内。
在大多数情况下，为了隔热起见，第一和第二壳体之间的空间被抽空。因此，在灯内设置了用于抽空所述空间的管。
这样的高压金属卤化物灯的灯头在1000℃或更高的温度下工作。因此，取决于多种因素，第二壳体(外壳体)的温度在300至850℃的范围内。从而，对于所使用的材料以及生产高压金属卤化物灯的方法绝对是高要求的。
根据目前的灯泡制造方法，将箍缩玻璃(pinch glass)布置在发光元件周围并固定灯座和灯泡。所使用的材料是例如用于灯泡的石英(例如，硅玻璃)以及用于插头和管的导电材料。灯座通常是石英。作为现有技术中已知的装配方法，通常采用以下方法：(1)火焰密封-利用高温火焰环绕灯座密封玻璃灯泡；(2)直接密封-直接将灯泡密封到灯座上而不用任何熔剂或连接介质；或(3)焊接密封-利用玻璃粉进行密封。
已知的高压金属卤化物灯的关键问题是灯的尺寸取决于放电管或灯头的瓦特数(功率)和几何形状以及灯座与外部第二壳体或灯泡的粘接区的长度。
因此，根据WO 2004/077490，描述了一种高压金属卤化物灯，其中外壳体由石英玻璃、硬玻璃或软玻璃制成，但未详细说明。该灯座由石英玻璃、硬玻璃、软玻璃、或陶瓷材料制成，优选为烧结体，优选为玻璃体、玻璃-陶瓷体、或陶瓷体。高压金属卤化物灯的特点在于，借助于(玻璃)粉的搪瓷(enamel)而将外罩或壳体固定在灯座上。优选地，以预先成形的环的形式提供搪瓷。利用烧结环可简化高压金属卤化物灯的制造，从而将由灯座厚度确定的熔融区减小到最小。然而，这样的烧结环的材料在WO 2004/077490中未详细说明。
根据US 3,451,579，描述了一种复合灯制品，其中灯由预制的中空低热膨胀系数的玻璃陶瓷外壳以及预制的能透过辐射的低膨胀硅玻璃窗组成，二者都具有不超过25×10-7的相适应的低热膨胀系数。外壳和窗是通过包含密封玻璃的辉铜矿加以粘接，该密封玻璃基本上由78-80mol％的SiO2、8-12mol％的Al2O3以及10-15mol％的Cu2O组成。因此，与本发明相比较，所描述的灯的构造和组成是不同的。
因此，本发明的一个目的是提供一种发光装置，尤其是高压金属卤化物灯，其将上述问题减小到最低程度，使得能够保持理想的光质量并具有改善的可靠性和使用寿命。同时还提供了简单的制造方法。
发明内容
上述目的是通过一种发光装置、尤其是高压金属卤化物灯来实现，其包括：
-发光元件，
-围绕发光元件的壳体，优选以灯泡的形式，
-包括至少一个电流源或插头的灯座，
灯座借助于烧结材料以不透气方式连接于壳体，其中选择壳体、烧结物以及灯座材料的材料组合，使得至少在壳体、烧结物以及灯座材料的连接面：
a.烧结材料的热膨胀系数(CTE烧结物)分别与灯座材料的热膨胀系数(CTE灯座)以及壳体材料的热膨胀系数(CTE壳体)匹配，
b.烧结材料的热膨胀系数(CTE烧结物)分别与灯座材料的热膨胀系数(CTE灯座)以及壳体材料的热膨胀系数(CTE壳体)衔接(过渡)，
以保持密封粘接以及经受住压力和温度条件。
意想不到的是，已经发现可以选择用于发光装置、尤其是高压金属卤化物灯的材料组合，其使得可靠性和使用耐久性得以提高，并且同时满足突出的要求，尤其是高压金属卤化物灯的突出要求。在高压金属卤化物灯中，上述灯壳体优选为第二或外壳体，其包围包括发光元件的第一壳体或内壳体。
因此，针对热膨胀系数的考虑，分别对烧结物、灯座以及壳体的材料加以选择或对其相互调整。因而，灯座可以借助于烧结材料连接到灯壳体上，其中烧结材料可以与这两者的热膨胀系数，即壳体材料和灯座材料的热膨胀系数(CTE)(变化方案a)相匹配，或者它可以过渡两种材料的CTE(变化方案b)，以保持密封粘接并经受住压力和温度条件，尤其在高压金属卤化物灯中。
以这样的方式，CTE在长期工作期间产生理想的不透气密封和封闭。通常，可以选择在约0至约10ppm/K范围内的热膨胀系数α20/300。
根据本发明的具体实施方式a，灯座材料的CTE、灯壳体材料的CTE以及烧结材料的CTE可以相等，例如，选择的壳体/烧结物/灯座的材料都包括零膨胀。如果所使用的三种材料的所有CTE值都相等，那么适用CTE壳体＝CTE灯座＝CTE烧结物。然而，在大多数情况下，所选材料的CTE是基本上相等或非常近似。如果所有CTE值基本上相等或非常近似，则适用CTE壳体～CTE灯座～CTE烧结物。根据本发明的范畴，术语“匹配”、“基本上相等”或“非常近似”应理解为：CTE值的选择由一种材料的预定CTE值开始，然后基于其选择其它材料，例如为给定的CTE值±1ppm/K，优选为CTE值±0.8ppm/K，更优选为CTE值±0.5ppm/K，最优选为CTE值+0.25ppm/K，尤其是CTE值±0.1ppm/K。例如：灯座材料给定的CTE是4.7ppm/K，那么壳体和烧结材料的CTE应选择在3.7至5.7ppm/K的范围内(给定的CTE值±1ppm/K)，优选在4.2至5.2ppm/K的范围内(给定的CTE值±0.5ppm/K)。
根据本发明的具体实施方式b，可以调节烧结材料以介于一方面灯座材料的CTE和另一方面灯壳体材料的CTE之间。因此，灯座材料和灯壳体材料的热膨胀系数是不同的，如CTE壳体小于或大于CTE灯座，从而烧结材料是这样一种材料，其缓和了不同热膨胀系数之间的差异或提供了其间的平衡。优选地，烧结材料具有一在壳体和灯座材料的热(膨胀)系数之间的热膨胀系数，和/或以适当的厚度D提供烧结材料。壳体材料/灯座材料的热膨胀系数的差应优选不超过2ppm/K，更优选不超过1.5ppm/K，最优选不超过1ppm/K。例如当CTE壳体＜CTE灯座时，采取CTE烧结物≤CTE灯座以及CTE烧结物≥CTE壳体。此差异被烧结材料所缓和。
由于可以调节粘接或连接温度，使用的烧结材料可以具有比上述给定值更高或更低的值。
只有考虑到上述条件，才可以实现本发明的目的。
优选对于温度T≥350℃，更优选T≥450℃，系统的灯壳体/烧结物/灯座的密封是充分气密的和稳定的。
对灯座材料没有进一步限制，只要它适用于本技术领域。这样的材料可以是导电材料或绝缘材料。可以使用典型的金属或陶瓷材料，如科伐(kovar)、合金42、氮化铝等。优选地，灯座呈平板的形式。
对于电流源或存在于灯内的接触元件如插头和排气或充气管也没有限制，但它们可以由匹配于灯座材料的标准金属，例如科伐、合金42制成。此外，灯座材料以及插头和管的材料当然应适于给它们提供标准密封方法如玻璃-金属密封。根据本发明，电流源或插头是导电介质或电极，在其上可以安装发光元件。在一另外的有创造性的具体实施方式中，灯座材料在导电的情况下，本身可以作为一个电极，并且仅需要一个与灯座绝缘但仍然密封的插头。
如上所述的被气密性密封并与灯座绝缘的电接触插头是利用现有技术如玻璃-金属密封加以密封的。可以计算密封例如玻璃密封的直径，以使导电插头/电极具有适当的抗蠕变力。
还应当注意到，灯座材料应具有至少(如果不是更多的话)一个密封在内的管，以在密封以后抽空内部的空气或在灯壳体或灯泡内填充气体。在完成所需要的操作以后可以夹断或熔封上述管。该管也可以仅用灯座内的孔来代替并且可以用球形接头方法或涉及焊料玻璃的其它类似技术加以熔封。
烧结材料可以选自玻璃或金属材料，可以特别是无铅的材料以符合环境要求。烧结材料可以是钝化材料，其可以不受包含在(第二)壳体或封闭灯泡内的任何气体(反应性气体)的侵蚀。优选地，烧结材料是基于玻璃或玻璃陶瓷的无机材料。典型的烧结材料是玻璃材料如硼酸铅复合玻璃，例如包含能够降低热膨胀系数的填料。另外的实例是无铅硼酸铋锌复合玻璃。
烧结材料还要设计成是耐高温的，例如具有高于500℃以上的Tg(玻璃化温度)以在灯泡的工作温度范围内保持气密性。
用作烧结材料的金属材料可以是已知的焊料金属如CuAgPd或AuSn。
对烧结材料的形式没有特别限制，它优选适合于要粘接的壳体和灯座的形式和连接面。因此，取决于起始条件下的烧结材料，可以利用非常有限的粘接或连接区以及熔化区。在起始条件下烧结材料可以具有环的形式。
对壳体或灯泡的形式同样没有进一步的限制，其通常包含或由玻璃或玻璃陶瓷组成，该玻璃或玻璃陶瓷可以从各种玻璃或玻璃陶瓷材料中选出，以匹配灯座和烧结材料的结合或提供其间的过渡。
待粘接材料的类型和尺寸要虑及相同或不同材料的不同组合的选择，以便产生壳体/烧结物/灯座的密封粘接。根据本发明，要粘接或连接的适宜材料必须依据它们的热膨胀系数CTE(以ppm/K为单位)来选择，这些材料可以分为不同的类型。只要上述关于CTE值的要求得到满足，可以组合相同或不同类型的材料：
a)1型具有低热膨胀或热膨胀为零的材料；
0≤CTE20/300≤1.3ppm/K；
b)1gr型具有梯度的材料(功能上分级的材料)；0≤CTE20/300≤5ppm/K，较后的粘接或连接面具有低的膨胀，如零；
c)2型具有膨胀在1.3≤CTE20/300≤3.5ppm/K范围内的材料；
d)3型具有膨胀在3.5≤CTE20/300≤5.5ppm/K范围内的材料；
e)3gr型具有梯度的材料(功能上分级的材料)；5≥CTE20/300≥0ppm/K，较后的粘接或连接面具有高膨胀如CTE20/300～4.0ppm/K；
f)4型具有膨胀在5.5≤CTE20/300≤9ppm/K范围内的材料。
具有CTE～0ppm/K的热膨胀系数的材料是例如透明的硅酸铝锂(LAS)玻璃陶瓷，其具有高石英混合晶体的主晶相，如Robax或Zerodur(Schott AG，Mainz的商标)。
具有CTE～0.5ppm/K的材料的一个实例是硅酸盐玻璃SiO2。
具有热膨胀系数～1.0ppm/K的材料是，例如，半透明硅酸铝锂(LAS)玻璃陶瓷，其具有热液石英混合晶体的主晶相。
分类为1gr型的材料可以是，例如，为部分陶瓷质的硅酸铝锂(LAS)玻璃陶瓷。这些材料是局部陶瓷质的硅酸铝锂LAS玻璃陶瓷，其具有玻璃陶瓷的环状外部以及径向向内的绿色(瓶料)玻璃结构。所述材料具有1gr型的梯度。这样的材料可以具有以下成分(基于氧化物的重量％)：
SiO2           50-70
Al2O3        17-27
Li2O          ＞0-5
Na2O           0-5
K2O            0-5
MgO             0-5
ZnO             0-5
TiO2           0-5
ZrO2           0-5
Ta2O5        0-8
BaO             0-5
SrO             0-5
P2O5         0-10
Fe2O3        0-5
CeO2           0-5
Bi2O3        0-3
WO3            0-3
MoO3           0-3
以及0-4wt％用量的澄清剂。
作为2型材料，即，膨胀在1.3≤CTE20/300≤3.5ppm/K范围内的材料，可以使用在下表中列出的申请人(Schott AG)的下述8228、8229、8230型的过渡玻璃(transition glass)(参见DE 103 48 466)。
氧化物(％)     8228        8229        8230
SiO2          82.1        87.0        83.6
B2O3        12.3        11.6        11.0
Al2O3       5.3         ---         2.5
Na2O          ---         1.4         2.2
K2O           ---         ---         0.3
纯化剂         0.05-0.2    0.05-0.2    0.05-0.2
α(×10-6)     1.3         2.0         2.7
DURAN 8330也是一种可能的材料(CTE＝3.3ppm/K)，其具有下述大概的成分：
SiO2        81wt％
B2O3       12.8wt％
Al2O3      2.4wt％
Na2O        3.3wt％，以及
K2O         0.5wt％。
上述的8228、8229、8230以及8330包括下述玻璃成分(重量％)范围：约80％至约90％的SiO2、约0至约15％的B2O3、约0至约10％的Al2O3、以及少于5％的R2O，其中B2O3和Al2O3的总含量是约7％至约20％，而R是选自由Li、Na、K、Rb以及Cs组成的组的碱金属。
膨胀在CTE20/300＝3.5至5.5ppm/K范围内(3型)的材料的实例可以是以下材料：
a)Fe-Ni-Co合金，例如，诸如Vacon 11(CRS Holdings公司)的合金，也称作“科伐”或合金42。根据合金(例如，科伐、合金42)的组成，Fe-Ni-Co合金优选具有在3.5ppm/K与5.5ppm/K之间的热膨胀系数；
b)Mo或掺杂的Mo，其具有约5.2ppm/K的膨胀系数CTE；
c)W或掺杂的W，其具有约4.4ppm/K的CTE；
d)硬玻璃，例如，SCHOTT的8253玻璃，其具有下述大概的成分(wt％)：
  SiO2   59.79
  Al2O3   16.52
  B2O3   0.30
  CaO   13.52
  BaO   7.86
  ZrO2   1.00
  TiO2   1.00
  α20/300   4.73ppm/K
  Tg   791℃
  密度   2.66g/cm3
e)硼硅酸盐玻璃，例如，具有CTE20/300～4.3ppm/K的SUPRAX8488或CTE20/300～5.0ppm/K的8250玻璃；
f)硅酸铝锂(LAS)玻璃陶瓷型ROBAX或Zerodur(没有陶瓷质)的起始玻璃，其具有CTE～3.5-5.0ppm/K；
g)硅酸铝镁(MAS)玻璃陶瓷，其具有下述组成(基于氧化物的重量％)：
SiO2             35-70，尤其是35-60
Al2O3           14-40，尤其是16.5-40
MgO               0-20，优选4-20，尤其是6-20
ZnO             0-15，优选0-9，尤其是0-4
TiO2           0-10，优选1-10
ZrO2           0-10，优选1-10
Ta2O5         0-8，优选0-2
BaO             0-10，优选0-8
CaO             0-＜8，优选0-5，尤其是＜0.1
SrO             0-5，优选0-4
B2O3          0-10，优选＞4-10
P2O5          0-10，优选＜4
Fe2O3         0-5
CeO2           0-5
Bi2O3         0-3
WO3            0-3
MoO3           0-3
以及常见的澄清剂，例如，SnO2、CeO2、SO4、Cl、As2O3、Sb2O3，其用量为0-4wt％。
3gr型材料包含具有梯度的材料(功能上分级的材料)，其具有在0与4ppm/K之间的局部不同的膨胀系数CTE20/300。这样的材料可以例如利用简便过程控制由原材料制得，例如，原材料可以是LAS型的玻璃陶瓷。具有终端绿区(terminal green region)的局部陶瓷管状元件的实例可从WO 2005/066088知晓。
具有膨胀CTE20/300在5.5与9.0ppm/K之间(包括5.5和9.0ppm/K)范围内的材料的实例为(4型)：
a)Al2O3陶瓷；6≤CTE20/300≤8ppm/K；
b)硅酸铝锂玻璃陶瓷，其具有二硅酸锂的主晶相；CTE20/300约9.0ppm/K；
c)包铜的Ni-Fe线；轴向的CTE20/300为8.5ppm/K；
d)YAG陶瓷；CTE20/300约8ppm/K，
气密性密封系统可以通过上述组中的一种类型的材料或选自不同类型的材料来获得。灯壳体材料/灯座材料的以下材料组合是优选的，从而烧结材料优选为针对所选的壳体材料/灯座材料而选择的玻璃材料。例如，烧结材料可以选自硼酸铅复合玻璃，无铅硼酸铋锌复合玻璃或基于磷酸盐的玻璃，可选具有加入的填料。在实施例中，描述了其他优选的材料组合。
灯壳体材料/烧结材料/灯座材料的优选材料组合，其选自上述类型的材料，也可以是以下材料组合：
实施方式a：
-1型材料/1型材料(灯壳体/灯座)
-1gr型材料/1gr型材料(灯壳体/灯座)
-2型材料/2型材料(灯壳体/灯座)
-3gr型材料/3gr型材料(灯壳体/灯座)
-3型材料/3型材料(灯壳体/灯座)
示例性实施例：
MAS玻璃陶瓷/科伐或合金42；
硬玻璃/科伐或合金42；
硬玻璃/硬玻璃；
硼硅酸盐玻璃，例如，Schott 8488型玻璃(SUPRAX)/合金42或科伐；
硼硅酸盐玻璃，例如，Schott 8488型玻璃(SUPRAX)/硼硅酸盐玻璃，例如，8250型玻璃；
-4型材料/4型材料(灯壳体/灯座)
实施方式b：
-1gr型材料/3型材料(灯壳体/灯座)
示例性实施例：
局部陶瓷质LAS玻璃陶瓷/合金42或科伐；
-3型材料/1gr型材料(灯壳体/灯座)
-1gr型材料/1型材料(灯壳体/灯座)
示例性实施例：
具有高石英混合晶体的部分陶瓷质LAS玻璃陶瓷/LAS玻璃陶瓷；
-3gr型材料/3型材料(灯壳体/灯座)
示例性实施例：
部分陶瓷质LAS玻璃陶瓷/合金42或科伐；
-1型材料/3型材料(灯壳体/灯座)
示例性实施例：
透明LAS高石英混合晶相/科伐、合金42；
具有高石英混合晶体的部分陶瓷质LAS玻璃陶瓷/LAS玻璃陶瓷。
因此，提供了特定的材料组合，从其优先选择灯座、烧结材料以及第二壳体材料，以便获得具有改善特性的发光装置、尤其是高压金属卤化物灯。
本发明的发光装置或高压金属卤化物灯可以按照现有技术的任何已知方法制造。
为了在灯壳体和灯座之间获得紧密和稳定的粘接或连接，可以利用烧结材料作为焊接材料来实施连接或焊接方法，其中部件是由于熔接(fusion)效应而被粘接。烧结材料的熔化温度低于其它材料的熔化温度，其优选在约200至700℃的范围内。使用包含Fe-Ni合金(科伐、合金42)的灯座时，烧结材料的熔化温度不应超过600℃，理想的是不超过500℃。
连接或焊接方法可以通过以下方法来实现：
a)以热方式，例如，加热器
b)通过短波红外辐射
c)通过激光熔化
d)通过高频加热。
根据方法b)，是以光学方式进行熔化。光学加热元件具有在非常短时间内熔化玻璃的优点，加热并不是通过加热表面和热传递来实现，而是对全部体积直接加热。因此，可以避免在更厚的样品中热诱导的应力和变形。
短波红外辐射的应用在现有技术中已有描述，但并没有关于烧结材料与灯壳体和灯座的粘结或连接的描述。例如，DE 199,38,807、DE 199,38,808、DE 199,38,811以及DE 101,18,260所提到的，将其披露的内容以引用形式结合于此。
然而，在本发明中，还提供了另一种将灯壳体或灯泡连接于灯座材料的方法，根据该方法，壳体材料在底部用适宜的材料例如金、银等金属化，并且灯座镀以材料如Ni和/或Au，并且可以通过标准金属焊料如CuAgPd、AuSn等来实现粘接。如上所述，可以利用短波红外辐射或激光等方法来实施其他的密封方法。
此外，可以采用在现有技术中已知的任何密封方法。但是，优选的是，灯座可以具有一种几何形状，以致灯壳体或灯泡被调节到和至少一个电源或插头同心，以避免以后的任何对准操作步骤。可以通过适当的方法例如分配(dispensing)、预形成等来放置烧结物或金属焊料。可以将灯壳体或灯泡在有或没有压力的情况下置于灯座上，这取决于附着方法，然后在惰性气氛(例如氮气)或真空中加以密封。
本发明的发光装置可以是一种热辐射器，例如灯泡或卤素灯。该热辐射器的主要发光来自钨金属或合金的加热线圈，所述线圈可以由惰性气体，尤其是Kr、Ar、Xe或卤化物所包围。
本发明的发光装置在工作期间内的气体压力可以达25巴。其可以是放电灯。该放电灯可以包括放电室，并且所述放电室被充以放电成分，如汞和/或稀土金属离子和/或Xe。
优选地，所述放电室包括放电体。作为进一步优选，所述发光装置在壳体内部具有荧光层，该荧光层用来将放电过程的紫外辐射、尤其是汞的紫外辐射转换成可见光。
更进一步地，上述发光装置的壳体包括填充气体并且所述填充气体具有高达200巴或更高的压力。
另一方面，本发明的发光装置还可以包括装配有灯头系统(burner system)的内灯泡。
本发明的优点是多方面的：
出于对灯壳体材料、灯座材料、以及烧结材料的热膨胀系数的考虑来选择材料组合，使得显著改善例如使用中的高压金属卤化物灯的发光装置的可靠性、安全性以及耐久性。
有目的地对材料加以选择或调整使得这些灯最适合用在室温以及所要求的高温和高压条件下。因而，在操作期间的破裂以及产生缺陷的倾向发生的可能性较少。不会出现因操作中所用材料的不同变形而引起的机械应力或变形，并且在使用中漏泄的危险被减小到最低程度或被避免。
对于烧结材料的形式没有特别限制，但它优选与要粘接的壳体和灯座的形式和连接面相适应。因此，取决于起始状态的烧结材料，可以利用非常有限的粘接或连接区以及熔化区。
另外，根据本发明的方法使得作业时间得以减少，因为如果将密封在灯座内的导电插头密封在中心并且将发光元件连接于该插头，那么发光元件可以总是处在第二壳体或灯泡内的中心。
在本发明中，还可以实现减少组件中部件的数目以节省成本，最终组件将包括预先装配的灯座、连接介质以及(第二)壳体或灯泡。完全省却了为形成“卡销”式附着而对外壳的需要。在灯座上的卡销式几何结构可以减少部件的数目并同时减小组件的最终尺寸。
实施例
现将通过根据各种其它具体实施方式的实施例来说明所述的发明，并且对于技术人员来说根据本说明书，本发明将是显而易见的。然而，应明白地指出，这些实施例只是用来说明的，而不应看作是对本发明的限制。
具体实施方式a
根据本发明的一种具体实施方式，对灯壳体、灯座以及烧结材料的热膨胀系数进行相互调节，从而CTE壳体＝CTE灯座＝CTE烧结物或CTE壳体～CTE灯座～CTE烧结物。
在下文将详细描述壳体和灯座材料的材料组合，而相应地选择烧结材料属于本领域技术人员的知识范围。
至少在材料的粘接或连接区，可以使用以下的材料组合。
实施例1：
-壳体或灯座的材料可以选自具有CTE在4与0ppm/K之间的3gr型材料，从而具有CTE～4的区是在材料的粘接或连接区内，而其它材料(壳体或灯座材料)是3型材料，该材料具有在CTE＝3.5至5.5ppm/K范围内的膨胀；
实施例2：
-灯泡和灯座的材料可以选自3型材料，该材料具有在CTE20/300＝3.5至5.5ppm/K范围内的膨胀。
壳体和灯座材料的具体材料组合的实例如下：
a)(对于实施例1)灯壳体或灯座，优选壳体材料，为部分陶瓷质LAS玻璃陶瓷；灯座材料为合金42或科伐；
b)(对于实施例2)灯壳体或灯座材料，优选壳体材料，为MAS玻璃陶瓷；灯座材料为科伐或合金42；
c)(对于实施例2)灯壳体或灯座材料，优选壳体材料，为硬玻璃；灯座材料为科伐或合金42；
d)(对于实施例2)灯壳体或灯座材料，优选壳体材料，为硼硅酸盐玻璃，例如，Schott 8488型玻璃；灯座材料为合金42或科伐。
例如，至少在材料的粘接或连接区可以使用以下材料组合。以下具体实施方式示出了一些材料的实施例，这些材料的热膨胀系数彼此相等或非常近似(具体实施方式a)：
实施例3：
-灯壳体或灯座材料具有CTE在4与0ppm/K之间的梯度，并且要粘接的其它材料(壳体或灯座)具有在CTE＝3.5至5.5ppm/K范围内的膨胀；
实施例4：
-灯壳体和灯座材料，其具有在CTE＝3.5至5.5ppm/K范围内的膨胀；
灯座和壳体材料组合的特定材料实例如下：
a)壳体材料为部分陶瓷质LAS玻璃陶瓷；灯座材料为合金42；
b)壳体材料为MAS玻璃陶瓷；灯座材料为科伐或合金42；
具体实施方式b
本发明的以下具体实施方式示出了使用具有不同膨胀系数的材料，例如，选自如上分类的不同类型的材料。灯座材料和灯壳体材料的热膨胀系数分别是不同的，例如，CTE壳体＜CTE灯座，从而烧结材料是这样一种在不同热膨胀系数之间提供缓和或平衡的材料。优选地，该烧结材料具有一在灯泡和灯座材料的热系数膨胀之间的热膨胀系数，和/或以适当的厚度D提供烧结材料。
通过调节粘接或连接温度，也可以使用比上述值更高或更低的烧结材料。热膨胀系数的差应优选不超过1ppm/K。
实施例5：
-灯壳体或灯座的材料具有零或0≤CTE≤1.3ppm/K的低热膨胀，灯座或壳体材料的其它材料具有在CTE＝3.5至5.5ppm/K范围内的膨胀；
实施例6：
壳体或灯座材料具有CTE在4与0ppm/K之间的梯度(在粘接或连接部位具有更高的膨胀)，其它要粘接的材料(壳体或灯座材料)具有在CTE＝3.5至5.5ppm/K范围内的膨胀；
实施例7：
-壳体和灯座材料具有在CTE＝3.5至5.5ppm/K范围内的膨胀；
壳体/灯座材料组合的特定材料实例如下：
a)壳体材料为部分陶瓷质LAS玻璃陶瓷或LAS玻璃陶瓷，其具有高石英混合晶相；灯座材料为合金42或科伐；
b)壳体材料为MAS玻璃陶瓷；灯座材料为科伐或合金42；
c)壳体材料为硬玻璃，例如，Schott 8253型；灯座材料为科伐或合金42；
d)壳体材料为硼硅酸盐玻璃，例如Schott 8488型(SUPRAX)；灯座材料为合金42或科伐；
e)灯壳体和灯座材料为硬玻璃，例如，SCHOTT 8253型；
f)灯壳体和灯座材料为硼硅酸盐玻璃，例如壳体材料为Schott 8488型(SUPRAX)；灯座材料为8250型玻璃。
烧结材料通常可以是硼酸铅复合玻璃，其具有加入的可以降低热膨胀系数的填料。同样，可以使用膨胀适应的无铅硼酸铋锌复合玻璃或基于磷酸盐的玻璃。
尤其是，可以使用具有以下属性的烧结材料：烧结材料A(CTE20/300～4.4ppm/K；Tg～325℃；T连接：～440℃)或烧结材料B(CTE20/300～5.6ppm/K；Tg～445℃；T连接：540℃-570℃)
根据以下具体实施方式，可以使用具有不同热膨胀系数的材料。通过烧结材料降低了差异。当利用CTE壳体≤CTE灯座时，则CTE烧结物≤CTE壳体以及CTE烧结物≥CTE壳体。
可以使用以下材料组合：
实施例8：
-灯壳体或灯座材料具有CTE在4与0ppm/K之间的梯度，要粘接的其他材料(灯座或壳体)具有在CTE＝3.5至5.5ppm/K范围内的膨胀。
特定的材料组合如下：
-灯壳体为部分陶瓷质LAS玻璃陶瓷；灯座材料为合金42；
也可以使用以下材料组合：
实施例9：
灯座或壳体材料具有CTE在4与0ppm/K之间的梯度，要粘接的另外的材料(壳体或灯座)具有在CTE＝0至1.3ppm/K范围内的膨胀。
材料组合的特定实施例如下：
-壳体材料为部分陶瓷质LAS玻璃陶瓷，其具有高石英混合晶体；灯座材料为LAS玻璃陶瓷。
现将通过根据各种具体实施方式的以下附图来说明本发明，并且对于本领域技术人员来说根据本说明书本发明将是显而易见的。然而，应明白地指出，这些附图和描述只用来说明，而不应看作是对本发明的限制。
在附图中，
图1是根据本发明的发光装置的上部的三维示意图，以及
图2是根据本发明的发光装置的底部的截面示意图。
参照图1，第二壳体或灯泡10被示出通过烧结物环30连接于灯座20。第二壳体10包围包括发光元件的第一壳体(未示出)。优选抽空第一壳体与第二壳体10之间的空间。当然，图1所示的几何形状并不限于图示说明的第二壳体或灯泡10的形式，而是可以利用本领域技术人员已知的任何可能的几何形状。所需要的第二壳体10的厚度可以基于所设计的第二壳体或灯泡10的内压和工作温度的要求计算得到。
第二壳体或灯泡10通常由玻璃组成，该玻璃可以选自各种玻璃材料以匹配灯座和烧结材料的组合。灯座材料20选自导电材料或绝缘材料，如金属或陶瓷材料，例如科伐、合金42、氮化铝等。在图1中，灯座20具有平板的形式。
烧结材料30可以选自，例如，玻璃、玻璃陶瓷、金属、尤其是钝化材料，其不受包含在第二壳体或封闭灯泡10内的反应性气体的侵蚀。
根据本发明，选择第二壳体或灯泡10、烧结物30以及灯座20材料的CTE，即，或者CTE在几乎相同的数值范围内，或烧结材料30的材料在第二壳体20材料和灯座10材料之间提供过渡，以这样的方式，在两种不同材料之间平衡或补偿CTE。因此，灯1在工作温度下保持密封，并避免产生额外的应力。
在图2中，示出了根据本发明的发光装置、尤其是高压金属卤化物灯的一个实例的底部的截面示意图，如下所述(相同的标号表示与图1中相同的部件)：
例如由合金42制成并且根据具体实施方式a具有CTE为4.6ppm/K的灯座20被设计成带有一平台，以密封围绕它的第二壳体10或灯泡(未示出)。这种灯座材料20具有两个插头40.1和40.2，特别用科伐制成，如图1所示其被密封到例如带有玻璃预成型件的灯座20内，以形成气密性密封。管50，例如由科伐制成，优选设置在第二壳体或灯泡10的中心，用于所需气体的进入和排出。该管50可以借助焊接材料例如类似铜-银-钯来密封。整个组件在密封区和接合处是完全密封的。
例如，如图1所示，第二壳体或灯泡10可以由玻璃例如硬玻璃制成，其具有如上所述的成分，并且具有4.7ppm/K的CTE值。玻璃的所需厚度可以基于所设计的第二壳体或灯泡10的内压和工作温度的要求加以计算。
用于将第二壳体10或灯泡(例如玻璃制成)密封到灯座20(例如金属制成)上的烧结材料30(例如玻璃)可以是Schott焊接玻璃G0 18-225，其是例如一种含铅玻璃，该玻璃具有5ppm/K的匹配的CTE，其匹配于合金42。预成型件可以由这种玻璃制成，其具有近似于灯座平台直径的内径以恰巧围绕该平台。
一旦安装了所需发光元件如灯丝(未示出)并连接于两个电极(未示出)，可以将第二壳体或灯泡10置于先前放置有烧结物环30(未示出)的灯座20上，然后用适当的密封方法加以密封，以获得稳定的密封粘接。可能重要的是，在惰性空气如氮气中对组件进行密封，以避免发光元件的氧化作用。一旦完成密封，则由第二壳体或灯泡10与灯座20形成的封闭空间可以充满所需要的气体，并且可以夹断管50，从而完成装配并获得用于照明用途的完全密闭空间。

Claims (49)

1.一种发光装置、尤其是高压金属卤化物灯，包括：
-发光元件；
-围绕所述发光元件的壳体，优选以灯泡的形式；
-包括至少一个电流源或插头的灯座，
所述灯座借助于烧结材料以不透气方式连接于所述壳体，
其中，选择所述壳体、烧结物以及灯座材料的材料组合，使得至少在所述壳体、烧结物以及灯座材料的连接面：
a.所述烧结材料的热膨胀系数(CTE烧结物)分别与所述灯座材料的热膨胀系数(CTE灯座)以及所述壳体材料的热膨胀系数(CTE壳体)匹配，或
b.所述烧结材料的热膨胀系数(CTE烧结物)分别与所述灯座材料的热膨胀系数(CTE灯座)以及所述壳体材料的热膨胀系数(CTE壳体)衔接，
以保持密封粘接并且经受住压力和温度条件。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：选择所述壳体、灯座以及烧结材料具有相同的(CTE壳体＝CTE灯座＝CTE烧结物)或基本上相同的(CTE壳体～CTE灯座～CTE烧结烧结物)热膨胀系数，以便满足权利要求1中的条件a。
3.根据前述权利要求1或2中任一项所述的发光装置，其特征在于：一个CTE值被选为固定值，其它两个CTE值相应地确定如下：给定的CTE值±0.8ppm/K，优选为给定的CTE值±0.5ppm/K，更优选为给定的CTE值±0.25ppm/K，尤其是给定的CTE值±0.1ppm/K。
4.根据前述权利要求1至3中任一项所述的发光装置，其特征在于：所述壳体和灯座材料由具有热膨胀系数为0≤CTE20/300≤1.3ppm/K的零膨胀或低膨胀材料构成。
5.根据前述权利要求1至3中任一项所述的发光装置，其特征在于：所述壳体和灯座材料由具有梯度热膨胀系数在0≤CTE20/300≤5ppm/K范围内的材料构成，获得的粘接面具有低膨胀，例如零膨胀。
6.根据前述权利要求1至3中任一项所述的发光装置，其特征在于：所述壳体和灯座材料包括由具有热膨胀系数在CTE20/300＝1.3至3.5ppm/K范围内的材料构成。
7.根据前述权利要求1至3中任一项所述的发光装置，其特征在于：所述壳体和灯座材料由具有热膨胀系数在CTE20/300＝3.5至5.5ppm/K范围内的材料构成。
8.根据前述权利要求1至3中任一项所述的发光装置，其特征在于：所述壳体和灯座材料由具有梯度热膨胀系数在5≥CTE20/300≥0ppm/K范围内的材料构成，形成的粘接面是高膨胀的，例如CTE20/300～4.0ppm/K。
9.根据前述权利要求1至3中任一项所述的发光装置，其特征在于：所述壳体和灯座材料由具有热膨胀系数在CTE20/300＝5.5至9ppm/K范围内的材料构成。
10.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：选择所述壳体和灯座材料具有不同的热膨胀系数(CTE壳体≠CTE灯座)，以满足权利要求1中的条件b。
11.根据权利要求10所述的发光装置，其特征在于：所述烧结材料的热膨胀系数介于所述壳体的热膨胀系数与所述灯座材料的热膨胀系数之间，和/或以适当厚度D提供所述烧结材料。
12.根据权利要求10或11所述的发光装置，其特征在于：CTE壳 体和CTE灯座之间的差不应超过2ppm/K，优选不应超过1.5ppm/K，尤其不应超过1ppm/K。
13.根据权利要求10、11或12所述的发光装置，其特征在于：所述壳体或灯座材料由具有热膨胀系数在0≤CTE20/300≤1.3ppm/K范围内的零膨胀或低膨胀的材料构成。
14.根据权利要求10、11或12所述的发光装置，其特征在于：所述壳体或灯座材料由具有梯度热膨胀系数在0≤CTE20/300≤5ppm/K范围内的材料构成，形成的粘接面具有低膨胀，例如零膨胀。
15.根据权利要求10、11或12所述的发光装置，其特征在于：所述壳体或灯座材料由具有热膨胀系数在CTE20/300＝1.3至3.5ppm/K范围内的材料构成。
16.根据权利要求10、11或12所述的发光装置，其特征在于：所述壳体或灯座材料由具有热膨胀系数在CTE20/300＝3.5至5.5ppm/K范围内的材料构成。
17.根据权利要求10、11或12所述的发光装置，其特征在于：所述壳体或灯座材料由具有梯度热膨胀系数在0≤CTE20/300≤5ppm/K范围内的材料构成，形成的粘接面具有高膨胀，例如CTE20/300～4.0ppm/K。
18.根据权利要求10、11或12所述的发光装置，其特征在于：所述壳体或灯座材料由具有热膨胀系数在CTE20/300＝5.5至9ppm/K范围内的材料构成。
19.根据前述权利要求1至18中任一项所述的发光装置，其特征在于：所述烧结材料是无机材料，并且所述密封粘接可以经受住高达≥350℃、优选高达≥450℃的温度。
20.根据前述权利要求1至19中任一项所述的发光装置，其特征在于：所述烧结材料是基于金属、玻璃或玻璃陶瓷基的。
21.根据前述权利要求1至20中任一项所述的发光装置，其特征在于：所述烧结材料选自玻璃或玻璃陶瓷材料。
22.根据前述权利要求1至21中任一项所述的发光装置，其特征在于：所述烧结材料是一种硼酸铅复合玻璃。
23.根据前述权利要求1至22中任一项所述的发光装置，其特征在于：所述烧结材料选自玻璃材料，其优选是无铅的。
24.根据前述权利要求1至23中任一项所述的发光装置，其特征在于：所述烧结材料是一种无铅的硼酸铋锌复合玻璃。
25.根据前述权利要求1至24中任一项所述的发光装置，其特征在于：所述烧结材料是基于磷酸盐的复合玻璃。
26.根据前述权利要求1至25中任一项所述的发光装置，其特征在于：所述灯座制备自导电材料，例如金属，或电绝缘材料，例如陶瓷材料，优选选自科伐、合金42、氮化铝、玻璃或玻璃陶瓷。
27.根据前述权利要求1至26中任一项所述的发光装置，其特征在于：所述烧结材料选自钝化材料。
28.根据前述权利要求1至27中任一项所述的发光装置，其特征在于：所述烧结材料具有高于500℃的Tg。
29.根据前述权利要求1至28中任一项所述的发光装置，其特征在于：所述灯座包括至少一个密封在内的管，以抽空所述壳体内部的空气或在所述密封以后，在所述壳体或灯泡内填充气体。
30.根据前述权利要求1至29中任一项所述的发光装置，其特征在于：所述发光装置的所述壳体是外壳或第二壳体，其包围包括所述发光元件的内壳或第一壳体。
31.根据前述权利要求1至30中任一项所述的发光装置，其特征在于：所述发光装置是一种热辐射器。
32.根据权利要求31所述的发光装置，其特征在于：所述热辐射器是灯泡或卤素灯。
33.根据权利要求31或32所述的发光装置，其特征在于：所述热辐射器的主要发光来自钨金属或合金的加热线圈，所述线圈被惰性气体，尤其是Kr、Ar、Xe或卤化物所包围。
34.根据权利要求31至33中任一项所述的发光装置，其特征在于：在所述发光装置内的气体压力在工作期间达25巴。
35.根据权利要求31所述的发光装置，其特征在于：所述发光装置是放电灯。
36.根据权利要求35所述的发光装置，其特征在于：所述放电灯包括放电室，并且所述放电室被充以放电成分，如汞和/或稀土金属离子和/或Xe。
37.根据权利要求36所述的发光装置，其特征在于：所述放电室包括放电体。
38.根据权利要求37所述的发光装置，其特征在于：所述壳体在内部具有荧光层，用来将放电过程的紫外辐射、尤其是汞的紫外辐射转换成可见光。
39.根据权利要求34至38中任一项所述的发光装置，其特征在于：所述壳体包括填充气体，并且所述填充气体具有高达200巴或更高的压力。
40.根据权利要求35所述的发光装置，其特征在于：所述发光装置是金属卤化物放电灯。
41.根据权利要求35所述的发光装置，其特征在于：所述发光装置包括装配有灯头系统的内灯泡。
42.一种在发光装置、尤其是高压金属卤化物灯中将灯壳体连接至灯座的方法，包括：
-发光元件；
-围绕所述发光元件的壳体，优选以灯泡的形式，
-包括至少一个电流源或插头的灯座，
所述灯座借助于烧结材料以不透气方式连接于所述壳体，
其中选择所述壳体、烧结物以及灯座材料的材料组合，使得至少在所述壳体、烧结物以及灯座材料的连接面：
a.所述烧结材料的热膨胀系数(CTE烧结物)分别与所述灯座材料的热膨胀系数(CTE灯座)以及所述壳体材料的热膨胀系数(CTE壳体)匹配，或
b.所述烧结材料的热膨胀系数(CTE烧结物)分别与所述灯座材料的热膨胀系数(CTE灯座)以及所述壳体材料的热膨胀系数(CTE壳体)衔接，
以保持密封粘接，并且经受住压力和温度条件，
所述方法具有以下步骤：
将所述烧结材料施加于要粘接的所述壳体和灯座材料的粘接面或连接面，并且所述粘接或连接是利用以下方法之一来实现的：
a)以热的方式，例如，加热器
b)通过短波红外辐射
c)通过激光熔化
d)通过高频加热。
43.根据权利要求42所述的方法，其特征在于：所述烧结材料是选自金属、玻璃或玻璃陶瓷基的。
44.根据权利要求42或43所述的方法，其特征在于
(1)所述壳体或灯泡材料在底部用适宜的材料金属化；
(2)所述灯座镀以适宜的材料；以及
(3)所述粘接用标准金属焊料来实现。
45.根据权利要求44所述的方法，其特征在于：在步骤(1)中的所述适宜的材料选自金或银。
46.根据权利要求44所述的方法，其特征在于：在步骤(2)中的所述适宜的材料选自Ni和/或Au。
47.根据权利要求44所述的方法，其特征在于：在步骤(3)中的所述标准金属焊料选自CuAgPd或AuSn。
48.根据前述权利要求44至47中任一项所述的方法，其特征在于：在步骤(3)中的所述粘接是在惰性气氛或真空中实现的。
49.根据前述权利要求42至48中任一项所述的方法，其特征在于：所述壳体是外壳或第二壳体，其包围包括所述发光元件的内壳或第一壳体。
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