CZ222297A3

CZ222297A3 - Oblouková trubice pro vysokotlakou sodíkovou lampu a transparentní polykrystalické aluminové tělo

Info

Publication number: CZ222297A3
Application number: CZ972222A
Authority: CZ
Inventors: George C. Wei; Arlene Hecker; David Goodman
Original assignee: Osram-Sylvania Inc.
Priority date: 1996-07-29
Filing date: 1997-07-14
Publication date: 1998-02-18
Also published as: CA2211225C; EP0822575A3; CN1106676C; US5682082A; CZ291434B6; JPH1092380A; EP0822575A2; CN1182951A; EP0822575B1; TW396147B; CA2211225A1; DE69704817D1; DE69704817T2

Description

Oblouková trubice pro vysokotlakou sodíkovou lampu a transparentní polykrystalické aluminové tělo

Oblast techniky

Vynález se týká průsvitné keramiky a zejména vysokohustotního polykrystalického oxidu hlinitého (PCA), který pokud se použije pro výrobu obloukových trubic pro vysokotlaké sodíkové lampy vykazuje zvýšenou odolnost proti ztrátám sodíku, jejímž průvodním jevem je nižší procento zachycení vyzařovaného světla vnějším obalem a současně vyšší účinnost lampy, plynoucí z provozu při vyšších teplotách stěny této trubice.

Dosavadní stav techniky

Průsvitná tělesa tvořená polykrystalickým oxidem hlinitým jsou v současné době známa. Coble navrhuje v patentu US 3,026,210 přidat do oxidu hlinitého oxid hořečnatý v množství 0,0625 až 0,5 hm.% a tím eliminovat zbytkovou pórovitost, přičemž oxid hořečnatý působí tak, že se zachytí v pórech uvnitř zrn oxidu hlinitého v pozdějších stadiích slinování, v okamžiku, kdy hustota přesáhne 98 %, kontroluje růst těchto zrn.

Charles a kol. navrhují v patentu US 4,285,732 přidat do keramických materiálů na bázi oxidu hlinitého a oxidu hořečnatého malá množství oxidu zirkoničitého a/nebo oxidu hafničitého s cílem kontrolovat tvorbu druhé fáze, zpravidla spinelu, tj . hlinitanů hořečnatého, MgAl₂O₄, ke které může dojít v případě, že obsah oxidu hořečnatého vzroste nad mez rozpustnosti. Velikosti zrn ve slinutých tělesech dosahují 20 až 50 pm. Dopující přísady jsou v uvedených materiálech zastoupeny v následujících rozmezích: 0,030 až 0,150 hm.% oxidu horečnatého a 0,002 až 0,070 hm.% oxidu zirkoničitého a/nebo hafničitého.

McVey v patentu US 4,567,396 uvádí, že kompozice popsaná ve výše uvedeném patentu US 4,285,732 může být použita ve vysokotlaké sodíkové lampě se zvýšenou účinností, protože umožňuje minimalizovat sodíkové ztráty a oblouková trubice vyrobená z této kompozice může pracovat při vyšších teplotách stěny.

Patent US 3,377,176 popisuje kompozici oxidu hlinitého použitou pro výrobu obloukových trubic a obsahující 0,05 hm.% oxidu horečnatého a 0,35 hm.% oxidu yttritu.

Maekawa a kol. popisuje v evropské patentové přihlášce č. 93-119959.0 trojici přísad dopujících oxid hlinitý, který obsahuje 0,010 až 0,080 hm.% oxidu hořečnatého, 0,001 až 0,030 hm.% oxidu yttritého a 0,020 až 0,120 hm.% oxidu zirkoničitého. První popsaný příklad obsahoval 0,020 hm.% oxidu hořečnatého, 0,002 hm.% oxidu yttritého a 0,040 hm.% oxidu zirkoničitého.

Přesto, že výkon všech těchto materiálů je dobrý, vykazují tyto materiály po celou dobu určitou ztrátu svítivosti, kterou způsobuje stěna vnějšího pláště, která toto světlo pohlcuje. Kromě toho se zjistilo, že vyšší procenta oxidu zirkoničitého poškozují cihly vypalovacích pecí.

Z výše uvedeného vyplývá, že by bylo výhodné poskytnout takové lampy, které by vykazovaly vysokou účinnost a menší ztemnění způsobené stěnami vnějšího obalu a které by mohly současně zachovat původní transmitanci.

Podstata vynálezu

Jak již bylo uvedeno, cílem vynálezu je zkvalitnit výrobu průsvitné keramiky.

Dalším cílem vynálezu je vyrábět průsvitnou keramiku, která má při optimální hustotě malou velikost zrna a menší sklon tlumit světlo vnějším obalem.

Cílem vynálezu je rovněž poskytnout obloukové trubice pro vysokotlakou sodíkovou lampu, která má vyšší účinnost a lépe udržuje světlo.

Vynález tedy poskytuje opticky průhledné polykrystalické tělo, které je v podstatě tvořeno přibližně 0,02 hm.% oxidu horečnatého, přibližně 0,018 hm.% oxidu zirkoničitého a přibližně 0,35 hm% oxidu yttritého.

Způsob výroby tohoto průsvitného keramického výrobku zahrnuje následující kroky: vytvoření vodné suspenze s cílem získat výše popsanou kompozici a následné přidání kyseliny dusičné s cílem nastavit pH hodnotu na 4,6; následné přidání vodného pojivá a plastifikačního činidla v množství 2,5 hm.% sušiny a sušení suspenze rozprašováním. Výrobek se vyrobil tvářením za konstantního tlaku v mokrém vaku a získaný výrobek se předběžně vypaloval na vzduchu při teplotě přibližně 1 325°C po dobu 2 hodin a následně po dobu 3 hodin slinoval ve vodíku, při teplotě přibližně 1 830°C.

Stručný popis obrázků

Obr. 1 znázorňuje nárysní pohled na vysokotlakou sodíkovou lampu, kterou lze použít v rámci vynálezu;

Obr. 2 znázorňuje graf obloukové trubice podle vynálezu a kontrolního vzorku vyjadřujícího závislost ztemnění způsobeného vnějším pláštěm na čase;

Obr. 3 znázorňuje graf obloukové trubice podle vynálezu a kontrolního vzorku vyjadřujícího závislost světelného výkonu v tisících lumenů v závislosti na čase.

K lepšímu porozumění vynálezu poslouží následující podrobný popis, jehož součástí jsou odkazy na výše popsané doprovodné obrázky.

Sodíková výbojková lampa 100 má skelný vnější obal 6 se standardní závitovou paticí _4 přichycenou ke konci nožky 8^, která je znázorněna v nejspodnější části obrázku. Z této nožky 8^ vybíhá pár relativně těžkých vodičů 10 a 12, jejichž vnější konce jsou připojeny k závitové objímce 17 a kroužku 18.

tvořeného materiálem,

Lampa 100 má vnitřní obal nebo-li obloukovou trubici 14, která je umístěna uvnitř vnějšího obalu 6, a to v jeho středové části. Oblouková trubice 14 je vyrobena z keramického materiálu s dlouhým světelným přenosem, polykrystalickým aluminovým keramickým který je průsvitný. Oblouková obsahuje náplň tvořenou odpařitelným kovem, obsahovat další kovový pufrovací plyn (např. rtuť), pracující v prostředí 0,01 až 0,5 MPa a u níž dochází k emisi sodíkových kousků při provozním tlaku 0,45 MPa nebo vyšším. Horní konec obloukové trubice 14 je uzavřen trubice 14 který může aluminovou keramickou ucpávkou 20, ze které vybíhá niobová průchodka 26 a která nese horní elektrodu (není znázorněna) v uvedené obloukové trubici 14 . Spodní konec obloukové trubice 14 má uzávěr, který zahrnuje keramickou ucpávku 20, kterou prochází tenkostěnná niobová trubice 26.

Niobová průchodka 26 slouží jako průchodka pro obloukovou trubici 14 . Dřík spodní elektrody (není znázorněna) obloukové trubice 14 vybíhá do trubice 26 a je přidržován na místě zamáčknutím trubice 26 okolo spodní elektrody v oblasti 25. Zmíněná lampa má okolo obloukové trubice 14 navinuté wolframové vlákno 50. Toto vlákno 50 je spojeno s jedním koncem elektrod pomocí tepelného spínače 52 a je umístěno mezi elektrodami v místě, kde se dosahuje nejnižšího průrazného napětí. Tepelný spínač se rozepne, jakmile se lampa zahřeje, čímž se minimalizují elektrická pole na trubicové stěně.

Vynález se týká zejména obloukové trubice 14, která má obloukovou komoru 40 definovanou stěnami 42. Tato oblouková trubice obsahuje oxid hořečnatý v množství přibližně 0,020 až 0,050 hm.%, oxid hořečnatého, 0,018 hm.% oxidu zirkoničitého a přibližně 0,035 hm.% oxidu yttritého a rovnovážné množství oxidu hlinitého.

Ukázalo se, že zahrnutí oxidu zirkoničitého do kompozice inhibuje během provozu lampy tvorbu spinelu, čímž snižuje ztráty sodíku a současně umožňuje zvýšit teplotu stěn. Je známo, že vysokotlaké sodíkové lampy mohou při zvýšení teploty stěny o 50°C zvýšit svou svítivost o 2 až 3 %.

β

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Dávka práškového oxidu hlinitého obsahujícího 0,02 % MgO, 0,018 % ZrO₂, 0,035 % oxidu yttritého a 2,5 % organického pojivá a plastifikačního činidla, např. 2,0 hm.% polyethylenglykolu a 0,5 hm.% polyvinilalkoholu, se připravila dispergováním 500 g 0,3 μη 65 % alfa- a 35 % gama- oxidu hlinitého ve vodě (40 % obsah sušiny), do které byl přidán kvantitativně analyzovaný vodný roztok Mg(NO₃)₂a dusičnan zirkoničitý a dusičnan yttritý. Od společnosti Alfa Aesar se získal dusičnan terbitý s čistotou 99,99 %. Do suspenze se přidala kyselina dusičná s cílem nastavit pH hodnotu na 4,6. Vodné plnivo, např. polyvinilalkohol, a plastifikační činidlo, např. polyethylenglykol se přidaly v množství 2,5 hm.% sušiny. Získaná sušina se míchala a následně sušila rozprašováním a výsledný prášek se použil pro výrobu produktů, k jejichž výrobě se použilo tváření za konstantního tlaku v mokrém vaku. Výrobek se následně předběžně 2 hodiny vypaloval na vzduchu při teplotě 1 325°C a následně slinoval v suchém dusíku a přibližně 3 hodiny ve vodíku při teplotě přibližně 1 830°C.

Ve všech případech představovaly získané slinované produkty výbojky vhodné pro vysokotlaké sodíkové lampy. Tyto výbojky byly navrženy pro provoz 200 W lamp, vestavěny do lamp a testovány za provozu při 400 W. Tento test prokázal zvýšenou sodíkovou reakci. U lamp podle vynálezu došlo v průběhu 2 000 hodin k více reakcí, než u běžných lamp v průběhu 24 000 hodin.

Pro účely srovnání se rovněž připravily a testovaly následující kompozice, spadajícího do známého stavu techniky.

Příklad 2

V tomto příkladu se použil stejný postup jako v příkladu 1 s tou výjimku, že množství oxidu hořečnatého činilo 0,0.2 hm.%, množství oxidu zirkoničitého 0,040 hm.% a množství oxidu yttritého 0,002 hm.%. Tato kompozice je popsaná ve výše zmíněné evropské patentové přihlášce 93119959.0.

Příklad 3

V tomto příkladu se použil stejný postup jako v příkladu 1 s tou výjimku, že množství oxidu hořečnatého činilo 0,050 hm.% a 0,040 hm.% oxidu zirkoničitého. Tento materiál je popsán v patentu US 4,285,732. Slinovací cyklus probíhal 3 hodiny při teplotě 1 880°C v dusíku. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 1.

Tabulka 1

POČÁTEČNÍ PŘENOS OBLOUKOVÉ TRUBICE (%)

Test	Celkem	V řadě	klumeny	%T	Watty
Příklad 1	96, 4	4,5	46, 6	83,0	395
Příklad 2	96, 3	5,4	44,3	77,8	398
Příklad 3	95, 8	11,3	41, 1	55,4	405
Kontrolní	96,4	6, 0	32,1	35,3	378

Klumeny ve výše uvedené tabulce reprezentuje tisíce lumenů a %T reprezentuje procento průchodnosti vnějším pláštěm.

Jako kontrolní vzorek se použila standardní kapsle, obsahující jako aditiva 0,5 hm.% MgO a 0,035 hm.% Y2O3. Závislosti osvětlení na čase a ztemnění vnějším pláštěm na čase jsou vyneseny v grafech, znázorněných na obr. 2 a obr. 3.

Z těchto grafů jsou zcela zřejmé přednosti kompozic podle vynálezu v porovnání se známými kompozicemi, takže zde popsaná kompozice poskytuje průhledné keramické produkty, které mají větší odolnost proti reakcím sodíku, než současně používané kompozice.

V závěru je třeba uvést, že výše popsané příklady mají pouze ilustrativní charakter a nikterak neomezují rozsah vynálezu, který je jednoznačně vymezen přiloženými patentovými nároky.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Oblouková trubice pro vysokotlakou sodíkovou lampu vyznačená tím, že obsahuje oxid hořečnatý v množství přibližně 0,020 hm.%, oxid zirkoničitý v množství přibližně 0,018 hm.% a oxid yttritý v množství přibližně 0,035 hm.% a zbývající hmotnostní procenta kompozice tvoří v podstatě čistý oxid hlinitý.
2. Opticky průhledné polykrystalické aluminové slinuté tělo, vyznačené tím, že je v podstatě tvořeno oxidem hlinitým, oxidem hořečnatým, oxidem yttritým a oxidem zirkoničitým, přičemž oxid hořečnatý je přítomen v množství představujícím přibližně 0,020 hm.%, oxid yttritý je přítomen v množství dosahujícím přibližně 0,035 hm.% a oxid zirkoničitý je přítomen v množství přibližně 0,018 hm.%.