DD203040A1

DD203040A1 - Verfahren zur vorbehandlung eines halogengluehlampenglases

Info

Publication number: DD203040A1
Application number: DD23688482A
Authority: DD
Inventors: Dietmar Grabner; Isolde Hess; Dietmar Rauca; Ernst Schlegel
Original assignee: Dietmar Grabner; Isolde Hess; Dietmar Rauca; Ernst Schlegel
Priority date: 1982-01-20
Filing date: 1982-01-20
Publication date: 1983-10-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbehandlung eines Halogengluehlampenglases durch Ionenumbau an der Oberflaeche des Glases. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Vorbehandlung eines Halogengluehlampenglases anzugeben, dasz die Verwendung eines billigen Hartglases fuer die Herstellung eines Halogengluehlampenkolbens ermoeglicht und das die verarbeitungstechnischen Eigenschaften des Hartglases nicht beeintraechtigt. Erfindungsgemaesz wird die Aufgabe dadurch geloest, dasz ein Ionenumbau an der Oberflaeche des Halogengluehlampenglases durch Eintauchen in eine waessrige Loesung einbasiger Mineralsaeuren erfolgt, welche mehrwertige Kationen von Elementen der Gruppe II und/oder der Hauptgruppe III und IV des Periodensystems enthaelt, wobei die Temperatur der waessrigen Loesung auf 350-420 Grad K erhoeht wird und bei einer Eintauchzeit bis zu 30 Minuten die Alkaliionen dem Hartglas selektiv entzogen werden.

Description

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Verfahren zur Vorbehandlung eines Halogenglühlampenglases Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbehandlung eines Halogenglühlaoipenglases durch lonenumbau an der Oberfläche des Glases.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Auf die chemischen Prozesse in Halogenglühlampen wirkt insbesondere die Gegenwart von Elementen der Alkaligruppe oder ihren Verbindungen nachteilig. Diese gehen mit den Halogenanteilen des Lampenfüllgases relativ stabile und schwer flüchtige Verbindungen ein. Sie erzeugen auf diese Weise störende Niederschläge im Glaskolben und mindern die Wirksamkeit der Halogene im Wolframrückführungsprozeß.

Es ist daher üblich, entweder hochreine Kieselgläser oder alkalifreie Gläser mit Siliziumoxidgehalten über 95 % einzusetzen. Derartige Gläser sind jedoch auf Grund ihres aufwendigen Herstellungsprozesses und des erforderlichen Reinheitsgrades der Rohstoffe relativ teuer und erlauben darüber hinaus wegen ihres geringen Ausdehnungskoeffizienten (S... 8 . 10 grd ) keine Glas-Metall-Verbindung mit Runddraht-Elektrodenmaterialien aus Wolfram oder Molybdän, sondern bedingen eine Dichtung über ein den Fertigungsablauf verteuerndes Folieneinquetschverfahren.

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Das für eine geforderte Metall-Verbindungsfähigkeit benötigte Ausdehnungsverhalten eines Glases sowie die gewünschte Transformations- und Erweichungstemperatur wird außer über verschiedene, für das Verhalten des Glases gegenüber Reaktionen mit halogenhaltigen! Füllgas weniger knitischen Einflußfaktoren, auch über den Alkalioxidgehalt angepaßt.

Handelsübliche, zur Verbindung mit drahtfönnigen Metalldurchführungen geeignete Gläser weisen bei ,Ausdehnungskoeffizienten größer als 35 . 10 grd und Transforraationstemperaturen im Bereich 750 ... 1000 K daher mindestens einen Alkalioxidanteil (Na₂O, K₂O) über 0,5 Gew. % auf.

Bei Einsatz für Wolfram- bzw. Molybdäneinschmelzungen geeigneter Gläser bei Halogenglühlampen im Ausdehnungsbereich 38 ... 43 . 10~ grd" ergibt sich, daß bereits Natrium- und Kaliumoxidanteile über 0,2 Gew. % in Verbindung mit Dod, Brom, Chlor oder entsprechenden Halogenwasserstoffen oder Halogenkohlenwasserstoffen bei Temperaturen um 500 K zu störenden Schichten auf den Gläsern führen.

Zur Lösung der Problematik sind Vorschläge bekannt, speziell dem Molybdän angepaßte Gläser mit Siliziumoxidgehalten um 60 Gew. % und Alkalioxidgehalten kleiner 0,1 Gew. % durch geeignete Beigaben von Oxiden des Calciums, Magnesiums, Bariums und Aluminiums zu erhalten (DE-OS 2632 690, OE-OS 3930 249), jedoch sind auch solche Gläser noch relativ teuer in der Herstellung und neigen beim thermischen Verformen zu Släschenbildung in den Schmelzbereichen.

Es sind weiterhin Verfahren bekannt, die auf einen Einbau zusätzlicher Ionen mit relativ großem Radius oder einen Austausch relativ kleiner Alkaliionen gegen Ionen mit größerem Radius und resultierend daraus auf ein Erhöhen der chemischen Beständigkeit oder der mechanischen Festigkeit der Gläser hinzielen.

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Es ist diesen Verfahren weiterhin gemeinsam, daß die zu behandelnden Gläser entweder etwa bei Raumtemperatur in eine wässrige Salzlösung, die die bevorzugten Ionen in gesättigter Lösung enthält (DO-PS 140 1448) oder in eine Salzschmelze bei Temeraturen oberhalb 440 K (DE-AS 14 21 826., DE-AS 1496 645) eingetaucht werden» Ein spezielles Verfahren zum Erhöhen der chemischen Beständigkeit eines Natrium-Kalk-Silikatglases gegenüber Quecksilberdampf geschieht durch Eintauchen des Glases in die wässrige Lösung (pH 1 bis 8) eines Calcium-Salzes und anschließendes Erhitzen des Glases mit den anhaftenden Salzresten etwa auf Transfonnationstempera.tur (DE-OS 24 16 128).

Des weiteren wird zum Erhöhen der Säure- und hydrolytischen Beständigkeit von Gläsern ein Behandeln in einer wasserstoffionengebenden Gasatraosphäre bei Temperaturen im Bereich 470 ... 620 K empfohlen (DE-OS 21 12 093).

Der Nachteil dieser Verfahren ist es, daß sie im F₃IIe der speziellen Problematik ohne geeignete Wirkung auf die Gläser sind.-Insbesondere zeigte sich, daß ein Ersetzen der Alkaliionen durch größere Kationen zu unerwünschten Oberflächenspannungen führt und daß im Falle des Verwendens einer Salzlösung deren Wasserstoffionenkonzentration kein Kriterium für das Erzielen einer brauchbaren Wirkung ist.

Ein weiterer Nachteil bekannter Verfahren, die saure oder wässrige Lösungen verwenden, ist es, da& dadurch ein Auslösen sowohl einwertiger als auch mehrwertiger Kationen aus dem Glas erfolgt und damit die Oberflächenstruktur in ungünstiger Weise beeinflußt wird.

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Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Vorbehandlung eines Halogenglühlarapenglases aus Hartglas zu finden, das die Verwendung eines billigen Hartglases für die Herstellung eines Halogenglühlampenkolbens ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

ρ Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hartglas, vorzugsweise ein Molybdän- oder Wolfram-Einschmelzglas so vorzubehandeln, daß sein Alkaligehalt die chemischen Prozesse im Lampeninneren nicht beeinträchtigt, das Glas aber seine verarbeitungstechnischen Eigenschaften behält.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Ionenumbau an der Oberfläche des Halogenglühlampenglases durch Eintauchen in eine wässrige Lösung einbasiger Mineralsäuren erfolgt. Die wässrige Lösung der einbasigen Mineralsäuren enthält mehrwertige Kationen von Elementen der Gruppe II und/oder der Hauptgruppen III und IV des Periodensystems, die vorzugsweise auch Bestandteile des Glases für die HaIo- ^J genlampenkolben sind. Die Temperatur der wässrigen Lösung wird auf 350 - 420 K erhöht und bei einer Eintauchzeit bis zu 30 rain erfolgt ein selektives Herauslösen der Alkaliionen aus der Oberfläche des Hartglases, währenddie Elemente der Gruppe II und/oder der Hauptgruppen III und IV im Hartglas verbleiben.

In bekannter'Weise wird das Hartglas nach der Tauchbehandlung mit deionisiertem Wasser gespült und getrocknet.

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Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an Hand eines Ausführungsbeispisls näher erläutert werden:

In vereinfachender Darstellung kann der beim erfindungsgemäßen Verfahren ablaufende Vorgang als ein die oberflächennahen Glasbereiche beeinflussender lonenumbau angesehen werden, bei dera hinreichend Alkaliionen ausgetragen und mehrfach geladene Kationen eingebaut werden und zusätzlich zu einer oberflächigen Verarmung an Alkaliionen eine Diffusionssperre zu im Glasinneren verbleibenden Alkalianteilen entsteht» '

Die Temperaturen für das Verfahren in dem Austrag- und Umbauprozeß liegen im Bereich 350 - 420 K, günstige Behandlungszeiten etwa zwischen 5 bis 30 min.

Verwendete Kationen sind Ionen wie Mg ⁺, Zn ⁺, Ca ⁺, Ba ⁺ , Sr ⁺, Al ⁺, Pb ⁺ oder ihre Mischungen, die als der Säure angepaßte Salze in Lösung gegeben werden. Ein geeigneter Konzentrationsbereich liegt zwischen 1/100 bis 1/10 Mol pro Liter.

Die wässrige Lösung besteht z.B. aus Bromwasserstoffsäure, Salzsäure oder Salpetersäure im Konzentrationsbereich 0,5 bis 5 % und Zusätzen an Salzen, die mehrwertige Kationen enthalten, in ungesättigter Lösung. Alkalisalze sind jedoch in der wässrigen Lösung mit höchstens 5/1000 Mol pro Liter enthalten. Ein selektives Auslösen von Alkaliionen aus dem Glasverband und ein geeigneter Ionenurabau in oberflächennahen Sereichen wird dadurch bewirkt, daß verdünnte einbasige Mineralsäuren, die das Kieselsäurenetzwerk des Glases wenig beeinträchtigenj vorzugsweise solche Elemente enthalten, deren Oxide bereits Bestandteile des Glases sind und als Netzwerkwandler oder Zwischenoxide bezeichnet werden.

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Zum Einquetschen von drahtförmigen Molybdändurchführungen 0,5 ... 1 mm Durchmesser und hinsichtlich der erforderlichen Temperatur- und Temperaturwechselbständigkeiten der Lampen stellt beispielsweise ein Erdalkali-Alumino-Borpsilikatglas der Zusammensetzung SiOp 60 %, ^A^₂ ⁰3 ¹⁷' ⁵ ^' ^B2°3 ⁵ ^'

CaO 8,5 %, MgO 7,5 %, Na₀O 0,8 %, K₀O 0,1 % mit einem ther-

-7-1 mischen Ausdehnungskoeffizienten 42 ..· .44 . 10 grd (300 ... 600 K) und einer Erweichungstemperatur von ca. 1190 K ein kostengünstiges Glas dar; Das Glas ist in Form von Rohrabschnitten beziehbar, die dem herzustellenden Lampentyp angepaßt sind.

Speziell zur Herstellung von Halogen-Kraftfahrzeugscheinwerferlampen H4 werden an Rohrabschnitte einseitig Puraprohre gleicher Glasart angeschmolzen und die so vorbereiteten Kolben erfindungsgemäß in einer Lösung von 10 g/l Magnesiumchlorid (MgCL- . 6H₀O) in 3 %iger Salzsäure 20 min in einem Quarzgutgefäß gekocht und anschließend mit deionisiertem Wasser gespult, getrocknet und den weiteren üblichen Bearbeitungsgängen zugeführt.

Die Vorbehandlung führt dabei zu keiner Beeinträchtigung des Schmelzverhaltens des Glases beim Herstellen der Quetschung oder beim Abschmelzen des Pumprohres. Die Lampen wiesen auch bei Füllgasanteilen von 0,2 Vol. % Dibromraethan in Krypton über eine kontrollierte Brenndauer von 300 h keine sichtbaren oder störenden Schleier auf der Kolbenwand auf.

Zu einer zweiten Variante des erläuterten Beispieles wurden zur Herstellung von Halogenkraftfahrzeugscheinwerferlampen H4 Rohrabschnittides genannten Aluminosilikatglases erfindungsgemäß in einer Lösung von 5 g/l Sr(NOo)₀ in 0,5 %iger Salpeter säure im Autoklaven bei 400 K 1On min behandelt und anschließend mit kaltem,, deionisiertem Wasser gespült, getrocknet und daraus Lampen nach üblichen Herstellungsverfahren gefertic

Claims

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Erfindungsanspruch

1» Verfahren zur Vorbehandlung eines Halogenglühlampenglases durch Ionenumbau, bei welchem ein Hartglas rait einer wässrigen Lösung in Berührung gebracht wird, gekennzeichnet dadurch, daß der Ionenurabau an der Oberflache des Halogenglühlampenglases durch Eintauchen in eine wässrige Lösung einbasiger Mineralsäuren erfolgt, welche mehrwertige Kationen von Elementen der Gruppe II und/oder der Hauptgruppe III und IV des Periodensystems enthalten, vorzugsweise diejenigen Elemente, die auch Bestandteil des Hartglases sind, wobei die Temperatur der wässrigen Lösung auf 350 - 420 K erhöht wird und bei einer Eintauchzeit bis zu 30 Minuten die Alkaliionen dem Hartglas selektiv entzogen werden, während die Elemente der Gruppe II und/oder der Hauptgruppe III und IV im Hartglas verbleiben und daß das Halogenglühlampenglas in bekannter Weise nach dem Eintauchen mit deionisiertem Wasser gespült und danach getrocknet wird.