DE1237683B - Gasgefuellte elektrische Gluehlampe - Google Patents

Description

DEUTSCHES 'MtW> PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

DeutscheKl.: 21f-40

Nummer: 1237 683

Aktenzeichen: N 20381 VIII c/21 f

J 237 683 Anmeldetag: 26.Juli 1961

Auslegetag: 30. März 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine gasgefüllte, elektrische Glühlampe mit einem Glühkörper aus einer hochschmelzenden Verbindung eines Metalls und eines Metalloids oder einer Mischung solcher Verbindungen, in der die Gasfüllung ein reaktives Transportgas enthält.

Es wurden bisher viele Versuche unternommen, elektrische Glühlampen mit Glühkörpern aus anderen schwer schmelzbaren Stoffen als Wolfram herzustellen. Hierfür kommen hauptsächlich einige Karbide, Silizide und Boride der Übergangselemente in Frage, weil diese Verbindungen sich einerseits durch besonders hohe Schmelzpunkte auszeichnen und andererseits genügende elektrische Leitfähigkeit besitzen.

Die höchsten Schmelzpunkte besitzen Hafniumkarbid (Fp. 4160° C), Niobkarbid (Fp. 3900° C), Tantalkarbid (Fp. 3880° C) und Zirkonkarbid (Fp. 3540° C). Die Schmelzpunkte dieser Stoffe sind beträchtlich höher als der Schmelzpunkt des Wolframs zo (Fp. 3370° C). Man könnte also mit Glühkörpern aus diesen Stoffen bedeutend höhere Brenntemperaturen und somit höhere Lichtausbeuten erreichen als mit Glühkörpern aus Wolfram.

Bei B renn versuchen im Vakuum mit Lampen, deren Glühkörper aus den genannten Verbindungen bestehen, zeigt sich aber, daß im allgemeinen schon bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen Zersetzung des Glühkörpers durch Entkarborierung und Verdampfung des Kohlenstoffes einsetzt. Die Glaswand der Lampe wird dadurch geschwärzt, und der Glühkörper brennt schon nach kurzer Zeit durch. Versuche, die Zersetzung des Glühkörpers zu unterdrücken, indem man die Lampe mit möglichst schweren Edelgasen füllt, führen zwar zu einer Verlangsamung der Zersetzung, diese reicht aber nicht aus, der Lampe eine brauchbare Brenndauer bei hoher Brenntemperatur zu geben.

Es ist bereits aus der USA.-Patentschrift 2 928 977 bekannt, Glühlampen, deren Glühkörper aus TaC bestehen, mit Zyan- oder Kohlenwasserstoffverbindungen enthaltenden inerten Gasen zu füllen. Dieser Vorschlag gibt keine wesentliche Verbesserung, da die genannten Verbindungen durch thermische Dissoziation bald verbraucht werden und dann nur Stickstoff oder Wasserstoff in der Lampe verbleibt. Es können durch solche Füllgase daher weder die Schwärzung der Lampe noch die Entkarborierung des Tantalkarbids dauerhaft unterdrückt werden.

Aus der britischen Patentschrift 821465 ist es ferner bekannt, Wasserstoff und Halogen zusammen in eine Lampe zu geben. Durch Fluor-Wasserstoff Gasgefüllte elektrische Glühlampe
Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Auer, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Dr. Johann Schröder, Aachen

wird aber, insbesondere in Anwesenheit von Kohlenstoff, Glas und Quarz stark angegriffen.

Der britischen Patentschrift 373 096 könnte entnommen werden, daß WF₆ in einer Lampe mit Wolframwendel die Rolle des Inertgases zur Unterdrückung der Wolframverdampfung übernehmen kann. Dies trifft jedoch nicht zu; an der Wendel wird die Reaktion

W + 2WF₆^3WF₄

ablaufen, an der kalten Kolbenwand wird Wolfram abgesetzt nach

3 WF,

■ 2WF₆ + W

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die thermische Zersetzung des Glühkörpers, die Verdampfung des Kohlenstoffes und daher die Schwärzung der Lampe dauerhaft zu unterdrücken. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Verwendung eines Füllgases, das als reaktives Transportgas nur Fluor enthält.

Das Fluor kann als Fluorverbindung der Metalloide, die in erster Linie in Betracht kommen, nämlich Kohlenstoff, Silizium und Bor, in die Lampe eingegeben werden. Diese Fluoride besitzen eine solche thermische Stabilität, daß sie nur in unmittelbarer Nähe des heißen Glühkörpers dissozieren. Der Partialdruck des Metalloids aus der Dissoziation der Fluorverbindung ist daher da am größten, wo auch der Zersetzungsdruck der Glühkörperverbindung am größten ist.

Durch Mischung des Metalloidfluorids mit einem Inertgas wie Stickstoff, Argon und Krypton kann der MetalIoidpartialdruck der Dissoziation des Metall-

709 547/168

Claims (3)

oidfluorids so eingestellt werden, daß er gleich dem Metalloidpartialdruck aus der Zersetzung des Glühkörpers ist. Ein wesentlicher Vorteil der Verwendung von Fluorverbindungen als Füllgas ist der, daß bei der Dissoziation dieser Verbindungen entstandenes elementares Fluor schon bei Zimmertemperatur mit den meisten Metalloiden und Metallen reagiert. Verdampft vom Glühkörper etwas Metalloid an kältere Lampenteile, so reagiert es dort mit Fluor, und die dabei entstehende flüchtige Fluorverbindung wird dem Glühkörper wieder zugeführt. Das Füllgas wird also ständig regeneriert und das Metalloid im Kreisprozeß stets zu den heißesten Glühkörperstellen transportiert. Das ist ein Vorteil, der nur bei FIuorverbindüngen und bei keinem der bisher gebrauchten Füllgase gegeben ist. Vorzugsweise besteht das Füllgas ganz oder teilweise aus Kohlenstofftetrafluorid. Anstatt CF4 können auch die flüchtigen höheren Homologe des CF4, wie z. B. C2F6, C3F8 usw., in die Lampe gefüllt werden; diese werden aber wegen ihrer geringeren thermischen Stabilität schnell unter Abgabe von Kohlenstoff in CF4 umgesetzt, so daß am Ende doch hauptsächlich nur CF4 in der Lampe verbleibt. Dasselbe gilt auch für höhere Homologe, die in kleiner Menge bei der thermischen Reaktion am Glühkörper entstehen. Es können natürlich auch primär elementares Fluor oder solche Fluorverbindungen in die Lampe gefüllt werden, die beim Erhitzen durch den Glühkörper zu Fluor und inerten Stoffen zerfallen (z. B. NF3 und andere Stickstofffiuoride zersetzen sich am heißen Glühkörper zu elementarem Fluor und inertem Stickstoff). Das so eingefüllte oder entstandene Fluor reagiert mit verdampfter Glühkörpersubstanz und bewirkt den Kreistransport zum heißen Glühkörper über die flüchtigen Fluoride. Zweckmäßig enthält das Füllgas zusätzlich noch Tantalpentafluorid. 4» Wie das Metalloid, so kann auch das Metall bei der Zersetzung des Glühkörpers zu kälteren Lampenteilen hin verdampfen, dort mit Fluor reagieren und im Kreisprozeß wieder zu den heißesten Glühkörperteilen transportiert werden. Es muß jedoch vermieden werden, daß sich die weniger flüchtigen Metallfluoride an kälteren Lampenteilen abscheiden und dadurch dem Kreisprozeß entzogen werden. Es müssen also auch die kältesten Lampenteile beim Brennen der Lampe eine solche Temperatur haben, daß kein Metallfluorid kondensieren kann. Weiter hat es sich in den einzelnen Fällen als günstig erwiesen, etwas Metallfluorid in die Lampe zu geben. Die Stromzuführungen zum Glühkörper werden vorzugsweise aus Metallen, wie Kupfer, Nickel, Aluminium und Magnesium, gefertigt, die von Fluor und Fluoriden kaum angegriffen werden. Die genannten Metalle überziehen sich mit einer dünnen, dichten Schicht von Fluorid, die den weiteren Angriff verhindert. (So ist Nickel bis 700° C gegen Fluor beständig.) Vorzugsweise sind wenigstens die kälteren Enden des Glühkörpers durch eine gegen Fluor beständige Umhüllung vor Reaktion mit dem Füllgas geschützt. Zweckmäßig bestehen außer dem heißen Glühkörperteil alle anderen Lampenteile, mit denen das Füllgas in Berührung kommt, aus fluorbeständigem Material oder sind durch einen Überzug aus fluor- beständigem Material vor Reaktion mit dem Füllgas geschützt. Glas wird bei Zimmertemperatur von trockenem Fluor und trockenen Fluoriden nicht angegriffen. Durch eine dünne, durchsichtige Schutzschicht aus Metallfluoriden, wie z. B. CaF2 oder MgF2, kann das Glas aber auch für höhere Temperaturbelastung vor dem Angriff durch Fluor und flüchtige Fluoride geschützt werden. Da Fluor schon in der Kälte mit den meisten Stoffen reagiert, werden auch die kälteren Enden des Glühkörpers von dem aus der Dissoziation stammenden Fluor angegriffen. Dieser unerwünschte Angriff tritt bis zu den Temperaturen auf, bei denen das Gleichgewicht der Reaktion MFx M + xF (M = Metalloid oder Metall) noch weitgehend auf der linken Seite liegt. So werden z. B. die kälteren Enden eines Glühkörpers aus TaC bei Temperaturen unter 2000° C schnell unter Bildung von TaF5 und CF4 abgetragen. Die Enden des Glühkörpers müssen in diesem Fall durch eine gegen Fluor beständige Umhüllung geschützt sein. Dies kann dadurch erreicht werden, daß z. B. die kälteren Enden des Glühkörpers bis zu den Kontakten durch ein Röhrchen aus Nickel oder anderem fluorbeständigen Material geführt werden. Dieses Röhrchen soll den Glühkörper möglichst eng umschließen, ohne durch direkte Berührung elektrischen und thermischen Kontakt mit dem Glühkörper zu haben, wie es aus der deutschen Patentschrift 858 718 bei Lampen mit Chlor, Brom und Jod an sich bekannt ist. In gleicher Weise wie bei TaC lassen sich auch Glühkörper aus anderen Metallkarbiden oder einer Mischung dieser Karbide durch Zugabe von CF4 und den entsprechenden Metallfluoriden als Füllgase stabilisieren. Glühkörper aus hochschmelzenden Metallsiliziden und Metallboriden können nach dem gleichen Prinzip durch SiF4 bzw. BF3 als Füllgase stabilisiert werden. Die Figur zeigt eine Ausführungsform der Erfindung. Der Kolben 1 aus Glas ist mit einem dünnen MgF2-Uberzug 2 bedeckt. Der Glühkörper 3 besteht aus Tantalkarbid und die Gasfüllung aus einem Gemisch von Kohlenstofftetrafluorid und Inertgas (z. B. Argon), wobei der Partialdruck des CF4 etwa 5 Torr ist und der Druck des Inertgases 500 Torr. Die Halterung 4 und Stromzuführung für den Glühkörper 3 ist aus Nickel gefertigt. Die Glühkörperenden stecken in Nickelröhrchen 5. Patentansprüche:

1. Gasgefüllte Glühlampe mit einem Glühkörper aus einer hochschmelzenden Verbindung eines Metalls und eines Metalloids oder einer Mischung solcher Verbindungen, in der die Gasfüllung ein reaktives Transportgas enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas als reaktives Transportgas nur Fluor enthält.

2. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas ganz oder teilweise aus Fluor oder aus flüchtigen Fluorverbindungen besteht, die sich bei Erhitzung durch den Glühkörper zu elementarem Fluor und inerten Zerfallsprodukten zersetzen.

3. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas ganz oder teilweise aus Stickstofffluorid besteht.