DE1589172C - Verfahren zur Verbesserung der Raumtemperatur-Leitfähigkeit eines Lampenglühkörpers vom Nernst-Typ - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Raumtemperatur-Leitfähigkeit eines Lampenglühkörper vom Nernst-Typ, der aus einem keramischen Körper besteht, welcher im wesentlichen aus Zirkonoxyd und oxydischen Zusätzen von 10 bis 20 Molprozent Kalziumoxyd und/oder 7 bis 52 Molprozent Yttriumoxyd besteht.

Der Glühkörper, auf den sich die Erfindung bezieht, bildet einen Widerstand, der an eine elektrische Stromquelle angeschlossen wird und seiner Zusammensetzung nach aus schwerschmelzenden Metalloxyden besteht. Eine der am meisten benutzten Metalloxydzusammensetzungen ist Zirkonerde, die entweder Yttrium- oder Kalziumoxyd oder beide enthält. Es sei noch erwähnt, daß meistens etwas Hafniumoxyd vorhanden ist, da Zirkonoxyd fast stets dieses Material als Verunreinigung enthält. Da die Anordnung nur bei Durchgang von Elektrizität durch den Glühkörper arbeitet, war es bisher notwendig, ihn auf eine Temperatur von der Größenordnung von etwa 1000 ⁰C aufzuheizen, bevor er genügend leitend wurde, um elektrischen Strom hindurchzulassen und Strahlung zu erzeugen. Deshalb war es auch bei Lampenglühkörpern vom Nernst-Typ erforderlich, einen Hilfsheizkörper vorzusehen, um die Temperatur des Glühkörpers zu erhöhen, bis er mit Strahlungsabgabe beginnt.

Glühlampen vom Nernst-Typ besitzen nach dem gegenwärtigen Stand der Technik den Nachteil, daß die oxydischen Glühkörper dieser Lampen bei gewöhnlicher Temperatur einen so hohen elektrischen Widerstand besitzen, daß sie ohne vorherige Heizung allein durch Anlegen einer elektrischen Spannung nicht'zum Glühen gebracht werden können. Zwar sind in der deutschen Patentschrift 396 021 schon oxydische Glühkörper aus Zinkoxyd beschrieben worden, die von Natur aus schon bei gewöhnlicher Temperatur durch einen elektrischen Strom zum Aussenden von sichtbarem Licht gebracht werden können. Die Probleme bei Inbetriebsetzen der für IR-Strahler bevorzugten Glühkörper aus Zirkonoxyd-, Kalziumoxyd-, Yttriumoxydgemischen bleiben davon unberührt.

In der deutschen Patentschrift 117 031 sind auch schon oxydische Glühkörper bekannt, deren elektrische Leitfähigkeit durch Herstellung aus besonderen Oxydgemischen so hoch« ist, daß eine geringe Vorwärmung zum Inbetriebsetzen ausreicht. Bisher ungelöst ist jedoch das Problem, wie das lästige Vorheizen von Glühkörpern, die vorwiegend aus Yttriumoxyd, Zirkonoxyd und Kalziumoxyd bestehen, vermieden werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, durch ein besonderes Verfahren die Leitfähigkeit von aus Zirkonoxyd, Kalziumoxyd, und Yttriumoxyd hergestellten Glühkörpern so weit· zu· eriiöhen, daß diese Glühkörper ohne Vorwärmung genügend elektrisch leitend werden und beim Stromdurchgang Strahlung, insbesondere IR-Strahlung, abgeben.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Verbesserung der Raumtemperatur-Leitfähigkeit eines Lampenglühkörper vom Nernst-Typ, der aus einem keramischen Körper besteht, welcher im wesentlichen "aus Zirkonoxyd und oxydischen Zusätzen aus 10 bis 20 Molprozent Kalziumoxyd und/oder 7 bis 52 Molprozent Yttriumoxyd besteht, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Glühkörper in einer sauerstofffreien, chemisch inerten Umgebung auf eine Temperatur von wenigstens 1000 bis 1200 ⁰C erwärmt wird, so daß er elektrisch leitfähig wird, daß durch den erwärmten Glühkörper Gleichstrom hindurchgeleitet wird, so daß er durch Widerstandsheizüng auf eine Temperatur von mindestens 1600 ⁰C aufgeheizt wird, daß der Glühkörper in dieser Umgebung bei der höheren Temperatur so lange gehalten wird, bis er elektrolysiert ist und daß anschließend der Glühkörper in einer sauerstofffreien Umgebung abgekühlt wird. Es zeigt sich, das so vorbehandelte Glühkörper schon bei gewöhnlicher Temperatur eine zum ,Inbetriebsetzen der daraus hergestellten Lampen genügende Leitfähigkeit besitzen. Bei einer besonders bevorzugten Form des Verfahrens

is besteht der Glühkörper aus 8 bis 10 Molprozent Yttriumoxyd, der Rest ist Zirkonoxyd.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus der Zeichnung und der folgenden Beschreibung.

so Die Abbildung ist eine Seitenansicht einer Lampe mit einem Glühkörper, der gemäß der Erfindung hergestellt wurde, wobei einzelne Teile fortgebrochen sind, um die Konstruktion deutlicher zu zeigen. Allgemein enthält die Lampe einen Glühkörper 10

«5 aus schwerschmelzbarem Metalloxyd, der an eine elektrische Stromquelle anschließbar und von einem abgedichteten Kolben 11 umschlossen ist, das den Arbeitsraum für den Glühkörper bildet und ihn gegen die Umgebung isoliert.

Bei dem Verfahren zur Herstellung des verbesserten Lampenglühkörper wird, der Glühkörper durch geeignete Mittel auf eine Temperatur von wenigstens 1000 ⁰C erhitzt und dabei in einer sauerstofffreien Umgebung gehalten, die mit den Oxyden, aus denen der Glühkörper zusammengesetzt ist, nicht reagiert. Nachdem der Glühkörper auf diese Temperatur gebracht ist, wird Gleichstrom für eine genügend lange Zeit hindurchgeschickt, um den Glühkörper zu elektrolysieren und dadurch seinen elektrischen Widerstand herabzusetzen. Der Glühkörper muß dann während des Betriebes in einer sauerstofffreien Umgebung gehalten werden, wenn die Verbesserung seiner elektrischen Leitfähigkeit beibehalten und - die Erzeugung von Ausstrahlung einfach durch Stromdurchgang, beginnend mit Raumtemperatur, eingeleitet werden soll. Der Körper kann O₂ enthaltenden Atmosphären bei Raumtemperatur ausgesetzt werden und leidet dabei keinen nachteiligen Einfluß in Form, einer Widerstandsvergrößerung.

Die Verwendung des nach dem neuen Verfahren hergestellten verbesserten Glühkörpers ist aus der Abbildung ersichtlich, in der das Bezugszeichen 10 einen aus schwerschmelzbarem Metalloxyd hergestellten Glühkörper bezeichnet. Der Glühkörper 10 ist normalerweise aus etwa 48 bis 93 Molprozent Zirkonerde mit 10 bis 20 Molprozent Kalziumoxyd oder ungefähr 7 bis 52 Molprozent Yttriumoxyd zusammengesetzt. Die bevorzugte Zusammensetzung enthält 8 bis 10 Molprozent Yttriumoxyd und im übrigen praktisch nur Zirkonerde, abgesehen von einem kleinen Prozentsatz von Hafniumoxyd, das gewöhnlich als Verunreinigung in der Zirkonerde vorhanden ist. Kalziumoxyd und Yttriumoxyd können einzeln oder gemeinsam dem Zirkonoxyd hinzugesetzt werden, doch ergibt sich dadurch kein besonderer Vorteil.

Der Glühkörper 10 ist innerhalb des abgeschlossenen Kolbens 11 durch geeignete isolierende Träger . 12 gehalten, die einerseits an dem Glühkörper 10

und andererseits an dem abgedichteten Kolben 11 befestigt sind. Zuführungen 15 sind elektrisch mit bestimmten Punkten des Glühkörpers 10 verbunden und erstrecken sich durch den Kolben 11 zur Verbindung mit einer geeigneten Stromquelle. S

Der Kolben 11 stellt eine Betriebskammer 16 dar, die von der Umgebung isoliert ist und eine sauerstofffreie Atmosphäre enthält, welche mit dem Material, aus dem der Glühkörper 10 hergestellt ist, nicht reagiert. Geeignete Füllungen sind z. B. Edelgase (Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon) oder auch ein Vakuum. Im allgemeinen können Gase von handelsüblicher Reinheit als Füllgase benutzt werden, und obwohl geringfügig höhere Sauerstoffmengen zugelassen werden können, wird ein Sauerstoffgehalt in der Füllung von nicht mehr als 10 Teilen je Million bevorzugt.

Der Glühkörper ermöglicht zum ersten Mal die Konstruktion und den Betrieb einer Glühlampe vom Nernst-Typ ohne Hilfsbeheizung, die bisher erforderlich war, um anfänglich die Temperatur des Glühkörpers zu erhöhen. Dieses Ergebnis wurde mittels des neuen Herstellungsverfahrens erreicht, das als einen wesentlichen Schritt die Heizung des Glühkörpers auf eine Temperatur von wenigstens 1000 °C und vorzugsweise wenigstens 1200 ^CC einschließt, wobei die Erhitzung durch irgendwelche geeignete Mittel, z. B. eine neben dem Körper angeordnete Widerstandsheizanordnung, erfolgen kann.

Während der Zeit, während der der Glühkörper von außen auf diese Temperatur erhitzt wird, wird er außer Kontakt mit irgendwelcher sauerstoffhaltigen Umgebung gehalten und mit einer Gleichstromquelle verbunden. Der durch den Glühkörper fließende Gleichstrom ist genügend groß, um eine Widerstandsheizung des Glühkörpers auf eine höhere Temperatur von etwa 1600 ⁰C oder mehr zu bewirken. Dadurch, daß der Glühkörper auf der höheren Temperatur für genügend lange Zeit gehalten wird, gewöhnlich 30 bis 60 Minuten, wird, er elektrolysiert und verhält sich dann wie ein metallischer Leiter. Während bei gewöhnlichen keramischen Glühkörpern, der spezifische Widerstand mit Absinken der Temperatur auf Raumtemperatur zunimmt, wird im vorliegenden Falle die verbesserte Leitfähigkeit, die die sich bei Durchführung des Verfahrens ergibt, auch bei Raumtemperatur beibehalten. Zum Beispiel ist der spezifische Widerstand bei Raumtemperatur eines nicht nach diesem Verfahren behandelten Widerstandskörpers mehrere Megohm X cm. Demgegenüber ist der spezifische Widerstand bei Körpern, die aus 8 % Y2O3 und dem Rest Zirkonerde bestanden, weniger als 0,1 Ohm X cm, wenn sie bei diesem Verfahren von außen auf 1200 ⁰C geheizt und dann ihre Temperatur auf etwa 1700 ⁰C durch Hindurchschicken eines Gleichstromes von 75 bis 300 A/ cm² erhöht wurde. Sie wurden etwa 45 Minuten auf dieser Temperatur und in einer sauerstofffreien Umgebung (handelsübliches Argon) gehalten. Die Stromdichten wurden während der Behandlung mit hoher Temperatur in geeigneter Weise erhöht, um die Temperatur bei der Abnahme des spezifischen Widerstandes aufrecht zu halten.

Nachdem die Raumtemperatur-Leitfähigkeit des Glühkörpers auf das notwendige Maß erhöht war, wurde er in den abgeschlossenen Kolben gesetzt, wo er nicht'mit einer sauerstoffhaltigen Umgebung in Berührung kommen konnte. Wenn dieses Verfahren befolgt wird, arbeitet die Lampe ohne Verwendung einer Hilfsheizung lediglich dadurch, daß man elektrischen Strom bei Zimmertemperatur über die elektrischen Zuleitungen 15 durch den Glühkörper schickt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verbesserung der Raumtemperatur-Leitfähigkeit eines Lampenglühkörpers vom Nernst-Typ, der aus einem keramischen Körper besteht, welcher im wesentlichen aus Zirkonoxyd und oxydischen Zusätzen aus 10 bis 20 Molprozent Kalziumoxyd und/oder 7 bis 52 Molprozent Yttriumoxyd besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der.Glühkörper in einer sauerstofffreien, chemisch inerten Umgebung auf eine Temperatur von wenigstens 1000 bis 1200° C erwärmt wird, so daß er elektrisch leitfähig wird, daß durch den erwärmten Glühkörper Gleichstrom hindurchgeleitet wird, so daß er durch Widerstandsheizung auf" eine Temperatur von mindestens 1600 ⁰C aufgeheizt wird, daß der Glühkörper in dieser Umgebung bei der höheren Temperatur so lange gehalten wird, bis er elektrolysiert ist und daß anschließend der Glühkörper in einer sauerstofffreien Umgebung abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühkörper im wesentlichen aus 8 bis 10 Molprozent Yttriumoxyd, Rest, Zirkonoxyd, besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen