DE202005019269U1

DE202005019269U1 - Einschmelzfolie und zugehörige Lampe mit dieser Folie

Info

Publication number: DE202005019269U1
Application number: DE200520019269
Authority: DE
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2005-12-09
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2015-12-10

Abstract

Einschmelzfolie für den Lampenbau, bestehend aus einem metallischen Grundkörper aus Molybdän, rein oder dotiert, und einer darauf zumindest teilweise aufgebrachten Beschichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung Aluminium enthält.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Einschmelzfolie und zugehörige Lampe mit dieser Folie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei um Molybdänfolien, die Anwendung finden bei Quetschungen, wie sie für die Abdichtung von Glühlampen und Entladungslampen üblich sind.
Stand der Technik
Aus der US-A 3 668 391 ist bereits eine Einschmelzfolie und zugehörige Lampe mit dieser Folie bekannt. Um gegen Oxidation besser geschützt zu sein, ist der Stift aus Molybdän mit einer Schutzschicht von Molybdänaluminid bedeckt. Die Dicke beträgt höchstens 1 mil, also maximal 25,4 μm. Dieses wandelt sich im Betrieb in Al₂O₃ um und verhindert dadurch die weitere Oxidation des Stifts.
Eine ähnliche Technik ist aus der US-B 6 590 342 bekannt, in der der innere Teil der Durchführung bei einem keramischen Entladungsgefäß aus Molybdänaluminid, also Mo₃Al, hergestellt ist, um besonders resistent gegen Halogene der Füllung zu sein.
In der Praxis wird für den Schutz der Molybdänfolien vor Oxidation im Bereich der Folien-Stift-Schweißverbindung beispielsweise eine rutheniumhaltige Schicht auf der Folie verwendet, wie in der DE 199 61 551 beschrieben. Nachteilig daran ist, dass die Haftung zwischen Mo-Folie und Quarzglas nicht für besonders lange Lebensdauern ausreicht.
Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einschmelzfolie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die gut vor Oxidation und Kor rosion geschützt ist und bei der eine gute Verbindung zum umgebenden Quarzglas gewährleistet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Zur Verhinderung der Oxidation und Korrosion und Verbesserung der Haftfähigkeit wird die Molybdänfolie teilweise oder allseitig mit Aluminium beschichtet. Als Beschichtungswerkstoff eignet sich vor allem reines Aluminium, sowie eine Molybdän-Aluminium-Legierung mit eutektischer Zusammensetzung.
Die Schichtdicken liegen bevorzugt im Bereich von 10 nm bis 1,0 μm. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt die Schichtdicke bei 15 nm bis 250 nm.
Das Beschichten kann durch bekannte Beschichtungsverfahren erfolgen, wie beispielsweise für die Stromzuführungen im Stand der Technik beschrieben. Bevorzugt ist jedoch ein Alitierungsprozess, auch Alumetierungsprozess genannt.
Die Molybdänfolie wird durch einen Alitierungsprozess mit einer oder mehreren intermetallischen Molybdän-Aluminium Schichten (verschiedene Mo_xAl_y Phasen: Mo₃Al₈ oder Mo₃Al) überzogen. Während des Alitierungsprozesses bildet sich die Schicht durch Eindiffusion von Aluminium in das Molybdän. Die Teile werden in ein Al-Pulverbett eingelagert, während der Temperaturprozess abläuft. Dadurch sind Blasen, Lunker und andere unerwünschte Grenzflächenphänomene ausgeschlossen.
Während des Quetschungsvorganges der Mo-Folie in das Quarzglas (Temperatur bis 2100 °C) bildet sich aus dem Sauerstoff des SiO₂ (geringer Partialdruck ist im umgebenden Gas vorhanden) und aus dem Mo₃Al₈ eine ver zahnte Grenzenflächenschicht aus Mo und Al₂O₃ nach folgenden Reaktionsgleichungen: Mo₃Al₈ + 6 O₂ → 3 Mo + 4 Al₂O₃ 1. Mo₃Al₈ + 12 SiO₂ → 3 Mo + 4 Al₂O₃ + 12 SiO 2.
Die Grenzschicht dient als Haftvermittler: das Mo in bezog auf die Folie und die keramischen Bereiche Al₂O₃ on bezog auf das umgebende Quarzglas. Die Grenzflächenschicht muss dünn genug sein, um die Unterschiede in den Ausdehnungskoeffizienten ausgleichen zu können und nicht als Stressfaktor in der Gradientenschicht zu dienen.
Die beschichteten Molybdänfolien sind sehr gut schweißbar, im Gegensatz zu Molybdänfolien, die mit Chrom, Silizium, o.ä. beschichtet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Oxidationsbeständigkeit der Stift-Folie-Schweißverbindungen durch Beschichten der Stromzuführungen mit gleichen oder ähnlichen Beschichtungswerkstoffen, die für die Folie eingesetzt werden können, erhöht.
Die erfindungsgemäßen elektrischen Lampen besitzen ein Lampengefäß aus Quarzglas oder Hartglas, das mit Molybdänfoliendurchführungen versehen ist, die Bestandteil mindestens einer Quetschdichtung des Lampengefäßes sind. In der mindestens einen Quetschdichtung ist wenigstens eine Molybdänfolie gasdicht eingequetscht. Die Molybdänfolie bzw. die Molybdänfolien sind erfindungsgemäß mit Aluminium-haltiger Beschichtung versehen.
Figuren
Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine Metallhalogenidlampe, im Schnitt
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Glühlampe, im Schnitt
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Metallhalogenidlampe als Ausschnitt
Beschreibung der Zeichnungen
Bei dem bevorzugten, in der 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um eine Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von ca. 24000 W. Diese Lampe besitzt ein aus Quarzglas bestehendes Entladungsgefäß 1. Das Entladungsgefäß 1 weist einen Entladungsraum 2 und zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten des Entladungsraumes 2 angeordnete, zylindrische Kolbenschäfte 3 auf, von denen in der Figur nur einer ausschnittweise und geschnitten abgebildet ist. Zwei Elektroden 4 aus Wolfram erstrecken sich jeweils vom Entladungsraum 2 in einen der Kolbenschäfte 3 und sind dort jeweils mit einer kreisscheibenförmigen Molybdänscheibe 7 verlötet. Mit der Molybdänscheibe 7 sind vier Molybdänfolien 5 verschweißt, die gleichmäßig entlang der Mantelfläche eines hohlen Quarzglasstabes 8 angeordnet sind. Der hohle Quarzglasstab 8 wurde zusammen mit den Molybdänfolien 5 in das Innere des hohlen Kolbenschaftes 3 eingeführt. Die Molybdänfolien 5 bilden mit dem Quarzglas des Kolbenschaftes 3 und dem Quarzglas des hohlen Quarzglasstabes 8 eine gasdichte Einschmelzung. Die im Quarzglas eingeschmolzenen Molybdänfolien 5 weisen eine Beschichtung von 100 nm intermetallischer MoAl-Schicht auf. Die Elektrode 4 ist im Bereich des Kolbenschaftes 3 mit einer Molybdänfolie 6 umwickelt, die aber nicht im Quarzglas eingeschmolzen ist.
Beim in der 2 abgebildeten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um eine einseitig gesockelte Hochdruckentladungslampe. Diese Lampe besitzt ein einseitig gequetschtes Entladungsgefäß 9 aus Quarzglas, in dem eine ionisierbare Füllung, die korrosiv wirkende Metallhalogenide umfasst, gasdicht eingeschlossen ist. Innerhalb des Entladungsgefäßes 9 sind zwei Elektroden 22, 23 angeordnet, die jeweils über eine in der Quetschdichtung des Entladungsgefäßes 9 eingebettete Molybdänfolie 24, 25 mit je einer aus dem Entladungsgefäß 9 herausragenden Stromzuführung 26, 27 elektrisch leitend verbunden sind. Das Entladungsgefäß 9 ist, in geringem Ab stand, vollständig von einem einseitig gequetschten, gasdicht verschlossenen Hüllkolben 28 umgeben. Der Hüllkolben 28 besteht aus Quarzglas, das mit ca. 0,5 Gewichtsprozent Cer dotiert ist. Innerhalb des Hüllkolbens 28 befindet sich Stickstoffgas, das bei Raumtemperatur einen Kaltfülldruck zwischen 600 mbar bis 700 mbar aufweist. Die aus dem Entladungsgefäß herausragenden Stromzuführungen 26, 27 sind jeweils über eine im Quetschfuß des Hüllkolbens 28 eingebettete Molybdänfolie 29, 30 mit je einer aus dem Hüllkolben 28 herausgeführten Stromzuführung 11, 12 elektrisch leitend verbunden. Ein einseitig gequetschter und einseitig gesockelter Außenkolben 13 umschließt den Hüllkolben 28 gasdicht. Der Außenkolben 13 ist evakuiert und besteht ebenfalls aus einem mit ca. 0,5 Gewichtsprozent Cer dotierten Quarzglas. Die aus dem Hüllkolben 28 herausgeführten Stromzuführungen 11, 12 sind jeweils über eine in der Quetschdichtung des Außenkolbens 13 eingebetteten Molybdänfolie 14, 15 mit je einer aus dem Außenkolben 13 herausragenden Stromzuführung 16, 17 elektrisch leitend verbunden. Die aus dem Außenkolben 13 herausgeführten Stromzuführungen 16, 17 stehen mit den aus dem Sockel 18 herausragenden Kontaktstiften 19, 20 im elektrischen Kontakt. Die in diesem Ausführungsbeispiel verwendeten Molybdänfolien sind alle mit einer intermetallischen MoAl-Schicht beschichtet, deren Dicke 300 nm beträgt.
Beim Ausführungsbeispiel der 3 handelt es sich um eine Halogenglühlampe 35 (12V bei 100 W Leistung) mit einem Lampenkolben 36 aus Quarzglas, der mit Hilfe einer Quetschdichtung 37 gasdicht verschlossen ist. In der Quetschdichtung des Lampenkolbens sind zwei Molybdänfolien 38 eingebettet. Innerhalb des Lampenkolbens befindet sich ein doppelt gewendelter Leuchtkörper 39, dessen einfach gewendelte Enden als innere Stromzuführung 40 wirken. Die inneren Stromzuführungen sind jeweils mit einer der in der Quetschdichtung eingebetteten Molybdänfolie 38 verschweißt. Aus der Quetschdichtung 37 ragen zwei äußere Stromzuführungen 34 heraus, die mit jeweils einer der beiden Molybdänfolien verbunden sind. Die beiden in der Quetschdichtung eingebetteten Molybdänfolien sind einseitig auf der Seite, an der die Stromzuführung 40 befestigt ist, mit einer intermetallischen Schicht 40 nm dick beschichtet.

Claims

Einschmelzfolie für den Lampenbau, bestehend aus einem metallischen Grundkörper aus Molybdän, rein oder dotiert, und einer darauf zumindest teilweise aufgebrachten Beschichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung Aluminium enthält.
Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine intermetallische Schicht MoxAly bildet.
Folie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine intermetallische Schicht bildet, die Mo₃Al₈ und/oder Mo₃Al enthält.
Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der Beschichtung zwischen 10 nm und 1,0 μm, insbesondere 15 nm und 250 nm, beträgt.
Lampe mit einer Einschmelzfolie nach Anspruch 1 bis 4.
Lampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung entweder als Quetschdichtung oder Einschmelzung ausgeführt ist.