DE2100933C - Gasdichte Abdichtung zwischen Metall und Quarzglas, insbesondere fur elektri sehe Lampen - Google Patents

Description

ν.) eine Füllung (9) der Kapillargänge (8j aus Antimonboratelas ;nit einem niedrigen Schmelzpunkt und einer Zusammensetzung innerhalb des von der ausgezogenen Kurve (20) in F i g 5 begrenzten Bereiches A, wu'.k;· das MoO. gegebenenfalls durch WO, substituiert sein kann, und das Glas bei erhöhten Temperaturen eine Schmcl.dichtung bildet, welche den Zutritt dc-s Luftsauerstoffes /ü dem Molybdänbandteil <15i verhindert.

2. Abdichtung gemä'J Anspruch 1, d.idurch gekennzeichnet, daß die Glaszusammensetzung in dem von der voll ausgezogenen Linie (2<n begrenzten Bereich A. verkürzt durch die gestrichelte Linie (21) liegt.

3. Abdichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Leitungsdraht (6) aus Molybdän besteht.

4. Abdichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß das Glas eine Zusammensetzung von 65 Gewichtsprozent Sb₂O₃, Gewichtsprozent B₂O₃ und 5 Gewichtsprozent MoO₃ besitzt.

Die Erfindung betrifft allgemein Abdichtungen für metallische Zuleitungen, weiche durch Quarzglas oder Quarz eingeführt werden sollen, bei elektrischen Vorrichtungen mit einer hermetisch verschlossenen Hülle. Die Hülle enthält elektrische Energiewandler, denen durch diese Zuleitungen Strom zugeführt wird. Insbesondere betrifft sie eine neuartige Glaszusammensetzung zur Herstellung einer Einschmelzdichtung zwischen dem Quarz und einem Teil des durch das Quarz eingeschlossenen Zuleiters.

Für diese elektrischen Vorrichtungen, für welche die Erfindung allgemein anwendbar ist, wird nachstehend zur Erläuterung das Beispiel einer sogenannten Wolfram-Halogen-Lampe angeführt. Diese Lampen umfassen aU Hülle einen Kolben, der gewöhnlich aus Quarzglas besteht und einen Wolframglühhden und eine Inertgasfüllung neben einem geringen Anteil eines Halogens, beispielsweise Jod oder Brom, enthält. Das Halogen dient als regenerativer Getter, der die während des Betriebes der Lampe von dem Glühfaden abgedampften Wolframteilchen -u dem Glüh-

faden zurückführt. Der Glühfaden ist an seinen Enden mit Zuleitungen verbunden, welche durch entsprechende Quetschdichtungsteile an entgegengesetzter, Enden der Lampe oder durch eine einzige Quetschdichtung an einem Ende der Lampe abgedichtet e:r,-

geführt werden können. Die Zuleitungen enthalten :m allgemeinen jeweils einen Teil aus einem sehr dünnen Molybdänband, welches hermetisch in der Quetschdichtung eingeschmolzen ist und einen äußeren Zuleitungsdraht aus einem feuerfesten Metall, übiicher-

weise ebenfalls Molybdän, der an einem Ende an dem Bandteil befestigt ist und sich durch die Quetschdich tung nach außen erstreckt. Während das Molybdän band mit dem Quarz infolge der extrem geringen Dicke und der Biegsamkeit des Bandes eine hermetisch*.

Abdichtung bildet, wird der relativ dicke äußere Zu leitungsdraht rtscht hermetisch abgedichtet wegen seinerelativ großen Durchmessers und der Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Quar- und dem Molybdän. Au;, diesem Grunde und auße dem deswegen, weil die Ausbidung einer Quetschdichtung das Quarzglas nicht vollständig um den äußeren /uleitungsdraht herum an seiner ganzen Oberfläche fließen läßt, bleiben feine Kapillargänge zwischen den, Quarz und dem durch das Quarz, eingeschlossenen Teil des äußeren Zuleitungsdrahtes zurück. Das dünne Molybdänband ist daher dem Luftsaue^rstoff ausgesetzt, welcher durch die Kapillargänge eintritt. Dadurch ergibt sich durch Oxy..;??ion des Molybdänbandes bei erhöhten Temperaturen, etwa oberhalb 350 C .

eine Unterbrechnug der elektrischen Verbindung zu dem äußeren Zuleitungsdraht

Es wurde bereits gefunden, daß die Lebensdauer solcher Dichtungen merklich in dem erhöhten Temperaturbereich von 500 bis 800 C dadurch vergrößert werden konnte, daß man äußere Zuleitungsdrähte verwendete, die mindestens an ihrer Oberfläche aus Platin bestanden und indem man die Kapillargänge um diese Drähte herum mit einer Bleiboratmischung füllte. Diese Mischung wird bei solchen Temperaturen geschmolzen

so und bildet daher eine flüssige Abdichtung gegen das Eindringen von Luftsauerstoff während des Betriebs der Lampe. Das Bleiborat greift Molybdän an und bewirkt eine Korrosion, und daher wurde die Verwendung von äußeren Zuleitungsdrähten, die aus Platin bestanden oder platiniert waren, notwendig. Ebenso ist das Bleiborat bei Temperaturen unterhalb etwa 500" C nicht geschmolzen und auch nicht hinreichend fließfähig, um in den niedrigen Bereichen zwischen etwa 350 und 500⁰C brauchbar zu sein.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Schutz für Einschmelzdichtungen der beschriebenen Art, besonders im Temperaturbereich von etwa 350 bis mindestens 725°C, zu erzielen. Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, ein

£5 Schmelzdichtungsmaterial zu erhalten, welches mit Molybdän verträglich ist und daher eine wesentliche Kostenersparnis ermöglicht.
Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß die obigen

Aufgaben mit einer neuartigen Glaszusammensetzung dung zwischen dem Molybdänband 5 und dem äußeren

gelöst werden können, welche in dem angegertcnen Leitungsdrahte bei Temperaturen oberhalb 350 C.

Temperaturbereich einen Schmelzdichtungsschut/. ge- Gemäß der Erfindung wird die Lebensdauer der

u ihn und aus einem Aniimonboratglas mit niedriaem Abdiehtune beträchtlich erhöht, besonders in dem

Schmelzpunkt besteht. Es wurde gefunden, daß man 5 Temperaturbereich zwischen etwa 350 und mindestens

Ci¹L' .-.eitere beträchtliche Verbesserung erhält, wenn 725 C. Dazu werden die Kapillargänge 8 m.t einem

J.-; (ι !as ein geringer Anteil von Molybdäntrioxid oder Antimonboratglas mit niedrigem Schmelzpunkt gefallt.

V, '!framlrioxid zugesetzt wird. WeiiereGesichispunkie das vorzugsweise eine geringe Menge Molybdän- oder

_::d Vorteile der Erfindung ergeben .-.ich aus der Be- Wolframtrioxid enthält und mit der Bezugsziffer 9 be-

O<:eihung und den Abbildungen von beispielhaften io zeichnet ist. Em solches Glas kann so hergestellt wer-

\..:0.ihrungsformen. Jen. ,j_aß _es bei relativ niedrigen Temperaturen

} ; g i ist eine Ansicht eine-, Endes einer Lampe, schmilzt und fließt und dadurch eine geschmolzene

,eL'r.e die erfindungsgemäüe Dichtungsanordnung Abdichtung bei erhöhten Temperaturen bildet, bei

.•-,•.•!alt: denen Molybdän oxydiert würde. Der Zusatz von

t . g. 2 ist cm Längsschnitt längs der Linie 2-2 dei 15 MoIybdän- oder Wolframtrioxid zu dem Glas fördert

! .; . 3. welcher die crh'ndungsgemäLV Abdichtung die Benetzung des Leitungsdrahtes aus MoIv bdän und

,w \icher zeigt; ',„-ni außerdem zur Stabilisierung des Glases. Außer-

ί ' g 3 ist ein Schnitt quer durch d,e Dichtung in ver- dem greift das Antimonboratglas den äußeren L ei-

ι:- ■ ertem Maßstab längs der I mie 3-3 der i ie. 2 zur tungsdraht 6 aus MoIy bd.. , und das Band 5 nicht an

C- scheren Darstellung der er!'ndimgsgeniäßen Ab- 20 Im Gegensatz dazu würder. Bleiboratgemische die

c 'ung: Leitung 6 aus Molybdän angreifen und müssen von

g 4 ist eine Ansicht einer Lampe, bei der die er- dem Band 5 ferngehalten werden. Da Antimonborai-

! ...mgsgemäße Abdichtung verwendet ist. glas greift auch Nickel nicht an. Dieses wird bei einigen

: . g.5 ist ein Zustandsschauhild und zeigt die Kur- Lampen als Sicherungsdrahl an einem Punkt sehr nahe

\. der Glaszusammensetzung. 25 zu der Abdichlungsstelle mit dem Leitungsdraht aus

;>ie Lampe der l· i g. 1 kann beispielsweise eine Molybdän verbunden.

V ^fram-Haiogen-Lampe sein. Dies·; umfaßt einen In E 1 g. I wird ein bevorzugtes Verfahren zur Lm-

r. : renförmigen Kolben 1, der im wesentlichen aus brmgung des Antimonboratglases 9 in die kapillar-

(i.irzglas besteht, entweder m E orm ν,.η eeschmolze- gänge 8 dargestellt, welche eine lichte Weite m der

τ "l Quarz oder einem aus 96 Gewichtsprozent Mh- 30 Größenordnung von etwa 25 μιη besitzen können Em

.. .,!-,ldioxid bestehenden Sihkatglas Em als Doppel- kleiner Ring oder eine Kugel 10 aus der Antimonborat-

>■ .-".del ausgebildeter Wolframgluhfaoen 2 erstreckt glaszuiammensetzung wird über das Ende des äußeren

. ■ längs der Achse des Kolbens und ist an seinen Leitungsdrahter. 6 und auf das Ende des Quarzdich-

i Jen geeigneterweise mit Zuleitern 3 verbunden, wei- tungsieils4 geschoben. Dann wird der Oberfläche der

, e an entgegengesetzten Endender Hülle abgedichtet 35 Quetschdichtung 4 Wärme zugeführt, vorzugsweise mit

v-;rch jeweilige Quetschdichiungen 4 geführt sind. Die Hilfe einer kleinen Knailgajflanime, die eng begrenzt

\^: Mc 1 ist mit einem Inertgas, beispielsweise Stickstoff. auf den Bereich gerichtet wird, welcher den äußeren

'gon. Krypton oder Xenon oder Gemischen der- Leitungsdraht 6 einschließt. Dadurch wird die Perle Kl

inen, und einem geringen Anteil von Halogengas. zum Schmelzen veranlaßt und in die K.ipillarräume

beispielsweise Jod oder Brom, gefüllt, wobei das 40 oder Kapillargänge 8 eingesaugt.

Ilalogengas als regenerativer Getier dient. Das Halo- Eine bevorzugte Zusammensetzung für das Glas 9.

fen verbindet sich dazu mit dem Wolfram, welches welche besonders gute Ergebnisse erzielt, enthält

•-,in .tem Glühfaden auf die Hüllenwand abgedampft 65 Gewichtsprozent Sb₂C)₄, 30 Gewichtsprozent B₂O₃

ist. /u einer Wolframhalogenverbindung, welche πι die und 5 Gewichtsprozent MoO₃. Eine solche Zusammen-

I ingebung des Glühfadens 2 zurückkehrt, dort dis- 45 setzung kann aus einem Ansatz hergestellt werden, der

soziiert wird und das Wolfram wieder an den Glüh- aus 65 g Sb₁Cl,, 53.3 g H₃BO₃ und 5,0 g MoO₃ oder

faden abgibt. Dts frei werdende Halogen kehrt zur entsprechenden Anteilen besteht. Das Gemisch der

Wiederholung des Zyklus zur Hüllenwand zurück feinzerteilten Bestandteile des Ansatzes kann in einem

D.e tastächliche hermetische Abdichtung des Dich- Platintiegel oder in einem anderen geeigneten Behälter lungsteils 4 mit dem Zuleiter 3 erfolgt an einem äußerst -,0 in luft bei etwa 800 C so lange erhitzt werden, bis dünnen Band oder Eolienteil 5, der vorzugsweise aus ein geschmolzenes homogenes Cilas gebildet wird Molybdän besteht. Ein innerer LeitungsdrahUeil 6 und Es kann uann beispielsweise zwischen wassergekühlten ein äußerer Leitungsdrahtteil 7 sind an den jeweiligen Stahlwalzen abgeschreckt werden, um ein Pulver zu Enden des Bandes 5 angeschweißt. Wenn eine Halogen- bilden, aus dem die Kugeln 10 geformt werden Wahllampe verwendet wird, besteht der innere Leitungs- 55 weise kann das geschmolzene Cilas in Stabform ausgedraht 7 vorzugsweise aus Wolfram, und der äußere zogen werden und in dieser Form aufgebracht werden Leitungsdraht 6 wird ebenfalls aus einem feuerfesten Dazu wird ein Ende des Stabes gegen den äußeren Lei-Metall, vorzugsweise aus Molybdän, hergestellt. tungsdraht 6 an dem Punkt gehalten, aus dem er aus

Wegen des Unterschiedes des Wärmeausdehnungs- der erhitzten Quarzquetschdichtung 4 austritt. Da-

koeffizienten des Quarzglases und des relativ schweren 60 durch wird das Ende des Stabes geschmolzen und das

äußeren Leitungsdrahtteils 6 und ebenso wegen der Art geschmolzjne GUs in die Kapillargänge 8 eingesaugt,

und Weise, wie das Quarzglas zur Ausbildung der Diese bevorzugte Antimonmolybdänboratzusam-

Quetschdichtung 1 zusammengedrückt wird, bestehen mensetzung weist unter anderem die folgenden physika-

feine Kapillargänge8 zwischen dem Quarz und dem tischen Eigenschaften auf:

darin eingeschlossenen Teil des äußeren Leitungsdrah- 65 Erweichungspunkt 35O°C, spezifisches Gewicht

tes. Durch diese Kapillargänge kann Luftsauerstoff das 3,52 g/cm* und der Wärmeausdehnungskoeffizient im

äußere Ende des Bandteils 5 erreichen. Dies führt zu Temperaturbereich von 0 bis 300"C beträgt 100 _: IO

einer Oxydation und zur Unterbrechung der Verbin- IO ⁷⁰C.

Die Lampe nach F i g. 4 umfaßt einen Kolben 12 aus Quarzglas oder Quarz. Dieserenthält einen Doppelwendel-Wolframglühfaden 13, der sich quer zur KoI-bcnachsc erstreckt und Schcnkcltcilc 14 mit Einfachwendcln besitzt, die sich längs des Kolbens zu einer abgeplatteten Quetschdichtung IS am Ende des Kolbens erstrecken. Die äußeren Enden dieser Teile 14 im Inneren der Quetschdichtung 15 sind mit jeweiligen Zuleitern verbunden, die vorzugsweise aus einem Band

ändern. Ebenso wurde, wie bereits erwähnt, Wolframtrioxid an Stelle von Molybdäntrioxid zugefügt und auf diese Weise zufriedenstellende Glassorten erhalten. Binäre Antimonborat-Grundglassorten wurden hergestellt mit Zusammensetzungen entsprechend den Punkten entlang der rechten Begrenzungslinie des Diagramms in F i g. S. Diese Glassorten besitzen die wünschenswerten Eigenschaften des niedrigen Schmelz-

vorgesehene Lebensdauer von 500 Stunden, und einigi der Lampen brannten weit über 700 Stunden.

Weitcrc Versuche zeigten, daß selbst ohne den 5%iger Zusatz von Molybdäntrioxid die Antimonboratgläsei 5 die Lebensdauer einer Abdichtungsstcllc wirksam er höhen, obwohl sie nicht so wirksam sind wie die Gläser mit Molybdänzusatz.

Im allgemeinen wurde gefunden, daß die Glaszusammensetzung mit ähnlichen Gehalten wie die bevorzugte

teil 16 aus Molybdän hestehen.*welches in der Quetsch· io zuvor beschriebene Zusammensetzung indem Bereich A dichtung IS hermetisch eingeschmolzen ist, und aus des Dreistoffdiagramms der \ i g. 5 liegen, welcher einem äußeren Leitungsdraht 17, der vorzugsweise aus durch die ausgezogene Kurve 20 begrenzt ist. Zusam Molybdän besteht und aus der Quetschdichtung heraus- menset/ungen außerhalb des Bereiches A bilden führt. Der Teil 14 ist an dem Band 16 angeschweißt, und wesentlich schlechtere Glassorten, und einige von diezur Erleichterung der Schweißung wird voizugsweise 15 sen sind vollständig oder teilweise kristallin oder auf innen in den Teil 14 ein kurzes Stück aus Wolfram- andere Weise ungeeignet. Es können jedoch geringdraht 18 in der Quetschdichtung eingefügt. fügige Zusätze von glasbildenden Oxiden. Modifika-

Wie bei den Lampen nach F i g. 1 bis 3 befinden sich tionsmittein oder Alkaliverbindungen bei den Gla·»- auch hier feine Kapillargange entsprechend den Sorten in dem Bereich A vorgenommen werden, ohne Kapillargängen 8 in F i g. 2 und 3 um die Teile der »o die Zusammensetzung wesentlich zu ändern oder die äußeren Teile der Zuleitung 17 herum, welche in dem Brauchbarkeit der Glassorte gemäß der Erfindung zu Quetschfuß 15 eingebettet sind. Diese werden, wie bei 9 in den F i g. 2 und 3 gezeigt, mit dem Antimonboratglas ausgefüllt.

Der Kolben kann mit einem Inertgas, beispielsweise *$ Stickstoff, und einem geringen Anteil eines Halogens, beispielsweise Bromwasserstoff, gefüllt werden. Wie in dem USA.-Patent 3 470410 beschrieben, wird vorzugsweise über die Enden der Schenkel 14 des Glühfadens eine übergewickelte Wendel 19 geschoben Zur 30 punktes und «ind relativ inert gegenübei Molybdän Vervollständigung der Lampe kann auf die Quetsch- und Nickel. Andere Punkte in dem Bereich A bezeichdichtung 15 noch ein rechteckiger Fußteil (nicht gezeigt) nen Dreistoffzusammensetzungen, die bevorzugt weraus einem feuerfesten isolierenden Material geklebt den. weil sie eine verbesserte Stabilität und eine gewerden, welcher aus seinem unteren Ende heraus- steigerte Benetzung des Leitungsdrahtes aus Molybdän ragende Kontaktstifte besitzt, die jeweils elektrisch mit 35 besitzen. Weitere Punkte außerhalb des Bereiches/* den äußeren Leitungsdrähten 7 verbunden sind. bezeichnen Zusammensetzungen, welche ungeeignet

Eine Prüfung von Lampen in Standardausführung sind.

und mit Aufbringung des Antimonboratglases zeigt Die bevorzugten Antimonmolybdänboratzusam-

eine beträchtliche Verringerung der Oxydation des Zu- mensetzungen liegen in dem Bereich A der F i g. 5. welleitungsdrahtes und eine bedeutende Erhöhung der 40 eher durch die voll ausgezogene Linie 20 und durch die Lebensdauer der Lampe. Im Falle einer sehr kompak- gestrichelte Linie 21 im rechten Teil des Bereiches beten, mit einem Zuleitungsende ausgestatteten Lampe grenzt wird. Diese gestrichelte Linie 21 stellt einen des Halogenzyklustyps mit hoher Intensität, wie sie Mindestmolybdängehalt von etwa 2,5 Gewichtsprozent beispielsweise in F i g. 4 gezeigt wird und für fotogra- dar. Die bevorzugte Zusammensetzung mit etwa fische Zwecke als Flutlicht für Aufnahmekameras ver- 45 65 Gewichtsprozent Sb₁Oa, 30 Gewichtsprozent B₁O₁ wendet wird, liegen die Temperaturen der Abdichtung^ und 5 Gewichtsprozent MoO, wird durch den Punkt 22 stelle während des Betriebes in einem Reflektor in der bezeichnet.

Größenordnung zwischen 550 bis 575°C. Diese Lampe Die hergestellten Dreistoffzusammensetzungen wer-

ist für eine Leistung von 650 Watt bei 120 Volt Span- den durch die Punkte im Innern des Bereiches /1 der nung bemessen. Es wurden zwei Reihen von jeweils so Fi g. 5 bezeichnet und besitzen die folgende Zusam-15 Lampen bis zu» Ende der Lebensdauer betrieben, mensetzting in Gewichtsprozent: wobei bei Verwendungder bevorzugten Antimonmolybdänboratglasdichtung keine Defekte in der Abdichtungsstelle beobachtet wurden. Vergleichsversucheohne diese Schutzmaßnahme ergaben einen Defekt bei 100°/, 5$ der Lampen vor dem Ablauf der vorgesehenen Lebensdauer von 25 Stunden.

Bei einer weiteren Prüfung wurden Studioleuchten mit einer Leistung von 2000 Watt in konventionellen Lampengehäusen betrieben. Es handelte sich dabei um &> eine Konstruktion mit einem Zuleitungsende, weiche einen Doppelwandelglühfaden in axialer Richtung in einer Lampenhülle mit einem Durchmesser von etwa 2,5 cm besaßen. Die Lampen in Standardausführungen waren nach etwa H bis 50 Stunden defekt. Bei Lampen 65 des gleichen Typs, welche die Schmelzdichtung mit Antimonmolybdänboratglas besaßen, ergab sich eine durchschnittliche Lebensdauer, die größer war als die

Sb1O1	B.Ö,	MoO,
55	35	10
60	25	15
61,60	28,40	10,00
63,30	29,20	7,50
65,00	15,00	20,00
65,00	30,00	5,00
66,70	30,80	2,50
70,00	15,00	15,00
75,00	15,00	10,00

Die binären Zusammensetzungen entsprechend der nachstehenden Aufstellung sind durch Punkte längs der rechten Begrenzungslinie der Fie. 5 Bezeichnet:

Sb1C),	9,29
90,71	13,74
86,26	19,28
80,72	26.37
73,63	31,60
68,40	35,78
64,22	48,86
51,15

borat wurden mit folgenden Mengenverhältnissen in Gewichtsprozent hergestellt:

Dreistoffzusammensetzungen von Antimonwolfram-

Sb1O, j	B1O,	WO,
63,00	29,10	7,90
65,00	30,00	5,00
61,50	28,50	10,00
58,20	26,80	15,00
55,00	25,00	20,00
51.30	23,70	25,00

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

Patentansprüche:

1. Gasdichte Abdichtung /wischen Metal! und Quarzglas, insbesondere für elektrische Lampen, gekennzeichnet durch

a) ein erstes Teil aus Quarzglas mit einer in den". Quarzglas abgedichteten und durch es hindurchfuhrenden Zuleitung, wobei diese Zuleitung ein Zwischenstück aus einem dünner. Baud (5) aus Molybdän besitzt, das hermetisch in dem Quarzglas i3) abgedichtet ibt und bc Temperaturen oberhalb 350 C oxydiert.

b) einen äußeren Zuleitungsdraht i6) aus feuerfestem Metall, der mit dem Bandteil (5) verbunden isl und sich von diesem aus durch den Qu zglasteil (3) nach außen er treckt, wobei sich ein oder mehrere Kapillargänge (8) zwischen dem Quarzglas und dem eingeschlossenen Teil des äußeren Zuleitungsdrahtes befinden, und