DE2415455B2

DE2415455B2 -

Info

Publication number: DE2415455B2
Application number: DE2415455A
Authority: DE
Inventors: Makoto Kinoshita; Saburo Kose
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1973-05-21
Filing date: 1974-03-29
Publication date: 1978-03-09
Also published as: DE2415455C3; DE2415455A1; US3943396A; JPS5412758B2; JPS506181A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Sinterelektrode für Bogenlampen, die überwiegend aus Metalloxid besteht, und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Aus der AT-PS 119 231 ist eine elektrische Leuchtröhre bekannt, welche blockförmige Elektroden aus einem gepreßten oder gesinterten Pulvergemisch von gut stromleitenden Metallen, und zwar in zweckmäßiger Weise Wolfram oder Molybdän, und nichtmetallischen Stoffen von hohem Emissionsvermögen, insbesondere Oxiden der Erdalkalien und seltenen Erden, wobei der Anteil der nichtmetallischen Stoffe überwiegt oder mindestens 30% des gesamten Gemenges ausmacht, aufweist.

Die DE-AS 12 11724 beschreibt eine gepreßte Matrixkatode für elektrische Entladungsröhren mit einem Sinterkörper, der in seinen Poren den Emissionssioff enthält, wobei der Sinterkörper aus Teilchen eines keramischen Stoffes besteht, die mit einer Metallschicht überzogen sind, welche gegenüber Erdalkalimetallen und deren Oxiden chemisch aktiv ist.

Aus der AT-PS 33 992 ist eine Elektrode für Bogenlampen aus in kaltem Zustand nichtleitenden Metalloxiden, denen Metall in feiner Verteilung zugesetzt ist, bekannt. Die DE-PS 6 16 241 beschreibt eine nicht luftdicht abgeschlossene elektrische Bogenlampe zur Körperbestrahlung mit Elektroden aus stromleitenden, nicht oder schwer oxidierbaren Stoffen, wie Oxiden, Nitriden, Karbiden oder Silikaten, welche oxidable Stoffe entweder gar nicht oder in kleiner ^M Menge zur Erleichterung der Lichtbogenzündung enthalten.

Die US-PS 11 73 005 beschreibt Elektroden für Bogenlampen, die Magnetit, eine Titanverbindung sowie eine Chromverbindung, beispielsweise Chromit, enthalten.

Weder unter Einsatz der aus den vorstehenden Veröffentlichungen bekannten Lichtbogenelektroden noch bei der Verwendung anderer bekannter Elektroden war es möglich, weder eine vollständig zufrieden- ^M stellende Lichtintensität noch eine Spektralverteilung, die derjenigen des weißen Lichtes nahekommt, zu erzielen. Darüber hinaus erfahren viele der bekannten Sinterelektroden für Bogenlampen bei einer Verwendung in Luft eine starke oxidative Korrosion, was zur ^b5 Folge hat, daß sich Oxide mit geringer elektrischer Leitfähigkeit auf den Elektrodenoberflächen abscheiden.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine Sinterelektrode für Bogenlampen zu schaffen, die eine ausreichende Lichtintensität ergibt, wobei eine Spektralverteilung erzielt wird, die derjenigen von weißem Licht sogar in der Atmosphäre nahekommt. Ferner soll die erfindungsgemäße Sinterelektrode in Luft stabil sein und keine merkliche oxidative Korrosion erfahren.

Diese Aufgabe wird bei einer Sinterelektrode der eingangs geschilderten Art dadurch gelöst, daß das Metalloxid im wesentlichen aus Lanthanchromit besteht, wobei gegegebenenfalls ein Teil des Lanthans des Lanthanchromits durch Kalzium, Magnesium und/oder Strontium ersetzt ist.

Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung dieser Sinterelektrode besteht darin, daß ein Pulver gesintert wird, das zu 20 bis 50 Gew.-% aus Teilchen besteht, die durch elektrisches Schmelzen erhalten worden sind.

Die erfindungsgemäßen Sinterelektroden für Bogenlampen besitzen eine zufriedenstellende Lichtintensität und erzeugen eine spektrale Verteilung, die derjenigen von weißem Licht in der Atmosphäre nahekommt, wobei diese Elektroden stabil sind und keine merkliche oxidative Korrosion erfahren und sogar in Luft eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit besitzen. Die erfindungsgemäßen Elektroden können störungsfrei auch bei Temperaturen, die 2500° C übersteigen, verwendet werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden näher beschrieben:

Als Rohmaterial zur Herstellung der Sinterelektrode wird Lanthanchromit in Form von feinteiligen Teilchen verwendet, deren Teilchendurchmesser im allgemeinen nicht kleiner als 0,04 mm ist. Insbesondere bei der Herstellung von Lichtbogenelektroden mit einer erhöhten Widerstandsfähigkeit gegenüber Wärmeschocks werden elektrisch geschmolzene Teilchen (die in der Weise erhalten werden, daß eine Kohlenelektrode in Lanthanchromit eingesetzt wird, ein elektrischer Strom durchgeschickt wird, worauf abgekühlt und grob zerteilt wird) mit einem Teilchendurchmesser von 0,07— 0,15 mm den Rohmaterialteilchen in einer Menge von 20—50 Gew.-%, bezogen auf die letzteren Teilchen, zugesetzt. Die Sinterungstemperatur kann durch weitere Zugabe eines das Sintern beschleunigenden Mittels zu dem Lanthanchromit als Rohmaterial in einer Menge von 0,5—2,0 Gew.-%, bezogen auf das Rohmaterial, herabgesetzt werden. Ein typisches Beispiel für ein das Sintern beschleunigendes Mittel ist Boroxid. Paraffine sind ebenfalls wirksam. Das Mittel, welches das Sintern beschleunigt, wird in Form eines Pulvers oder einer wäßrigen Lösung dem Lanthanchromit zugesetzt. Dann wird das Rohmaterial in der Atmosphäre unter normalem Druck oder unter erhöhtem Druck gesintert. Erfolgt das Sintern unter erhöhtem Druck, dann wird in der Weise verfahren, daß eine Graphitform verwendet wird, die mit dem Rohmaterial gefüllt wird, wobei das Rohmaterial in der Form unter einem Druck von ungefähr 150—250 kg/cm² sowie bei einer Temperatur von 1200— 1400⁰C während einer Zeitspanne von 20 bis 60 Minuten gehalten wird.

Der durch die vorstehend beschriebene Behandlung erhaltene Sinter besitzt im allgemeinen einen großen Widerstandswert in der Größenordnung von 100 kQ-cm. Daher wird der Sinter einer Oxidationsbehandlung unterzogen, damit er die von Lichtbogenelektroden erwartete ausreichende Widerstandsfähigkeit annimmt. Diese Oxidationsbehandlung wird in der

Weise durchgeführt, daß der Sinter in der Atmosphäre bei 1500⁰C während 1 bis 2 Stunden stehengelassen wird. Der oxidierte Sinter wird als Lichtbogenelektrode in nicht veränderter Form oder nach einer Ausformung zu einer gewünschten Form verwendet.

Mikroskopisch besitzt dieser Sinter eine Struktur, in welcher grobteilige Teilchen mit wechselnder Form mit einem Teilchendurchmesser von 70 bis 150 μ sowie feinteilige Teilchen mit einem Teilchendurchmesser in der Größenordnung von 10 μ innig vermischt sind.

Das Lanthanchromit, das als Rohmaterial verwendet wird, wird in From von LaCrCh oder Lai_„M„CrO3 eingesetzt (worin M für wenigstens eines der Elemente, ausgewählt aus Kalzium, Magnesium und Strontium, steht und π 0,01—0,15 bedeutet). Ist der Wert von η is kleiner als die untere Grenze von 0,01 des angegebenen Bereiches, dann wird keine ausreichende Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit erzielt. Ist der Wert größer als die obere Grenze von 0,15, dann wird das Sinterungsvermögen in ernsthafter Weise verschlechtert.

Zwei aus diesem vorstehend beschriebenen Sinter gebildete Elektroden werden als Paar sich gegenüberstehender Elektroden zur Erzeugung einer Bogenentladung verwendet, wobei die Lichtintensität des Bogens mit einem Helligkeitsmesser gemessen wird. Die spektrale Verteilung wird in dem Bereich von 2300 bis 7000 Ä mittels eines Spektrographen ermittelt. In dem Spektrographen werden zahlreiche starke Linien beobachtet, die im wesentlichen kontinuierlich auftreten. Diese Beobachtung steht mit der Theorie im Einklang, daß La und Cr diese Spektrallinien erzeugen. So ist ersichtlich, daß der Bogen eine hohe Lichtintensität besitzt und eine Spektralverteilung liefert, die sich derjenigen von weißem Licht nähert. Bei der Durchführung dieses Tests ist die Bogenentladung stabil, und zwar auch dann, wenn die Temperatur der Elektroden auf mehr als 2500⁰C ansteigt.

Beispiel !

Lanthan-Kalziumchromitteilchen (La) mit Teilchendurchmessern von nicht weniger als 0,04 mm sowie Lanthan-Kalziumchromit-

(Lao,9oCa°¹⁰Cr03-)Teilchen, die durch elektrisches Zusammenschmelzen hergestellt worden sind und Teilchendurchmesser zwischen 100 und 200 mesh aufweisen, werden in einem Verhältnis von 70 zu 30, bezogen auf das Gewicht, vermischt, worauf 1 Gew.-%, bezogen auf die erhaltene Teilchenmischung, Boroxid, hergestellt in Form einer wäßrigen Lösung, zugemischt wird. Vier zylindrische Löcher mit einem Druchmesser von 10 mm und einer Tiefe von 80 mm, die in einer Graphitform ausgebildet sind, werden jeweils mit 18 g des in der beschriebenen Weise hergestellten Pulvers gefüllt, worauf das eingefüllte Pulver mittels einer heißen Presse gesintert wird. Das Sintern wird in der Weise durchgeführt, daß die Charge bei 136O⁰C unter einem Druck von 200 kg/cm² während einer Zeitspanne von 30 Minuten behandelt wird. Die auf diese Weise erhaltenen gesinterten Körper besitzen eine relative Dichte (scheinbare Dichte) von 88%. Der Widerstand der gesinterten Körper beträgt lOOkQ-cm. Dann werden die gesinterten Körper bei 1500⁰C in der Atmosphäre gehalten, um sie zu oxidieren. Nach dieser Oxidation beträgt der Widerstand 1,7 Ω-cm, was ein Wert ist, der hi dazu ausreicht, daß die gesinterten Körper als Lichtbogenelektroden arbeiten können. Die relative Dichte beträgt 83,5%. Die Abmessungen betragen 10 mm im Durchmesser und 37 mm in der Länge.

Die auf diese Weise erzeugten Elektroden werden auf ihre Lichtbogenentladungseigenschaften unter folgenden Bedingungen getestet:

₄₀ verwendeter elektrischer Strom

Dauer der Bogenentladung
Raum, der die
Elektrodenspitzen trennt

Gleichstrom von 200V.5A, 1OA 7 bis 16 Minuten

3 bis 6 mm

Es werden folgende Testergebnisse erhalten:

(1) Oberflächentemperatur der Bogenentladungszone der Elektroden 2000 bis 2900° C

(2) Elektrodenverlust infolge einer Korrosion
Anode 1,5 mg/min

Kathode 6,9 mg/min

(3) Leuchtkraft 131 Lux

(4) Farbhelligkeit 23 000 cd/m*

(5) Mittels eines Spektrographen werden in einem Bereich von 2300 bis 7000 Ä zahlreiche intensive Linien beobachtet, die im wesentlichen kontinuierlich auftreten, wobei aus diesen Linien hervorgeht, daß das Licht dieser Bogenentladung weitgehend dem Licht eines weißglühenden Körpers entspricht.

Zu Vergleichszwecken wird die Arbeitsweise von Vergleichselektroden unter den vorstehend angegebenen Testbedingungen untersucht:

(1) Elektrodenverlust infolge einer Korrosion
Anode 43 mg/min

Kathode 29 mg/min

(2) Leuchtkraft 6 Lux

(3) Farbhelligkeit 908 cd/m²

Aus diesen Ergebnissen ist zu ersehen, daß die erfindungsgemäßen Sinterelektroden üblichen Elektroden bezüglich ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Verlust infolge einer Korrsion, der Leuchtkraft sowie der Farbhelligkeit überlegen sind.

Beispiel 2

Lanthan-Kalziumchrornit-(Lao,95Cao,o5Cr03-)Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von nicht weniger als 0,04 mm werden mit 0,7 Gew.-% Boroxid, das in Form einer wäßrigen Lösung hergestellt worden ist, vermischt, worauf das ganze getrocknet wird. Das erhaltene trockene Pulver wird in eine Graphitform eingebracht und in der Weise gesintert, daß es bei einer Temperatur von 1360 bis 1380⁰C unter einem Druck von 200 kg/cm² während einer Zeitspanne von 60 Minuten behandelt wird. Der gesinterte Körper besitzt eine relative Dichte von 89,4%. Dieser gesinterte Körper wird in der Weise oxidiert, daß er bei 1500⁰C in der Atmosphäre während einer Zeitspanne von 1 Stunde gehalten wird. Nach dieser Oxidation besitzt der gesinterte Körper eine elektrische Widerstandsfähigkeit von 1,7 Ω-cm sowie eine relative Dichte von 86%.

Die Lichtbogenelektrode wird bezüglich der Bogenentladung unter den folgenden Bedingungen getestet:

verwendeter elektrischer Strom

Dauer der Bogenentladung
Raum, der die
Elektrodenspitzen trennt

Wechselstrom
von 200 V, 5 A
30 Sekunden

3 mm

Es werden folgende Testergebnisse ermittelt:

(1) Temperatur an der Spitze der Elektrode 2000-2900⁰C

(2) Elektrodenverlust infolge einer Korrosion 4,9 mg/min, Durchschnitt pro Elektrode

(3) Leuchtkraft 12 000CdZm²

(4) Spektralverteilung entspricht ungefähr derjenigen eines von einem weißglühenden Körper ausgeschickten Lichtes.

Claims

Patentansprüche:

1. Sinterelektrode für Bogenlampen, die überwiegend aus Metalloxid besteht, dadurch ge kennzeichnet, daß das Metalloxid im wesentlichen aus Lanthanchromit besteht und gegebenenfalls ein Teil des Lanthans des Lanthanchromits durch Kalzium, Magnesium und/oder Strontium ersetzt ist.

2. Verfahren zur Herstellung einer Sinterelektro- '" de nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pulver gesintert wird, das zu 20 bis 50 Gew.-% aus Teilchen besteht, die durch elektrisches Schmelzen erhalten worden sind.

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