DE2655726A1

DE2655726A1 - Elektrisch leitende metallkeramiken und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2655726A1
Application number: DE19762655726
Authority: DE
Inventors: David Tom Evans; Peter Hing; Raymond Marshall
Original assignee: Thorn Electrical Industries Ltd
Current assignee: Thorn EMI Ltd
Priority date: 1975-12-09
Filing date: 1976-12-09
Publication date: 1977-06-16
Also published as: AU532015B2; FR2334644A1; FR2334644B1; NL7613722A; AU2044076A; NL183995C; DE2655726C2; JPS6035422B2; JPS5271695A; NL183995B; NZ182774A

Description

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to-be. Wilhelm Beidrct Dipl.-Ina. V/oHaang Räch*

6 Frankfurt a. Ml

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THORN ELECTRICAL INDUSTRIES LIMITED, London, England

Elektrisch leitende Metallkeramiken und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung befaßt sich mit Metallkeramiken, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihrer Anwendung bei der Herstellung von Lichtbogenrohren oder anderen Lampenrohren, Bauelementen und Endabschlüssen für elektrische Lampen und Entladungsvorrichtungen.

Einer der Hauptnachteile von wärmebeständigen Oxidkeramiken ist ihre mangelnde Verformbarkeit. Es ergeben sich dadurch ernsthafte Beschränkungen für den Aufbau von bestimmten Bauteilen. Selbst bei Temperaturen, die höher liegen, als der halbe Wert für den Schmelzpunkt, ist die Zahl der unabhängig wirkenden Gleitsysteme nicht zufriedenstellend, um das Minimum von fünf unabhängigen Gleitsystemen für die Verformbarkeit zu erfüllen. Die Festigkeit von keramischen Werkstoffen läßt sich zwar erheblich dadurch verbessern, daß man die Korngröße und den Wert der Porosität durch einen geeigneten Wirkzusatzstoff vermindert, jedoch ergeben sich gewöhnlich äußerst nachteilige Folgen, wenn die Bruchbeanspruchung einmal überschritten ist. Eine 1-Iög-

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lichkeit, die Widerstandsfähigkeit gegen die Entstehung von Rissen und die Portpflanzung von Rissen zu erhöhen, besteht darin, die Bruchoberflächenenergien um mindestens eine Größenordnung zu erhöhen. Eine derartige Erhöhung der Widerstandsfähigkeit läßt sich durch die Einfügung einer oder mehrerer verformbarer Phasen in die Keramikmatrix erreichen, jedoch wird durch die Größe und die geometrische Verteilung der zweiten Phase die Festigkeit und Widerstandsfähigkeit der brüchigen Matrixzusammensetzung stark beeinflußt.

Eine Metallkeramik kann als ein Keramikwerkstoff definiert werden,' der einen Anteil an Metall als eine getrennte Phase aufweist. Ein Beispiel für eine Metallkeramik könnte beispielsweise eine AlpO-^-Keramik sein, die beispielsweise Mo, W oder Fe aufweist. Solche Werkstoffe können entweder Isolatoren oder elektrische Leiter sein, was von den relativen Anteilen an Oxid und Metall oder Metallen abhängt, und auch von der besonderen Größe und Verteilung des Metalls in dem gesinterten Werkstoff. Durch Einfluß einer verformbaren metallischen Phase ergibt sich eine Erhöhung der mechanischen Festigkeit, der mechanischen Widerstandsfähigkeit und der thermischen Widerstandsfähigkeit gegen thermische Stoßbeanspruchungen gegenüber bekannten keramischen • Werkstoffen.

Kürzlich wurde in der GB-PS 1 382 934 beschrieben, wie-eine Aluminiumoxid-Molybdän-Metallkeramik mit einem Volumenanteil an Molybdän von 0,34 verwendet werden kann, um das Ende eines Aluminiumoxid-Keramik-Lichtbogenrohres zur Herstellung einer Hochdrucknatriumlampe zu verschließen, und eine andere GB-PS 1 361 773 beschreibt die Verwendung einer elektrisch leitenden Aluminiumoxid-Molybdän-Metallkeramik mit einem Volumenanteil an Molybdän von 0,20 für einen ähnlichen Zweck. In dieser zuletztgenannten Patentschrift trägt die Metallkeramikkappe, die den Endabschluß bildet, sowohl die Elektrode und sie dient auch als ein elektrischer Kontakt für die Lampe. Der wesentliche

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Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß die Elektrode nicht durch die Metallkeramikkappe hindurchgeht, wie es bei anderen Endabdichtungen der Fall ist und es wird dadurch die Schwierigkeit vermieden, daß eine hermetische Abdichtung zwischen der Elektrode und der Kappe vorgesehen werden muß. Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß keine Anpassung in der Ausdehnung der Metallkeramik und dem Aluminiumoxid-Lichtbogenrohr besteht, wodurch sie Belastungen bei der Abdichtung über den Arbeitsbereich der Temperatur (der insbesondere von Raumtemperatur bis zu-900⁰C reicht), so daß die Kappe oder das Rohr einen Riss bekommen können und damit undicht werden können. Es wird angenommen, daß bis vor kurzem die meisten leitenden Metallkeramiken einen verhältnismäßig großen Anteil an Metall aufweisen mußten (üblicherweise einen Volumenanteil von mindestens 0,2), um sie elektrisch leitend zu machen, (in der folgenden Beschreibung wird der Ausdruck "Volumenanteil" in der Bedeutung verwendet, daß es sich um das Verhältnis der Volumen des Metalls zu dem Volumen der Keramik handelt, wobei beide als getrennte Werkstoffe ihre volle theoretische Dichte aufweisen). Diese Menge an Metall in der Metallkeramik beeinflußt beträchtlich seine thermischen Ausdehnungseigenschaften und ist für die fehlende Ausdehnungsanpassung, die weiter oben beschrieben ist, verantwortlich.

Bislang war die Abdichtung von Rohren, die auch im wesentlichen aus monokristallinem Korund oder Aluminiumoxid bestehen (das unter dem Warenzeichen "Corstar"-Corning erhältlich ist) mit keramischen Kappen ein ganz erhebliches technisches Problem. Beispielsweise ergab sich, daß die Bohrung eines "Corstar"-Rohres sich erweitert und daß sich die Tendenz für Risse an den Enden noch erhöht, wenn der Abdichtvorgang durchgeführt wird. Dies ist teilweise durch die nichtvorhandene Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten von "Gorstar" längs der

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a.- und £-Achse und von gesintertem polykristallinen Aluminiumoxid bedingt und teilweise durch die Tatsache, daß "Corstar" ein nachteiligeres Verhalten aufweisen kann als polykristallines Aluminiumoxid. Die Tendenz des "Corstar" zu brechen ergibt sich allgemein aus der Tatsache, daß der Werkstoff nicht ein einziger wahrer Kristall ist,sondern verschiedene Korngrenzen aufweist, die den Werkstoff schwächen.

Gemäß der Erfindung ergeben sich nun Möglichkeiten, diese Nachteile zu überwinden, indem neue Metallkeramikwerkstoffe verwendet werden und indem neue Verfahren zum Verschließen von Keramikhüllen oder für die Lampen oder Kappenherstellung angewendet werden. Die erfindungsgemäße Lehre läßt sich dabei sowohl auf "Corstar" als auch auf polykristalline keramische Lichtbogenrohre anwenden.

Gemäß der Erfindung ist eine elektrisch leitende Metallkeramik vorgesehen, die wärmebeständige Oxidkornchen aufweist, beispielsweise aus Aluminiumoxid, die durch eine dünne Schicht eines B-Gruppen-Metalles der Gruppe 4B bis 7B oder der Gruppe 8, beispielsweise Wolfram oder Molybdän, des periodischen Systems ausgewählt ist, das ein leitendes Gitter bildet, das sich durch die Metallkeramik erstreckt. Dadurch wird es möglich, eine elektrisch leitende Metallkeramik herzustellen, die einen geringen Volumenanteil an Metall enthält und die folglich einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der eng an den einer wärmebeständigen Oxidkeramik, beispielsweise polykristallines Aluminiumoxid, angepaßt ist.

Die neue Metallkeramik läßt sich dadurch herstellen, daß ein feinverteiltes Pulver des Metalls und die viel gröberen Körnchen oder Klumpen des Oxids miteinander gemischt bzw. gerollt v/erden, bis die letzteren einheitlich mit dem Metallpulver beschichtet sind, woraufhin die beschichteten Körnchen zusammengedrückt v/erden, so daß sie einen kohärenten Körper

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bilden und dann anschließend gesintert v/erden. Die tatsächlichen Dimensionen der Teilchen sind nicht kritisch mit Ausnahme bei der Herstellung mehr spezialisierter Metallkeramiken, wie sie weiter unten diskutiert werden, jedoch müssen die Metallteilchen beträchtlich feiner sein, als die Oxidkörnchen, damit die letzteren einen Überzug aus den zuvor genannten Teilchen bei dem Rollvorgang erhalten können.

Die Herstellung einer elektrisch leitenden Oxidmetall-Metallkeramik mit einem sehr geringen Metallgehalt ist nicht auf Wolfram oder Molybdän, so wie es oben erwähnt ist, beschränkt. Beispiele für andereMetalle der genannten Gruppen sind Chrom, Eisen und Nickel, die auch ohne weiteres in der Metallkeramik vorgesehen werden können,und zwar entweder als Zusatz oder anstelle von Wolfram oder Molybdän. Die Metallkeramik kann im Vakuum oder in einer anderen neutralen Umgebung wie beispielsweise in einer Argon- oder Wasserstoffatmosphäre gesintert oder heißgepreßt werden.

Das wärmebeständige Oxid in der Metallkeramik kann auch einen weiten Bereich von chemischen Zusammensetzungen aufweisen und es kann beispielsweise aus Oxiden von Al, Mg, Be, Y, Hf, Zr und Th bestehen. Es können dies auch Mischungen von Oxiden sein, beispielsweise Spineis, und es können auch andere Oxide als Verunreinigungen vorgesehen sein, beispielsweise Mg-,Y- oder La-Oxide in AIpO^ oder Wirkstoffzusätze, die die Sinterung unterstützen, d.h. Wirkstoffzusätze aus MgO, Y₂°3 öder Yb₂O^.

Die Technik, die gemäß der Erfindung verwendet wird, um Lichtbogenrohre aus "Corstar" und polykristallinem Aluminiumoxid zu verschließen, eignet sich auch zum Verschließen anderer Rohre aus Kerarnikoxid.

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Gemäß der Erfindung hat sich herausgestellt, daß durch die Verwendung von wärmebeständigen Oxidkörnchen einer mittleren Teilchengröße mit einem Durchmesser von 400 bis 800 Mikrometer und Teilchen des Metallpulvers mit einem Durchmesser von weniger als 1 Mikrometer Metallkeramiken mit den gewünschten isolierenden oder leitenden Eigenschaften hergestellt werden können, indem man den Volumenanteil und/oder die Größe der Oxidkörnchen entsprechend auswählt. Insbesondere können bei Volumenanteilen von Wolfram im Bereich von 0,045 bis 0,067 leitende Metallkeramiken hergestellt werden, die Oxidkörnchen mit Durchmessern im Bereich von 400 bis 800 Mikrometern verwenden und es können isolierende Metallkeramiken hergestellt werden, indem man kleinere Oxidkörnchen verwendet, wobei beide Metallkeramiken einen identischen Volumenanteil an Metall aufweisen und somit ähnliche thermische Ausdehnungskoeffizienten, die wiederum sehr dicht bei dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von reiner Oxidkeramik liegen.

Zum Verständnis der Angaben der mittleren Teilchengröße der Körnchen und der verwendeten Pulver bei der Herstellung von Metallkeramiken gemäß der Erfindung muß erwähnt werden, daß es schwierig ist, die Teilchengröße in Bereichen, die durch diese Erfindung abgedeckt werden, vollständig genau zu bestimmen und die begrenzenden oder bevorzugten Werte sollten entsprechend interpretiert oder angewendet werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ergibt sich, daß elektrische Lampen oder Entladungsrohre oder Teile davon vorteilhaft aus zusammengesetzten Bauelementen hergestellt werden können, die einen Metallkeramikteil aufweisen, beispielsweise aus leitender Aluminiumoxid/Wolfram-Metallkeramik und einen Keramikteil, beispielsweise aus gesinterter Aluminiumoxidkeramik „ Diese zusammengesetzten Rohre oder Teile davon können als integrierte oder monolithische Anordnungen dadurch hergestellt werden, daß man Schichten zusammenhängender Werk-

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stoffe für verschiedene Teile zusammendrückt und den sich ergebenden zusammengesetzten frischen oder grünen Druckteil sintert. Gemäß dieser Weiterbildung der Erfindung ist eine Kappe zum Verschließen des Endes des keramischen Lichtbogenrohres oder der Glühlampenümhüllung mindestens zum Teil aus leitender Metallkeramik gebildet und mit einer ringförmigen Rille versehen, um das Ende der Wand der Umhüllung aufzunehmen. Die Kappe kann mit Hilfe eines Glasfrites an dem Wandende abgedichtet werden, beispielsweise mit Hilfe eines bekannten Magnesiumaluminatf rites. Diese Art des Abschlusses von keramischen Lichtbogenrohren eignet sich insbesondere' für die Herstellung von Hochdrucknatrium- und Metallhalogenidlampen. Gemäß der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung und Verwendung einer zusammengesetzten Kappe aus isolierender und leitender Metallkeramik vorgesehen, die den gleichen Volumenanteil an Metall und im wesentlichen keinen Unterschied in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Solche zusammengesetzten Kappen können mit zwei oder mehr leitenden Bereichen versehen sein, die durch einen isolierenden Bereich voneinander getrennt sind und sie können folglich dazu verwendet werden, eine Umhüllung oder einen Kolben mit einem einzigen offenen Ende zu verschließen. Sie sind auch vorzugsweise mit einer ringförmigen Rille versehen, um die Umhüllungswand aufzunehmen.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Mikrofotografie (in 60-facher Vergrößerung einer leitenden Aluminiumoxid/Wolfram-Metallkeramik gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine ähnliche Mikrofotografie einer bekannten nichtleitenden Metallkeramik;

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Fig. 3 ein Diagramm, das die Veränderung des spezifischen Widerstands von gesinterter Aluminiumoxid/Wolfram-Metallkeramik mit einem Volumenanteil von Wolfram von 0,049 aufweist mit Aluminiumoxidkörnchengröße;

Fig. 4 ein Diagramm, das die Veränderung des spezifischen Widerstands von gesinterter Aluminiumoxid/Wolfram-Metallkeramik mit einem Volumenanteil von Wolfram von 0,064 bei Aluminiumkörnchengröße darstellt;

Fig. 5 bis 8 Teilschnitte, die den Aufbau und die Verwendung von Endkappen für Lichtbogenrohre gemäß der Erfindung darstellen;

Fig. 9A eine Seitenansicht und

Fig. 9B eine Endansicht einer Keramikumhüllung, die sich innerhalb einer mit einer Rille versehenen Metallkeramikkappe befindet;

Fig. 10 und 11 Keramikumhüllungen, die an zwei Ausführungsformen mit einer Rille versehener leitender Metallkeramikkappen angebracht sind;

Fig. 12A eine Seitenansicht und Fig. 12B eine Endansicht einer Keramikumhüllung, die an einer leitenden Metallkeramikkappe angeordnet ist, die zwei konzentrische Rillen aufweist;

Fig. 13 ein Beispiel für eine Keramikentladungslampe, die zwei mit Rillen versehene Metallkeramikkappen aufweist;

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Fig. 14 bis 18 Schnitte durch zusammengesetzte Endkappen mit Metallkeramikabschnitten gemäß der Erfindung;

Fig. 19 eine Mikrofotografie (in 100-fächer Vergrößerung) eines monolithischen gesinterten Bauteils mit Schichten leitender Metallkeramik und Keramik und

Fig. 20 und 21 einen schematischen Schnitt und eine perspektivische Ansicht zweier zusammengesetzter Lichtbogenrohre gemäß der Erfindung.

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1. Leitende Metallkeramik-Werkstoffe

Im allgemeinen lassen sich die Metallkeramiken gemäß der Erfindung aus für hohe Temperaturen widerstandsfähigen Oxidkörnchen eines mittleren Durchmessers im Bereich von 50 bis 800 Mikrometer und Teilchen von Metallen der Gruppe 4B bis 7B oder 8 eines mittleren Durchmessers von weniger als 12 χ 10 mm herstellen.

Je feiner die Metallteilchen im allgemeinen sind desto besser , und sie haben deshalb vorzugsweise einen Durchmesser, der nicht größer ist als 1 Mikrometer.Teilchen mit einem Durchmesser bis zu 12 Mikrometer. eignen sich am besten für die gröbsten Oxide.

Wenn der Volumenanteil des Metalls mindestens 0,067 ist und zwar insbesondere zwischen diesem Wert und 0,2 liegt, dann lassen sich leitende Metallkeramiken mit Oxidkörnchen in einem Gesamtbereich der mittleren Teilchengröße von 5 bis 800 Mikrometer bilden, jedoch insbesondere in einem Bereich der Teilchengröße zwischen 50 und 200 Mikrometer.Metallkeramiken, die aus Oxidkörnchen in diesem Bereich der Durchmesser hergestellt sind, sind leitende Metallkeramiken mit einem Volumenanteil an Metall über 0,067»jedoch nicht mit einem kleineren Volumenanteil.

Oxidkörnchen mit einer größeren Teilchengröße eines Durchmessers im Bereich von 400 bis 800 Mikrometer ermöglichen leitende Metallkeramiken mit Volumenanteilen bis herab zu 0,04-5, da sich jedoch isolierende Metallkeramiken bei diesen niedrigen Volumenanteilen erreichen lassen, wenn kleinere Oxidkörnchen, vorzugsweise mit einem Durchmesser von weniger als 100 Mikrometer und insbesondere von weniger als 50 Mikrometer verwendet werden, ist es möglich, leitende und isolierende Metallkeramik mit gleichen Volumenanteilen aus Metall herzu-

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stellen und somit mit ähnlichen Eigenschaften, indem lediglich die Teilchengröße des Oxids in geeigneter Weise ausgewählt wird.

Bei der zuletztgenannten Art von Metallkeramik ist es wünschenswert, daß die Oxidkörnchen auf einen verhältnismäßig engen Bereich von Teilchengrößen begrenzt werden, beispielsweise auf + 50 Mikrometer zu jeder Seite des Mittelwertes, wenn die Körnchen einen Durchmesser im Bereich von 400 bis 800 Mikrometer haben.Wenn leitende Metallkeramiken mit einem Volumenanteil über 0,067 hergestellt werden, was durch Oxidkörnchen mit einem Durchmesser im Bereich von 5 bis 200 Mikrometer feststellbar ist, dann ist eine enge Verteilung nicht wesentlich.

Freifließende Aluminiumoxidkornchen, die zur beschriebenen Metallisierung geeignet sind, lassen sich durch nasses Zermalen eines Kilogramms von 99,98% reinem d. oder ^- Aluminiumoxidpulver herstellen oder durch eine Mischung von C^- und 3" -Aluminiumoxid mit einer mittleren Teilchengröße von

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0,3 Mikrometern und einem Oberflächenbereich von 30 m g , und zwar für sechs Stunden mit zwei Litern von entionisiertem Wasser zusammen mit 0,05 Gew.% freiem Magnesium (um eine Verdichtung und ein einheitliches Körnchenwachstum zu erreichen). Der Brei wird beträchtlich getrocknet durch ein Gitter mit einem Maschenabstand von 710 Mikrometer gesiebt und frei gerollt, um die meisten der feinen Teilchen mit einem Durchmesser von weniger als 50 /um anzusammeln» Der gekörnte Werkstoff wird anschließend durch Gitter mit verschiedenen Maschenabstand gesiebt, um die Endgröße innerhalb eines bestimmten Durchmesserbereichs zu erreichen. Oxide seltener Erden, wie beispielsweise Yttriumoxid oder Ytterbiumoxid können in Mengen von 0,1 Gew.% zusätzlich zu dem Magnesiumoxid hinzugefügt werden, um die Sintertemperatur herabzusetzen. Die Größe der Körnchen läßt sich durch die Dauer des Rollvorgangs steuern, wobei sich die Größe der Teilchen mit zunehmender Rollzeit

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vergrößert. Beispielsweise lassen sich Teilchen mit einem Durchmesser von 200 Mikrometer durch Rollzeiten von 20 Minuten herstellen, jedoch kann, wenn dies erforderlich ist, die Rollzeit stark verlängert werden, beispielsweise auf über eine Stunde.

Um die Spannungen in den Aluminiumoxidkörnchen wieder gleichmäßig zu verteilen, hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, Magnesiumoxid während der Bearbeitung des Aluminiumoxidpulvers hinzuzufügen. Die Hinzufügung von Magnesiumoxid verstärkt das Körnchenwachstum und erhöht die Verdichtung des Aluminiumoxids auf mehr als 99,95^a der theoretischen Dichte beim Sintern und darüber hinaus läßt sich eine einheitliche Körnchengröße erreichen. Bei dem obigen Ausführungsbeispiel ist ein Zusatz von 0,05 Gew.% freiem Magnesiumoxid zweckmäßig. Durch Hinzufügen von größeren Mengen an Magnesiumoxid bis zu 0,25 Gew.?o kann die Körnchengröße des gesinterten Aluminiumoxids weiter vermindert werden, wodurch die Festigkeit der Metallkeramik weiter erhöht wird. Der bevorzugte zweckmäßige Bereich liegt zwischen 0,01 und*.0,25 Gew.% MgO.

Ein Beispiel für einen Werkstoff, der sich zum Verschließen von Lichtbogenrohren eignet, ist eine Metallkeramik aus A^O-* und W, wobei der Volumenanteil von ¥ 0,072 beträgt. Dieser Werkstoff hat einen 'spezifischen Widerstand von etwa 5·10" 0hm · cm und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von nur 5 x 10~ C~ unter dem von polycrystallinem Aluminiumoxid (in dem Temperaturbereich von TOO⁰C bis 900⁰C).

Eine elektrisch leitende Metallkeramik aus Aluminiumoxid/Wolfram dieser Art kann dadurch hergestellt werden, daß man 28,5 Gew.% Wolframpulver eines Reinheitsgrads von 99»95 % und einer mittleren Teilchengröße von einem Mikrometer,vorzugsweise etwa kugelförmiger Gestalt, mit Aluminiumoxidkörnchen eines Durch-

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messers von etwa 200 Mikrometern mischt. Diese Mischung wird dann für 20 Minuten frei gerollt, um einen einheitlichen Überzug aus Wolframpulver auf den Körnchen zu erreichen.

Es wurden geeignete Werkstoffe dieser Art hergestellt, die eine ausreichende spezifische Leitfähigkeit im gesinterten Zustand aufweisen, wobei die Volumenanteile des Metalls von 0,067 bis 0,2 variieren, wobei jedoch höhere Volumenanteile möglich sind.

Wenn man Oxidkörnchengrößen mit Durchmessern von 400 bis 800 Mikrometer verwendet, dann kann man eine elektrisch leitende Metallkeramik erhalten, die einen Volumenanteil an Metall von nur 0,045 enthält. Eine derartige Aluminiumoxid-Wolfram-Metallkeramik hat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von nur 2 χ 10 C~ unterhalb dem von polycrystallinem Oxid in dem Temperaturbereich von 100 bis 900⁰C und einen spezifischen Widerstand von etwa 6 Ohm-cm.

Ein Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitenden Aluminiumoxid-Wolfram-Metallkeramik mit einem sehr geringen Gehalt an Wolfram besteht in der Mischung von Wolframpulver einer Reinheit von 99,95?£ mit einer mittleren Teilchengröße von 1 Mikrometer, die vorzugsweise eine kugelige Form aufweisen, mit sorgfältig in der Größe bemessenen Aluminiumoxidkörnchen, die einen Durchmesser von etwa 500 Mikrometern aufweisen. Metallteilchen mit einem Durchmesser von weniger als einem Mikrometer werden vorzugsweise zur wirksameren Metallisierung von Keramikkörnchen verwendet. Es sollte darauf geachtet werden, die feinen Aluminiumoxidteilchen auszuschließen, damit die metallischen Pulver maximal angewendet werden können. Es ist auch zweckmäßig, die Wolframstücke aufzubrechen, um die Absonderung von Inseln aus Wolfram zu vermeiden. Die Mischung wird dann für etwa 60 Minuten frei gerollt, um einen einheitlichen Überzug aus Wolframpulver auf den Körnchen zu erreichen. Die metallisierten Aluminiumoxidkörnchen weisen

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etwa eine kugelförmige Gestalt auf und sie haben äußerst gute Fließeigenschaften.

Die gerollten Oxid/Metall-Körnchen, die bei der Herstellung der Metallkeramiken gemäß der Erfindung verwendet werden, können durch Zusammendrückung in einer Richtung, vorzugsweise in einem rostfreiem Stahlgesenk bei einem Druck von etwa

775 kp/cm geformt werden. Um eine Lösung des Metalls von den Körnchen zu vermeiden, können die metallisierten Teilchen durch einen Trichter in das Gesenk gegossen werden. Eine Zusammendrückung in einer Richtung bringt es jedoch mit sich, daß die beschichteten Aluminiumoxidkörnchen zusammengedrückt werden und daß sich Gebilde mit ellipsoider Struktur ergeben.

Ein anderes Herstellungsverfahren ist die isostatische Zusammendrückung einer Stange in einem Bereich von 700

bis 1400 kp/cm . Dieses Verfahren führt zu einer einheitlicheren Anordnung und vermindert folglich die Anisotropie der physikalischen Eigenschaften. Die gleichsam gepreßten Stangen v/eisen eine hohe "grüne" Festigkeit auf und sie können mit Hilfe von mit Diamenten besetzten Werkzeugen unter Einhaltung einer guten Oberflächenbeschaffenheit bearbeitet werden, ohne daß sie vorher erhitzt werden müssen, was normalerweise bei einphasigen Aluminiumoxiden erforderlich ist.

Der geformte Werkstoff kann bei 1600 bis 1800⁰C für 2 bis 6 Stunden gesintert werden. Der hohe Widerstand für thermische Schockbehandlung der gesinterten Metallkeramik läßt sich dadurch nachweisen, daß ein großes Werkstoffstück aus dem Ofen mit einer Temperatur von über 14OO°C entfernt werden kann, ohne daß es Risse bekommt, während ein ähnliches Stück Aluminiumoxid hoher Dichte unvermeidbar unter ähnlichen Bedingungen Risse bekommen würde. Entsprechend bringt die dreidimensionale metallische

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Gitteranordnung für den leitenden Werkstoff gemäß der Erfindung höhere mechanische Festigkeit und Widerstandsfähigkeit für die Metallkeramik, und zwar in einem größeren Maße, als man es nach dem Volumengehalt des Metalls in der "brüchigen Keramikmatrix erwarten würde.

Fig. 1 zeigt die leitende Gitteranordnung von Wolfram in einer Aluminiumoxid/Wolfram-Metallkeramik mit einem Volumenanteil von Wolfram von 0,07. Im Gegensatz dazu zeigt Fig. 2 eine nichtleitende Metallkeramik mit einem Volumenanteil von Wolfram von 0,16. Das Wolframpulver metallisiert wegen seiner besonderen Teilchengröße und Form die Aluminiumoxidkörnchen in diesem letzten Fall nicht und es ergibt sich kein leitendes Gitter. Es hat sich herausgestellt, daß der spezifische Widerstand der gesinterten Metallkeramiken am niedrigsten ist, wenn die Körnchengröße in einem Bereich der Durchmesser von 400 bis 600 Mikrometer liegt, wie es in den Fig. 3 und 4 sowohl für Volumenanteile von Wolfram von 0,049 und 0,064 dargestellt ist. Die in Fig. 3 und in Fig. 4 dargestellten Ergebnisse zeigen, daß Metallkeramikwerkstoffe von einem Isolator bis zu einem Leiter ohne wesentlichen Unterschied in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten hergestellt werden können, wobei die spezifische Leitfähigkeit insbesondere durch die ursprüngliche Größe der Aluminiumoxidkörnchen bestimmt ist. Diese Eigenschaft kann gemäß der Erfindung beim Aufbau einer zusammengesetzten Metallkeramikkappe zum Verschließen von Lichtbogenrohren verwendet werden.

2. Metallkeramikkappen für Entladungslampen

Eine Anwendung des Werkstoffes gemäß der Erfindung besteht in der Herstellung von leitenden Metallkeramikendkappen für Hochdruck-Natrium- oder anderen Entladungslampen.

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Bei einer Ausführungsform einer solchen Anordnung, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, wird eine gedrückte Stange aus Metallkeramik gemäß der vorliegenden Erfindung so bearbeitet, daß sie eine "haubenförmige" Anordnung aufweist, die die Kappe 1 bildet. Zwischen dem oberen Ende und dem unteren Ende der Kappe werden Löcher eingebohrt und es werden Wolframstäbe oder -drähte 5a und 5b, die genau in die Löcher passen, eingesetzt und bei 1800°C für zwei Stunden in einer Wasserstoffatmosphäre gesintert. Bei der Sinterung tritt in dem Zement eine lineare Schrumpfung von etwa 2&% auf und damit eine äußerst feste mechanische Verbindung mit den Wolframstangen. Die Anordnung kann aus dem Ofen bei etwa 14OO°C in eine inerte oder reduzierende Atmosphäre gebracht werden, ohne daß sie Risse bekommt. Der äußere Stab oder die äußere Stange 5a wird als äußerer elektrischer Kontakt verwendet und die andere Stange oder der andere Stab 5b, auf den eine Wicklung aufgepaßt ist, wird als Lampenkathode verwendet. Wegen der leitfähigen Eigenschaften der Metallkeramikkappe 1 wird die elektrische Leitfähigkeit zwischen den Stäben 5a und 5b aufrechterhalten.

Der elektrische Kontakt für die Elektrode kann in verschiedener Weise angeordnet werden. Beispielsweise kann, so wie es in Fig. 6 dargestellt ist, der Stab 5a in die Seite des oberen Teils der Metallkeramikkappe 1 eingeführt sein. Ein elektrischer Kontakt mit dem Stab 5a läßt sich durch Schweißen, Hartlöten oder mechanisches Eingreifen in den Stab herstellen. Andererseits kann der Stab 5a auch weggelassen sein und es kann ein Kontakt durch Hartlöten beispielsweise eines Wickelstabs oder Streifens an der Oberfläche der Kappe hergestellt sein, wobei ein Hochtenperaturhartlöten verwendet wird, beispielsweise mit Hilfe einer Titan-Vanadium-Zirkon- Dreistoff legierung.

Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 7 dargestellt, die darin besteht, daß eine kreisförmige metallische Druckkammer 6 auf einen vorstehenden, leitenden Metallkeramikstab geschoben wird, der einen durchgehenden Teil der Kappenanordnung darstellt,

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Die Verwendung einer Druckklammer hat den Vorteil, daß sie in einer oxidierenden Umgebung leicht an anderen Metallteilen, die in der Lampe verwendet werden können, festgeschweißt oder hartgelötet werden kann. Sie kann dimensionsmäßige Änderungen, die während des Betriebs der Lampe auftreten, aufnehmen und sie kann auch als feste Halterung bei bestimmten Konstruktionen verwendet werden.

Bei der Herstellung einer Lampe gemäß irgendeinem dieser Ausführung sb ei spiele wird dann die gesinterte Metallkeramikkappe zusammen mit der Elektrode und dem elektrischen Kontakt an einem durchsichtigen Polykristallinenaluminiumoxidrohr 3 befestigt, dadurch daß ein Ring 2 eines geeigneten Dichtungswerkstoffs , beispielsweise aus Kalzium, Magnesium-Aluminat-Frit zwischen die Kappe 1 und einen monolithischen Stöpsel 4 gebracht wird. Die Anordnung wird dann in einer Kammer untergebracht, die Möglichkeiten aufweist, das Lichtbogenrohr mit Gas zu füllen oder die Gasfüllung zu dosieren und sie wird dann in einer inerten Gasatmosphäre auf eine Temperatur über dem Erweichungspunkt für das Glasfrit (etwa 14OO°C) zur hermetischen Abdichtung des Rohrs erwärmt. In Fig. 6 ist eine Hochdruck-Natriumlampe mit 400 ¥att mit äußerer Fassung dargestellt, bei der der leitende Endverschluß, der in Fig. 3 dargestellt ist, verwendet wird. Wegen der günstigen chemischen Kompatibilität der Aluminiumoxid/ Wolfram-Endkappe eignet sich diese Art des Aufbaus auch für andere Arten von Entladungslampen, beispielsweise für Entladungslampen, die Metallhalogenite enthalten.

Gemäß der Erfindung ist außerdem eine elektrisch leitende Metallkeramikkappe mit einer ringförmigen Rille vorgesehen, die dazu verwendet werden kann, eine keramische Hülle zu schließen, die insbesondere aus "Corstar" oder polycrystallinem Aluminiumoxid hergestellt ist. Das Verschließen von "Corstar"-Lichtbogenrohren bei der Herstellung von Entladungsvorrichtungen hat be-

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trächtliche "technische Schwierigkeiten mit sich gebracht,Ein Hauptproblem, das bei der Verwendung von "Corstar"-Werkstoff besteht, ist das Splittern der Enden während des Abdichtvorgangs. Das Splittern ist sehr schwerwiegend, wenn der Bohrungsdurchmesser des "Corstar"-rohres vergrößert wird. Es wurden auch schon teure Metallkappen, die beispielsweise aus Niob hergestellt sind, zum Verschließen von "Corstar"- und polykristallinen Aluminiumoxid-Rohren vorgeschlagen, so wie es in den britischen Patentschriften 1 361 225 und 1 398 425 beschrieben ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird jedoch eine elektrisch leitende Metallkeramik vorgeschlagen, die erfolgreich zum Verschließen eines "Corstar"-Rohres verwendet werden kann. Solch ein Werkstoff ist derart aufgebaut, daß er Oxidteilchen im Bereich von 400 bis 800 Mikrometer verwendet und daß er einen niedrigen Volumenanteil an Metall bis hinunter zu 0,045 aufweist. Die Technik ist auch direkt anwendbar zum Verschließen von polykristallinen Aluminiumoxidlichtbogenrohren, wenn die Auswahl der Metallkeramik weniger kritisch ist.

Ein einfaches Verfahren zur Verwendung dieser Werkstoffe für den Aufbau von Hochdruck-Natrium- oder Metallhalegonidlampen besteht darin, eine Metallkeramikscheibe herzustellen, die eine ringförmige Rille aufweist, so daß sie als Halterung für das Lichtbogenrohr dient, so wie es in Fig. 9A dargestellt ist. In der Rückansicht der Metallkeramikkappe, die in Fig. 9B dargestellt ist, wird durch die nichtschraffierte Fläche die ringförmige Rille dargestellt. Dieses Verfahren zum Abschluß des Endes von Lichtbogenrohren hat mehrere Vorteile. Die verwendete Kappe ist einfach aufgebaut, und entweder durch spanende Formgebung oder durch Drücken einfach herzustellen. Die ringförmige Rille ist zweckmäßig zur Anordnung der Enden des Lichtbogenrohres. Darüber hinaus ist der Leckv/eg verlängert, da die äußeren Oberflächen sowie die Fläche des Querschnitts des Rohres abgedichtet sind. Der Aufbau der Abdichtung ist nicht nur

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kompakt,sondern auch äußerst fest, da Druckkräfte auf die Enden der keramischen Hülle ausgeübt werden. In Fig. 9A befindet sich die mit einer Rille versehene leitende Metallkeramikkappe 10 auf dem "Corstar"- oder gesintertem polykristallinem Aluminiumoxidrohr 11 und sie ist hermetisch mit bekannten Glasfriten, beispielsweise Calzium, Magnesium-Aluminatglas 12 abgedichtet. Das Glasfrit kann als ein dünner Ring gebildet sein, der vorgesintert ist und in die Rille 13 (Fig. 9B) eingelegt ist oder der in der ringförmigen Rille vorgeschmolzen wird, um das Abdichten zu erleichtern. In Fig. 10 sind zwei teilweise eingesetzte Wolfram- oder Molybdänstäbe 14 und 15 dargestellt, die als Elektroden und äußere elektrische Kontakte entsprechend verwendet werden, wobei die andern Bezugszahlen ähnliche Teile wie in den Fig. 9A und 9B darstellen. Fig. 11 zeigt eine andere Anordnung einer mit einer Rille versehenen leitenden Metallkeramikkappe, mit einem Vorsprung verminderter Querschnittsfläche, um die Elektrode und die äußere elektrische Anschlußleitung aufzunehmen. Diese Geometrie, die eine größere Trennung zwischen den Metallstäben 14 und 15 aufweist, führt zu verschiedenen interessanten Eigenschaften verglichen mit der Anordnung, die in Fig. 9 dargestellt ist. Zunächst einmal wird das Risiko einer Beschädigung während des Bohrens der ungeheizten Metallkeramikkappen vermindert. Zum anderen wird durch die Vergrößerung der Trennung zwischen den Metallstäben 14 und 15 der "Widerstand der Metallkeramik erhöht. Dieser Parameter kann deshalb so eingestellt werden, daß er eine ausreichende Erwärmung vorsieht, um die Kalttemperatur zu ändern, wie es insbesondere beispielsweise bei Hochdruck-Natriumlampen geringer Leistung zweckmäßig ist. Der äußere Vorsprung 16, mit verminderter Querschnittsflache_s kann darüberhinaus, da er ein integraler Teil der Kappe 10 ist, auch zur mechanischen Halterung der Lampe verwendet werden. Die Fig. 12A und 12B zeigen eine andere Anordnung des mit einer Rille versehenen leitenden Ketallkeramikkörpers mit all den Eigenschaften, die in Fig. dargestellt sind, jedoch, mit zwei konzentrischen Rillen 17 und 13« Diese Geometrie hat einen zusätzlichen Vorteil* daß eine

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gleichmäßigere Spannungsverteilung in den Abdichtbereichen während des Lampenbetriebs auftritt.

In Fig. 13 ist eine vollständige Anordnung einer Ausführungsform einer Entladungslampe, die mit Rillen versehene leitende Metallkeramikendkappen aufweist, dargestellt. Das Lichtbogenrohr 11, das mit Endkappen und Elektroden der bereits beschriebenen Art versehen ist, wird mit Hilfe des Stabes 15a und eines Leiters 19 von einer üblichen Fassung 20 mit einem äußeren durchsichtigen Mantel 21 gehaltert.

3. Zusammengesetzte Kappen und Rohre

Das Problem der fehlenden Anpassung zwischen den Ausdehnungskoeffizienten der Metallelektrode und des keramischen Lichtbogenrohres, das bei Hochdruckentladungslampen verwendet wird, kann gemäß der Erfindung durch Herstellung eines Abschlußbauteils aus zwei oder mehr Werkstoffen überwunden werden. Der Teil des Abschlußbauteils, der an der Elektrode befestigt ist, ist aus einer Metallkeramik hergestellt, die mechanisch fester und stabiler als Aluminiumoxid ist und die einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der mit dem Elektrodenwerkstoff kompaktibler ist als Aluminiumoxid. Der Teil, der das Lichtbogenrohr abdichtet, ist aus dem gleichen Werkstoff hergestellt wie das Lichtbogenrohr oder aus einer Metallkeramik mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der stark an den des Lichtbogenrohres angepaßt ist und die eine Zusammensetzung aufweist, die mit der Füllung des Lichtbogenrohres chemisch nicht reagiert.

Abgestufte Ausdehnungsdichtungen wurden bereits vorgeschlagen, jedoch ist die Herstellung eines Bauteiles aus zwei oder mehr Teilen, die aus verschiedenen Metallkeramiken oder Keramiken bestehen, offenbar neu und es haben sich daraus verschiedene neue Möglichkeiten bei der Herstellung von Lampen ergeben, unab-

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hängig von dem direkten Zweck der Abdichtung einer Elektrode in einem Lichtbogenrohr.

Die äußerst guten Flußeigenschaften und das gute Verhalten beim Zusammendrücken der metallisierten Oxidkörnchen sowie die außerordentlich gute Bearbeitbarkeit des zusammengedrückten Werkstoffes haben die Möglichkeit gebracht, komplizierte Formen herzustellen. Abgestufte Metallkeramikteile mit geschichteten oder mit Kernen versehenen Anordnungen ließen sich dadurch herstellen, daß ein Gesenk nacheinander mit metallisierten Aluminiumoxidkörnchen mit erhöhtem Metallgehalt gefüllt wird und bei einem Druck von etwa 475 Kp/cm zusammengedrückt wird.

In Fig. 14 ist eine Kappe dargestellt, die als abgestufte, geschichtete Scheibe ausgebildet ist, und die eine leitende Metallkeramikschicht 1, eine Zwischenmetallkeramikschicht 7 und eine Aluminiumoxidschicht 8 enthält und die eine Wolframelektrode 5 aufweist. Der Vorteil dieser abgestuften Einheit besteht darin, daß die Aluminiumoxidschicht 8 hermetisch an einem Aluminiumoxidstöpsel 4 und dem Aluminiumoxidrohr 3 mit Hilfe bekannter Glasfrite abgedichtet werden kann und daß ferner die Aluminiumoxidschicht gegenüber der Wolframelektrode abgedichtet werden muß, so daß damit die Gefahr eines Bruches an dieser Zwischenfläche vermieden ist. Der Wolframschaft der Elektrode 5 ist durch die Metallkeramikschichten 7, 1, so wie es weiter oben beschrieben worden ist, eingespannt. Die Metallkeramikschicht 1 besteht aus elektrisch leitendem Werkstoff,mit dem Verbindungen an ihrem einem der beschriebenen Verfahren hergestellt werden können. Diese Metallkeramikschicht ist vorzugsweise gemäß dem ersten Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ausgebildet. Die Metallkeramikschicht 7 besteht aus einem Werkstoff, dessen Ausdehnungskoeffizient ·zwischen dem der Aluminiumoxidschicht 8 und dem der leitenden Metallkeramikschicht 1 liegt. Es kann mehr als ein Zwischenwerk stoff verwendet werden, wenn dies erforderlich ist.

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In Fig. 15 ist eine mit einem Kern versehene Anordnung dargestellt, wobei der Werkstoff des in der Mitte liegenden Kerns 1 eine leitende Metallkeramik ist und der umgebende Werkstoff 8 Aluminiumoxid oder eine Metallkeramik ist, die einen geringeren Volumenanteil an Metall als der Kern 1 enthält, damit der Ausdehnungskoeffizient dichter an dem von Aluminiumoxid liegt, wenn sich der Metallgehalt vermindert. Da die neue Technik bei der Herstellung von leitenden Metallkeramiken gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung einen niedrigen Metallgehalt vorsieht, der in einer durchgehenden dreidimensionalen Gitteranordnung verteilt ist, können eine leitende Metallkeramik und Aluminiumoxid monolithisch zusammengesintert werden, so daß eine geschichtete oder mit einem Kern versehene Anordnung entsteht, ohne daß eine dazwischenliegende Metallkeramikzusammensetzung verwendet werden muß. In Fig. 19 ist der Schnitt durch eine solche mit Schichten versehene Anordnung dargestellt, wobei sich eine leitende Aluminiumoxid/Wolfram-Metallkeramik im oberen Teil befindet (indem das Metall als helle Gitterstruktur erscheint) und wobei sich eine bekannte Aluminiumoxidkeramik im unteren Teil der Darstellung befindet.

Der Kappenaufbau kann so abgewandelt werden, daß mehrere Elektroden vorgesehen sind, beispielsweise dadurch, daß eine Hilfsstartelektrode vorgesehen wird. Wenn mehr als eine Elektrode in der gleichen Kappe vorgesehen ist, dann sind die einzelnen Elektroden durch nichtleitenden Werkstoff voneinander getrennt.

Bei vielen Anwendungen wäre es vorteilhaft, die Entladungslampe in einem Keramiklichtbogenrohr so auszuführen, daß sie Luft verbrennen kann (d.h., daß sie keinen äußeren Mantel aufweist). Dies ist bei den bekannten Anordnungen nicht möglich, da die äußeren Ketallbauteile in der Kappen/Elektroden-Anordnung über ihrer Oxidationstemperatur arbeiten.

Für solch ein Rohr kann eine Kappe nach Fig. 16 vorgesehen werden, die einen Keramikkörper 4 aufweist, der einen länglichen leitenden Metallkeramikkern 1 enthält, der an seinem inneren Ende die Elektrode 5 aufweist und der an seinem äußeren Ende aus dem Keramikkörper herausragt. Tatsächlich ist der Kern von Keramik umgeben und er liegt nur an einer Stelle entfernt von der Lampe frei, wo seine Temperatur unter der Oxidationstemperatur des Metalls sich befindet, das in der leitenden Metallkeramik vorhanden ist. An diesem Teil können Kontakte nach irgend einem der weiter oben beschriebenen Verfahren angebracht werden.

Die Erfindung umfaßt auch die Verwendung einer zusammengesetzten Metallkeramikkappe um das Ende einer einseitig offenen und aus Keramik bestehenden Umhüllung zu verschließen, die entweder aus einkristallinem oder mehrkristallinem Aluminiumoxid bestehen kann. Fig. 17 zeigt einen Querschnitt durch diese Ausführungsform der Erfindung, die einen isolierenden und einen leitenden Metallkeramikkörper 23 bzw. 24 verwendet, die im wesentlichen keinen Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, die mit Hilfe der Ergebnisse nach den Fig. 3 und 4 hergestellt sind. Wenn beispielsweise ein isolierender Aluminiumoxid-Wolfram-Metallkeramikkörper hergestellt werden kann, der Aluminiumoxidpulver bzw. -körnchen aufweist, die einen Durchmesser von weniger als 50 Mikrometern haben, und es kann ein leitender Metallkeramikkörper hergestellt werden mit Aluminiumoxidkörnchen mit einem Durchmesser zwischen 400 und 500 Mikrometern, wobei beide den gleichen Gewichtsprozentsatz an Wolframpulver aufweisen. Die Keramikhülle 11 ist in der Rille angeordnet und mit einem bekannten Glasfrit 12 abgedichtet. Eine isolierende Metallkeramikkappe 23 kann zwei abgestufte Bohrungen aufweisen, in die leitende Metallkeramikbauteile 24 mit teilweise eingebetteten Metallstäben 14 und 15 eingesetzt werden können und mit dem Glasfrit 12 abgedichtet werden. Andererseits kann eine zusammengesetzte Kappe mit einem Isolierkörper und leitenden Einsätzen in einem Stück aus dem ungeheizten Zustand gesintert

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werden. Eine Vorrichtung ohne ein Metallkeramikausdehnungsrohr ist für den Aufbau einer Hochdrucknatriumlampe ausreichend. Wenn jedoch ein Molybdän-, Wolfram- oder Metallkeramikrohr 25 in die Kappe eingesetzt wird, dann kann die Vorrichtung auch zum Aufbau einer Metallhalogenidlampe verwendet werden. Ein Metallkeramikaus ehnungsro.hr gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein integrierter Teil der Metallkeramikkappe 23, um das Einsetzen des Metallhalegonidwerkstoffes zu erleichtern und damit ein Verschließen der Vorrichtung. Das Ausdehnungsrohr kann durch Einsetzen eines Aluminiumoxid- oder leitenden Metallkeramikstöpsel ' 26 verschlossen werden, der dann mit Hilfe von Glasfrit 12 hermetisch abgedichtet wird. Um eine Verflüchtigung der flüchtigen Bestandteile während der Abdichtung zu vermeiden, wird das Glasfrit örtlich am Ende des Metallkeramikausdehnungsrohr aufgeschmolzen.

Bei Lampen, die einen genau fokussierten Heizdraht erfordern, beispielsweise für Kraftfahrzeuge, Filmprojektoren oder Taschenlampen, ist es üblich, irgend eine Kappe und einen Flansch an der fertigen Lampe zu befestigen und den Heizdraht gegenüber einer Bezugsebene an dem Flansch zu befestigen, bevor der Flansch an der Kappe oder die Kappe an der Lampe angebracht wird. Dies ist eine sogenannte vorfokussierte Anordnung.

Gemäß der in Fig. 18 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist eine Kombination aus Kappe und Einstellungsflansch 4 aus einer nichtleitenden Metallkeramik oder Keramik hergestellt, wobei jedoch bestimmte abgegrenzte Bereiche aus leitender Metallkeramik vorgesehen sind. Die Zuführdrähte 5 werden in den leitenden Metallkeramikbereichen angeordnet, bevor die Anordnung gesintert wird. Nach dem Sintern wird ein Heizdraht oder mehrere Heizdrähte 11 genau gegenüber der Bezugsebene angeordnet und an den Zuführungsdrähten befestigt. Eine lichtdurchlässige Hülle 3 wird dann über der Kappenanordnung angebracht, die vorzugsweise

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in einer ringförmigen Halterungsrille 12 vorgesehen wird und sie wird entweder direkt mit der Basis verschmolzen oder mit Hilfe eines Zwischenwerkstoffs, beispielsweise Glas 2 abgedichtet. Die Lampe wird dann luftleer gemacht und mit Gas in der üblichen Weise über ein Auslaßrohr gefüllt, das an der Hülle oder dem Grundteil (nicht dargestellt) angebracht ist. Ein elektrischer Kontakt kann direkt an der Außenfläche des leitenden Metallkeramikbereichs 1 angebracht seinj oder aber auch mit Hilfe einer der verschiedenen Verfahren, die für Entladungslampen beschrieben worden sind.

Auf diese Weise wird die Herstellung von vorfokussierten Lampen erleichtert und sie eignet sich für jede Anordnung mit einem oder mehreren Heizdrähten und zwar entweder mit oder ohne Vorfokussierung.

Bei einer anderen Anordnung können die Zuführungsdrähte als solche weggelassen sein und es können verlängerte Heizdrähte direkt in die leitenden Metallkeramikbereiche direkt vor dem Sintern eingesetzt werden. Wenn es erforderlich ist, können die Drähte dadurch verstärkt werden, daß sie in gewundene Wolframspiralen gelagert werden - wobei ein solches Verfahren bereits bei der Herstellung bestimmter Wolfram-Halogenit-Lampen bekannt ist.

Es wurden zwar als erfindungsgemäße Ausführungsform Entladungslampen mit Elektroden beschrieben, die nicht direkt durch die Kappen hindurchgehen, jedoch können diese Werkstoffe und Anordnungen manchmal mit Vorteil mit Elektrodenzufuhrleitungen verwendet werden, die durch die Kappe hindurchgehen. Beispielsweise kann die äußerst gute mechanische Festigkeit einer Metallkeramik gemäß der Erfindung in diesen Fällen zweckmäßig sein, selbst wenn die elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften nicht ausgenutzt werden.

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Die Anwendundung von geschichteten Anordnungen von Metallkeramiken und Keramiken läßt sich dadurch erweitern, indem zusammengesetzte Rohre gefertigt -werden, wie sie in den Fig. 20 und 21 dargestellt sind. Beispielsweise zeigt die Fig. 20 ein Aluminiumoxidbogenrohr 3 mit Metallkeramikenden 9, die als Wärmeschirme wirken und die es ermöglichen, daß die Kaltflecktemperatur des Lichtbogens steuerbar ist.

Fig. 21 zeigt ein Aluminiumoxidrohr 3 mit einem inneren länglichen Metallkeramikstreifen 10, der als Lampenstarthilfe verwendet werden kann.

4. Andere Anwendungen

Die isolierenden und leitenden Metallkeramiken gemäß der Erfindung können zur Bildung verschiedener Anordnungen verwendet werden, die nicht Endkappen für Entladungslampen sind. Beispielsweise kann die isolierende Metallkeramik dazu verwendet werden, Wolframheizfäden so zu haltern, daß sie sich nicht durchbiegen, Anschlußdrähte, beispielsweise Wolfram oder Molybdändrähte zu überbrücken und chemisch kompatible Gitterwerkstoffe in gasgefüllten Lampen oder Wolframhalogenjdlampen zu haltern. Dies ist möglich, da die Metallkeramik auf verschiedenen Wolfram-oder Molybdändrähten oder -stangen gleichzeitig gesintert werden kann, ohne daß sie bricht.

Zuleitungεdrähte und -elektroden, die nicht aus Wolfram bestehen, können auch verwendet v/erden, vorausgesetzt, daß sie genügend feuerfest sind, daß sie die Ofentemperaturen aushalten. Eine bevorzugte Ofenatmosphäre ist Wasserstoff, jedoch könnte auch Vakuum verwendet werden oder in bestimmten Fällen auch ein nichtreagierendes Gas.

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Die Metallkeramiken gemäß der Erfindung können auch in verschiedenen Glasarten einer angepaßten thermischen Ausdehnung kombiniert werden, beispielsweise für Silikatgläser und zwar mit oder ohne eine dazwischen angebrachte GIasfritdichtung.

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Claims

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Patentansprüche

(ii Elektrisch leitende Metallkeramik, dadurch gekennzeichnet, daß wärmebeständige Oxidkörnchen mit einer dünnen Schicht aus einem Metall der B-Gruppe der Gruppen 4B bis 7B oder einem Metall der Gruppe 8 des periodischen Systems umgeben sind, die ein leitendes Gitter bildet, das sich durch die ganze Metallkeramik erstreckt (Fig. 1).
2. Metallkeramik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die wärmebeständigen Oxidkörnchen Aluminiumoxid aufweisen und daß das Metall Wolfram oder Molybdän ist.
3. Metallkeramik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das Metall einen Volumenanteil (wie weiter oben beschrieben) zwischen 0,045 und 0,2 aufweist.
4. Metallkeramik nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,daß das Metall

einen Volumenanteil zwischen 0,067 und 0,2 aufweist»
5. Metallkeramik nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet,

daß sie integral mit einer isolierenden Metallkeramik gebildet wird, die das gleiche wärmebeständige Oxid aufweist.

ORIGINAL INSPECTED

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6. Metallkeramik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Volumenanteil des Metalls zwischen 0,045 und 0,067 liegt.
7. Metallkeramik nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß sie integral mit einer isolierenden Metallkeramik gebildet wird, die das gleiche wärmebeständige Oxid und Metall enthält und die den gleichen Volumenanteil des letzteren aufweist.
8. Metallkeramik nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

daß sie zu einer Abschlußkappe (1, 10) für die Umhüllung einer elektrischen Lampe gebildet ist.
9. Metallkeramik nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

daß die leitende Metallkeramik den Teil (1) der Kappe bildet, der entfernt von der Lampenumhüllung angebracht werden kann, und daß ein isolierender Metallkeramikbereich (4) den Teil bildet, der neben der Umhüllung (3) liegen kann.
10. Metallkeramik nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

daß die leitende Metallkeramik einen oder mehrere Bereiche (1; 24) bildet, die durch einen isolierenden Metallkeramikbereich (4; 23) hindurchgehen, wobei letztere den Hauptkörper der Kappe bilden (Fig. 18, Fig. 17).

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11. Metallkeramik nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,

daß die leitenden Bereiche eine oder mehrere Zuführungen (15) für die Entladungselektrode (14) eines Glühfadens haltern.
12. Metallkeramik nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet,

daß sie als ein Lichtbogenrohr (3, 11) für eine elektrische Entladungslampe ausgebildet ist.
13. Metallkeramik nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,

daß zwei leitende Bereiche die Enden des Rohres bilden und daß der isolierende Bereich die Mitte des Rohres bildet.
14. Metallkeramik nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,

daß der leitende Bereich einen inneren länglichen leitenden Streifen (10) in dem Rohr bildet.
15. Verfahren zur Herstellung einer leitenden Metallkeramik, dadurch gekennzeichnet, daß ein feinverteiltes Pulver eines B-Gruppen-Metalls der Gruppe 4B bis 7B oder eines Metalls der Gruppe 8 des periodischen Systems und grobe Körnchen eines -wärmebeständigen Oxids miteinander gerollt oder gemischt werden, bis die groben Körnchen einheitlich mit dem Metallpulver beschichtet sind und daß die beschichteten Körnchen zusammengedrückt werden, um einen koherenten Körper zu bilden und daß der sich ergebende Körper anschließend gesintert wird.

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16. Verfahren nach Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidkörnchen eine mittlere Teilchengröße mit einem Durchmesser im Bereich von 50 bis 800 Mikrometer aufweisen und daß die mittlere Teilchengröße des Metallpulvers einen Durchmesser von weniger als 12 Mikrometer hat.
17. Verfahren nach Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Oxidteilchengröße mit einem Durchmesser von 50 bis 200 Mikrometer gewählt wird, und daß der Volumenanteil des Metalls über 0,067 gewählt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Oxidteilchengröße mit einem Durchmesser von 400 bis 800 Mikrometer gewählt wird und daß der Volumenanteil des Metalls von 0,045 bis 0,067 ausgewählt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet,

daß die beschichteten Teilchen mit einem Druck von 700 bis 1400 Kp/cm zusammengedrückt werden.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet,

daß der zusammengedrückte Körper bei einer Temperatur von 1600 bis 1800⁰C gesintert wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Körper aus den beschichteten Körnchen mit einem Körper aus wärmebeständigen Oxidkörnchen zusammengebracht wird und daß der sich ergebende zusammengesetzte Körper gesintert wird, so daß ein integrierter Körper entsteht,

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der einen leitenden Metallkeramikbereich und einen isolierenden Metallkeramikbereich aufweist.
22. Verfahren nach Anspruch 18,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Körper aus beschichteten Körnchen mit einem Körper aus beschichteten Oxidkörnchen einer mittleren Teilchengröße mit einem Durchmesser unter 100 Mikrometer zusammengesetzt wird, der den gleichen Volumenanteil an Metall aufweist, und daß der zusammengesetzte Körper gesintert wird, um einen integrierten Körper zu bilden, der leitende und isolierende Metallkeramikbereiche ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist.
23. Elektrische Lampe oder Entladungsvorrichtung mit einem Bauteil aus einer Metallkeramik,

dadurch gekennzeichnet, daß diese nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgeführt ist,

Rei/Pi.

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