DE2852048A1

DE2852048A1 - Aus polykristallinem, transparentem aluminiumoxid bestehende rohrfoermige entladungshuelle und hochdruckdampfentladungslampe unter verwendung einer solchen huelle

Info

Publication number: DE2852048A1
Application number: DE19782852048
Authority: DE
Inventors: Masayuki Kaneno; Isaeo Oda; Noboru Yamamoto
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1977-12-02
Filing date: 1978-12-01
Publication date: 1979-06-07
Also published as: GB2017395A; NL178829B; DE2852048B2; DE2852048C3; NL178829C; JPS5477481A; US4214666A; GB2017395B; NL7811794A

Description

Aus polykristallinen!, transparentem Aluminiumoxid bestehende rohrförmige Entladungshülle und Eochdruclcdampf entladungslampe unter Verwendung einer solchen Hülle

Die Erfindung betrifft eine rohrförmige Entladungshülle (tubular discharge envelope), die aus polykristallinen^ transparentem Aluminiumoxid zusammengesetzt ist, und eine Hochdruckdampfentladungslampe , bei der diese Hülle verv/endet ist.

Die Verwendung von Hochdruckdampf entladungslampen, die mit einem rohrförmigen Entladungsgefäß versehen sind, das eus polykristallinen, transparentem Aluminiumoxid zusammengesetzt ist, hat in letzter Zeit wegen der hohen Leuchtv/irksamkeit (luminous efficiency) stark zugenommen. In diesem Pail ist es selbstverständlich, daß das polycristalline, transparente Aluminiumoxid, das als Hülle für Hochdruckdampfentladungslampen verwendet wird, ausgezeichnete Lichtdurchlässigkeitseigenschaften (light transmission properties) besitzen muß. Zusätzlich sind beträchtliche mechanische !festigkeit und ein Widerstand gegen plötzliche thermische Einflüsse erforderlich. Es ist deshalb gewünscht, diese Erfordernisse beim polykristallinem, transparenten Aluminiumoxid gleichzeitig zu erfüllen.

Es ist aligemein bekannt, daß die Leuchtviirksamkeit von Hochdruckdaispfentladungslampen durch Vergrößeimng der Lichtdurchlässigkeit der rohrförmigen Entladungsumhüllung verbessert werden kann und daß dem Zerspringen infolge von plötzlicher thermischer

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Beeinflussung der Dichtigkeit (sealing) der Umhüllung oder wegen des An- und Ausschsltens der Lampe durch Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Umhüllung vorgebeugt werden kann.

Beim üblichen polykristallinen, transparenten Aluminiumoxid fallen jedoch die Lichtdurchlässigkeitseigenschaften der Erhöhung der mechanischen Festigkeit und der Widerstandsfähigkeit gegen thermischen Schock zum Opfer. Andererseits fallen die mechanische Festigkeit und der Widerstand gegen thermischen Schock der Verbesserung der Lichtdurchlässigkeitseigenschaften zum Opfer. Der Grund hierfür besteht darin, daß die Lichtdurchlässigkeitseigenschaften, die mechanische Festigkeit und der Viderstand gegen thermischen Schock des polykristallinen, durchsichtigen Aluminiumoxids in enger Beziehung zur Kristallkorngröße desselben stehen. Wenn somit die Kristallkorngröße zunimmt, werden die Lichtdurchlässigkeitseigenschaften, insbesondere die Gleichmäßigkeit der Durchlässigkeit (in-line transmission) verbessert, während die mechanische Festigkeit und der Widerstand gegen thermischen Schock schlechter werden. Wenn demgegenüber die Kristallkorngröße kleiner wird, so werden die mechanische Festigkeit und der Widerstand gegen thermischen Schock verbessert, während die Lichtdurchlässigkeits_.eigenschaften, insbesondere die Durchlaßgleichmäßigkeit verschlechtert werden.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine rohrförmige Entladungshülle zu schaffen, die aus polykristallinem, transparentem Aluminiumoxid zusammengesetzt ist und bei der die oben angegebenen Nachteile bzw. Schwierigkeiten des Standes der Technik gelöst sind und ausgezeichnete Lichtdurchlässigkeitseigenschaften, mechanische Festigkeit und Widerstand gegen thermischen Schock gleichzeitig erzielt werden; es soll ferner eine Hochdruckdampfentladungslampe angegeben werden, bei der die rohrförmige Entladungshplle verwendet ist.

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Gemäß der Erfindung ist das polykristalline, transparente Aluminiumoxid, das als rohrförmige Entladungshülle für Hochdi'uckdampfentladungslampen verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß es eine mittlere Kristallkorngröße von 20 bis 60 /um aufweist und Kristallkörner von nicht mehr als 20/um nicht mehr als 30 % je !Flächeneinheit der Hülle einnehmen.

Entsprechend der Erfindung wird somit die rohrförmige Enladungshülle, die die Forderungen der Lichtdurchlässigkeitseigenschaften, der mechanischen Festigkeit und des Widerstandes gegen thermischen Schock gleichzeitig erfüllen, in erster Linie durch einen synergstischen Effekt der Begrenzung der einzelnen Kristallkorngrößen in einer gegebenen Menge im polykristallinen, transparenten Aluminiumoxid erzielt.

Die Herstellung einer rohrförmigen Entladungshülle gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben.

Aluminiumoxidpulver einer Reinheit von 99 %■> vorzugsweise von mehr als 99 ₅9 % und einer mittleren Teilchengröße von nicht mehr als 1 /um, vorzugsweise 0,1 ,-um wird mit 0,01 bis 0,2 Gev,.-% KgO, 0,01 bis 0,2 Gew.-% La₀O₇ und 0,01 bis 0,2 Gew.-% Y^O₇ versetzt und gleichmäßig vermischt, wonach die entstandene Mischung zu einem rohrförmigen Körper geformt wird. Das so geformte Rohr wird gleichmäßig getrocknet, mit einem Temperaturanstieg von etwa 100° C/h in Wasserstoffgasatmosphäre erhitzt und danach bei einer Temperatur von 1600 bis 1800° G für eine Zeit von 2 bis 5 Stunden gesintert, um eine rohrförmige Entladungshülle zu erhalten, die aus polykristfillinem, transparentem Aluminiumoxid entsprechend der vorliegenden Erfindung zusammengesetzt ist.

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Allgemeiner gesagt wird die mittlere Kristallkorngröße des polykristallinen, transparenten Aluminiumoxids beträchtlich durch, die Teilchengrößenverteilung des Alumiiiiumoxidpulvers des Ausgangsmaterials, die Art und die Kenge der verwendeten Zusätze, die ßinterbedingungen und ähnliches beeinflußt. Bei optimaler Auswahl einer Kombination dieser Faktoren kann die mittlere Korngröße des fertigen polykristallinen, transparenten Aluminiumoxids auf einen definierten Bereich (20 bis 60 /um) begrenzt werden, und der Anteil an Kristallkörnern der Teilchengröße (20/um oder weniger) kann auf eine Menge von nicht mehr als einen definierten Anteil (30 %) pro Flächeneinheit eingestellt werden. Ist die mittlere Kristallkorngröße geringer als 20 /un, dann ist die mechanische Festigkeit verbessert, während die Lichtdurchlässigkeitseigenschaften verschlechtert sind. Venn demgegenüber die mittlere Kristallkorngröße 60 /um übersteigt, so besteht kein Problem im Hinblick auf die Lichtdurchlässigkeit seigenschaf ten, jedoch ist die mechanische Festigkeit verschlechtert. Deshalb sollte die mittlere Kristallkorngröße des polykristallinen, transparenten Aluminiumoxids auf einen Bereich von 20 bis 60 /Um begrenzt werden. Nehmen ferner die Kristallkörner von nicht mehr als 20/um Korngröße mehr als 30 % pro Flächeneinheit der Hülle ein, so sind die Durchlässigkeitseigenschaften, insbesondere die Durchlaßgleichmäßigkeit verschlechtert und infolgedessen ist die Leuchtwirksamkeit der Lampe verschlechtert. Die Henge pro Flächeneinheit von Kristrlikörnern mit einer Korngröße von nicht mehr als 20/um sollte deshalb auf nicht mehr als 30 %, vorzugsweise nicht nehr als 20 % begrenzt v/erden.

Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels erläutert.

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Ausführunp;sbeispiel:

Aluminiumpulver mit einer Reinheit von 99»98 % und einer mittleren Teilchengröße von 0,1 /um wurde mit 0,01 bis 0,2 Gew.-% je von MgO, LaJd'-z und Y₀O-, versetzt und vermischt, wonach die entstandene Mischung in Rohrform gebracht wurde. Das entstandene Rohr wurde nach dem Trocknen in einer Wasserstoffatmosphäre gesintert, um eine rohrförmige Entladungshülle herzustellen, die einen äußeren Durchmesser von 9*6 mm, einen inneren Durchmesser von 8,0 mm, eine Dicke von 0,8 mm und eine Länge von 115 mm aufwies und aus polykristallinem, transparentem Aluminiumoxid zusammengesetzt war, das eine mittlere Kristallkorngröße aufwies, die in der beigefügten Tabelle angegeben ist. Die Eigenschaften dieser Hülle sind in der Tabelle ebenfalls angegeben.

Danach wurde eine Hochdruck-Natriumdampf-Entladungslampe von 4-00 W unter Verwendung der oben beschriebenen rohrförmigen Entladungshülle hergestellt. In diesem Falle wurde der Bruchanteil in der Abdichtung der Hülle und die Leuchtwirkung der Lampe gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle enthalten.

In der Tabelle ist auch die Gesamtdurchlässigkeit angegeben, iie mittels eines Photometers unter Verwendung einer Ulbrichtεeben Kugel (integrating sphere) gemessen wurde; die Durchlaßgleichmassigkeit ist der Wert, der durch Messung an einer Aluminiumoxidplatte mit den Abmessungen 10 mal 10 mal 0,5 mm erhalten wurde, die in gleicher Weise hergestellt wurde, wie es oben beschrieben ist, wobei durch ein Spektro-Photometer mit einer Wellenlänge von 0,6 /um gemessen wurde. Die Biegefestigkeit ist der Wert, der durch Kessung eines Rohres mit einer Epannlänge von 100 mm im Dreipunkt-Haltetest ermittelt wurde.

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Aus den Angaben der Tabelle geht hervor, daß die rohrförmige Entladungshülle, die aus polykristallinen!, transparentem Aluminiumoxid entsprechend der Erfindung zusammengesetzt ist, eine ausgezeichnete Durchlässigkeit und Biegefestigkeit aufweist, so daß bei Benutzung dieser Hülle für Hochdruckdampfentladungslampen die Leuchtwirksamkeit der Lampe hoch und der Bruchanteil in der Abdichtung gering ist. Demgegenüber zeigt die Prüfung an Körpern mit einer mittleren Kristallkorngröße von 15/um und einem Vorhandensein von Kristallkörnern mit weniger als 20/Um in einer Menge von 68 % pro Flächeneinheit, die außerhalb der definierten Bereiche der Erfindung liegen, daß die Lichtdurchlässigkeit gering ist, insbesondere die Durchlaßgleichmäßigkeit, so daß die Leuchtwirksamkeit der Lampe gering ist. Ferner zeigen die Kontrolluntersuchungen an Körpern mit einer mittleren Kristallkorngröße von 80/um, daß die Leuchtwirksamkeit der Lampe hoch ist,daß aber der Bruchanteil in der Abdichtung größer als 35 % ist.

Wie oben bereits ausgeführt ist, zeigt die rohrförmige Entladungshülle, die aus polykristallinem, transparentem Aluminiumoxid entsprechend der Erfindung zusammengesetzt ist, ausgezeichnete Lichtdurchlässigkeitseigenschaften, insbesondere der Durchlaßgleichmäßigkeit, und mechanische Festigkeit sowie Widerstand gegen thermischen Schock durch den synergistischen Effekt der Begrenzung der Kristallkorttteilchengröße auf die angegebene Menge, so daß die Leuchtwirksamkeit der HochdruckdatopfentledungB-lampe, die Güte der Dichtigkeit und die Lebensdauer der rohrförmigen Entladungstiülle bfettächtlich verbessert sind.

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T a b le'il,·-!, e

	durch schnitt liche Kristall korn- größe (/um)	Anteil pro Flächenein heit an - Kristall körnern mit nicht mehr als 20/um (%\	Eigenschaften der rohr förmigen Entladungshülle	Durchlaß- gleich- mäßigkeit	Biege- festig- keit^ (kfzr/cm^) ,	Eigenschaften der Hochdruckdampfentla dungslampen	- Bruchanteil (Cracking ratio)i.d. Bichtune;(%)
Erfindung	• 55 ..48 40 31 22 "	3 9 ' · ii -" . 16 .. . 20 ·	Gesamt durchläs sigkeit (%)	•35 " . 32 .... . 28· ."· ' · ²⁴' .·"'· .'..2O' · ■	2,260 2,630 • 3,010 ' 3,370 • 3,610	Leuchtwirk samkeit (lm/W)	5 5 · ' .0 '.·■' ° ' 0
Kontroll untersu chung	15 80 .·	68 ' . 5 · . ··	94.2 93.9 ' 93.5 . 92.9 92.6	8 ' ..· .' ' 38. ·■ .'·	4,100 . ■ 1,050	129.5 ■" 128. Z 127.0 . 126.5 ··" "125.8 '	■'«■■ o ".:/35
■92.1 94.6	.'■ 119.0 " 130.0 '

Claims

'1.] Eohrförmige Entladungshülle, die aus polykristallinem, trans-

par ent. em Aluminiumoxid zusammengesetzt ist, für eine Hochdruckdampf entladungslampe, dadurch gekennzeichnet, daß das polykristalline transparente Aluminiumoxid eine mittlere Kristallkorngröße von 20 biß 60 /um auf v; ei st und Kristallkörner von nicht .mehr als 20/um nicht mehr als 30 % pro JB'läcb. en einheit der Hülle einnehmen.
2. Eohrförmige Entladungshülle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallkörner einer Größe von nicht mehr als 20/um 20 % pro Flächeneinheit der Hülle einnehmen.
3«. Hochdruekdempfentladungslampe, die polykristallines, transparentes Aluminiumoxid als rohrförmige Entladungshülle enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das polykristalline,transparente Aluminiumoxid eine mittlere Kristallkorngröße von 20 bis 60/um aufweist und daß Kristallkörner einer Größe von nicht mehr als 20/um nicht mehr als 30 % pro l'lächeneinheit der Hülle einnehmen.
4. Verfahren zum Herstellen einer Hülle aus polykristallinen!, transparentem Aluminiumoxid für Hochdruckdanpfentladungslampen, dadurch gekennzeichnet, daß Aluminiuiaoxidpulver eine]

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'original inspected

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Reinheit von 99 %, vorzugsweise von mehr als 99,9 %■> und einer mittleren Teilchengröße von nicht mehr als 1 /um, vorzugsweise 0,1 /um, mit 0,01 bis 0,2 Gev/.-% MgO, 0,01 "bis 0,2 Gew.-% La₂O₇ und 0,01 bis 0,2 Gev;.-% ^₂°5 ^versetzt und gleiclimäßig vermischt wird, wonach die entstandene Mischung zu einem rohrförmigen Körper geformt und das so geformte Rohrgleichmäßig getrocknet wird, das danach mit einem Temperaturanstieg von etwa 100 C/h in Wasserst of fgaeatmospnäre ex-hit 2t und dann bei einer Temperatur von 1600 bis 1800° C für eine Zeit von 2 bis 5 Stunden gesintert und entsprechend abgekühlt wird.

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