DE2930249A1 - Glaszusammensetzung fuer eine hochtemperaturdichtung - Google Patents
Glaszusammensetzung fuer eine hochtemperaturdichtungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Glaszusammensetzungen von bei hoher
Temperatur einsetzbaren Aluminiumsilikat-Dichtungsgläsern, die CaO und BaO enthalten und in der US-PS h 060 423 beschrieben sind.
Die erfindungsgemäßen Glaszusammensetzungen weisen Metalloxidkombinationen
innerhalb spezifischer Gew.-% auf, die folgendermaßen liegen:
SiO + Al2O = 73-83, BaO + CaO = 17-30 und einem Verhältnis
zwischen BaO und CaO im Bereich von 2,3 bis 3,5, um eine größere Beständigkeit gegen Nachschäumen zu erhalten. Der Begriff "Nachschäumen",
wie er in der vorliegenden Anmeldung benutzt wird, beschreibt eine Tendenz des Glases beim Wiederbearbeiten mit
einer Flamme oder beim Wiedererhitzen viele kleine Blasen eingeschlossener Gase in dem Glas zu bilden, die eine schlechte Lichtdurchlässigkeit
erzeugen und die wiedererhitzten Bereiche schwächen. Während in der Vergangenheit geringe Mengen an Alkalimetalloxiden
benutzt worden sind, um das Nachschäumen zu vermindern, kann die Wolfram/Halogenzyklus-Lampe nicht mehr als 300 ppm Alkalimetalloxid
im Lampenglaskolben tolerieren, ohne daß Schwierigkeiten beim Betrieb auftreten.
Andererseits liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, in den Gläsern zur Verwendung in anderen Hochtemperaturlampen, die
hermetischen Dichtungen mit Bestandteilen aus Wolfram und Molybdän aufweisen, wie Quecksilbermultidampf-oder anderen Dampfentladungslampen,
0-3 Gew.-S? eines Alkalimetallions haben.
Es ist in der vorliegenden Erfindung erkannt worden, daß das Verhältnis
von BaO zu CaO in Aluminiumsilikatgläsern für hohe Temps*
ratur kritisch ist, um das Nachschäumen des Glases zu steuern. Gläser mit einem solchen Verhältnis von weniger als 2,3 neigen
beim Wiedererhitzen und Flammenbearbeiten des Glases zu e'nem
gewissen Nachschäumen, wobei dieses Nachsehäumen stärker wird,
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wenn das genannte Verhältnis noch kleiner wird. Während das Erhöhen des SiOp-Gehaltes im Glas das Nachschäumen reduzieren
kann, vermindert ein solcher erhöhter SiOp-Gehalt jedoch die thermische Ausdehnung des Glases. Gläser, die für eine direkte
hermetische Abdichtung mit Wolfram sowie Molybdän brauchbar sein sollen, müssen jedoch einen durchschnittlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
in einem Temperaturbereich von 0 - 300 C zwischen etwa 37 und etwa 50 bei 10 ' cm/cm/ C haben.
Die in der oben genannten US-PS 4 060 423 beschriebenen Gläser
haben einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der brauchbar für hermetische Abdichtungen nur mit Metallen ist, deren Ausdehnungskoeffizient
dem Molybdän angepaßt ist.
Es ist jetzt möglich, durch Halten des BaO-Gehaltes bei 10 Gew.-?
oder mehr und durch Steuern der übrigen Metalloxide innerhalb kritischer Anteile, ein richtiges Anpassen gegenüber Metallen
zu erzielen, die einen geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben als Wolfram.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Aluminiumsilikatglas zu schaffen, das als Kolbenmaterial in
Hochtemperaturlampen brauchbar ist, die entweder Wolfram oder Molybdänkomponenten aufweisen, mit denen das Glas direkt abgedichtet
ist. Dieses Glas soll im wesentlichen frei sein von einer Neigung nachzuschäumen, während die Abdichtung vorgenommen
wird. Neben SiOp, AIpO.,, CaO und BaO in kritischen Anteilen als
den wesentlichen Metalloxiden soll das Glas außerdem geringe Mengen an Alkalimetalloxiden enthalten können, ohne nachteilige
Wirkungen auf die erwünschten Dichtungseigenschaften.
Kurz gesagt, besteht die erfindungsgemäße GlasZusammensetzung
im wesentlichen aus Metalloxiden, die errechnet aus der Ausgangsmischung von Materialien folgende etwaige Gew.-?-Gehalte haben:
54 bis 71 SiO2, 12 - 18 Al3O3, 10 - 23 BaO, 4 - 8 CaO und 0 RpO,
worin R einen Alkalimetallion ist und das Glas weiter geringe Mengen übliche Verunreinigungen, Flußmittelreste und
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Läuterungsmittel enthält, wobei der Gesamtgehalt an SiO2 und AIp^
im etwaigen Bereich von 73 - 83 Gevj.-% liegt, der Gesamtbereich
von BaO und CaO im etwaigen Bereich von 17 - 30 Gew.-% liegt
und das Gew.-Verhältnis zwischen BaO und CaO im etwaigen Bereich von 2,3 bis 3,5 liegt, um eine verbesserte Beständigkeit gegenüber
Nachschäumen zu ergeben.
Eine bevorzugte Glaszusammensetzung zum direkten Abdichten mit Wolframmetall enthält einen Gesamtgehalt an BaO und CaO im ungefähren
Bereich von 17 - 21 Gew.-% und hat einen durchschnittlichen Koeffizienten der linearen thermischen Ausdehnung im Temperaturbereich
von 0 bis 3000C zwischen etwa 37 und etwa 41 10"7 cm/cm/°C.
Ein anderes bevorzugtes Glas zum direkten Abdichten mit Molybdänmetall
enthält einen Gesamtgehalt an BaO und CaO im etwaigen Bereich von 21 - 30 Gew.-% und hat einen durchschnittlichen Koeffizienten
der linearen thermischen Ausdehnung im Temperaturbereich von 0 - 300 0C zwischen etwa 4l und etwa 50 χ 10 cm/cm/°C.
Beide bevorzugte Gläser haben außerdem erwünschtermaßen eine untere
Entspannungstemperatur von mindestens etwa 73O°C und eine Erweichungstemperatur im Bereich von 1000 bis 11400C, während sie
eine relativ geringe Liquidustemperatur beibehalten, die 135O°C nicht übersteigt.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung
näher erläutert, in deren einziger Figur eine Seitenansicht einer Glühlampe mit regenerativem Halogenzyklus gezeigt ist,
die die verbesserten Glas/Metall-Dichtungen nach der vorliegenden
Erfindung enthält.
transparenten
Die Lampe 10 weist einen/Kolben 12 aus der erfindungsgemäßen Glaszusammensetzung
auf, weiter einen Wolframfaden 14, Quetschdiehtungsbereiche l6, Zuleitungen 18 und eine nicht dargestellte inerte
Gasfüllung. Diese inerte Gasfüllung kann ein Inertgas umfassen wie Argon und sie schließt weiter ein Halogen, wie Jod ein, um
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mm Q —
den bekannten Wolfram/Halogen-Zyklus der Lampe zu erzeugen. Die Lampengasfüllung wird durch ein nicht dargestelltes Abzugsrohr
eingeführt,dessen abgeschmolzene Spitze bei 20 gezeigt ist. Die Zuleitungen 18 umfassen je einen äußeren Zuleitungsdraht 22, ein
Folienelement 2k und einen inneren Zuleitungsdraht 26, die derzeit üblicherweise aus Molybdän gebildet werden. Diese Zuleitungsbaueinheit ist in beiden Enden des Lampenkolbens 12 im Quetschdichtungsbereich
16 hermetisch abgedichtet. Die dargestellte Glas/ Metall-Dichtung ist durch eine direkte vakuumdichte Abdichtung
des Glases um die einzelne aus hitzebeständigem Metall bestehende Folie und die Drahtelemente der Zuleitungsbaueinheit herum geschaffen.
Bei der Bildung der erwünschten hermetischen Abdichtung war es nicht notwendig, die Metalloberfläche speziell vorzubehandeln,
da die geschmolzene Glaszusammensetzung sich ausreichend mit einer relativ reinen Metalloberfläche bei der die Dichtung
bildenden Temperatur verbindet. Das während der Lampenherstellung angewendete Zusammenquetschen reicht auch aus zur Herstellung einer
relativ spannungsfreien Abdichtung, ohne daß eine Nachheizbehandlung erforderlich ist.
Die gemäß der vorliegenden Erfindung erhaltenen hermetischen Abdichtungen
sind freier von Nachschäumwirkungen als die mit der Glaszusammensetzung nach der US-PS 4 060 423.
Es ist auch weiter möglich, mit der erfindungsgemäßen Glaszusammensetzung
solche verbesserten Dichtungen in anderen Hochtemperaturlampen als der dargestellten Wolfram/Halogenzykluslampe zu erhalten,
wobei eine weitere Flexibilität bei der Herstellung solcher Lampen in dem Einsatz der Wolframkomponenten für Molybdänkomponenten
liegt, wenn dieses für die Zuleitungsbaueinheit der jeweiligen Lampe geeignet ist.
Die erfindungsgemäßen Glaszusammensetzungen unterscheiden sich weiter von den Glaszusammensetzungen nach der vorgenannten US-PS
mit Bezug auf einige andere physikalische Eigenschaften, die hinsichtlich der Konstruktion und des Betriebes dieser Lampen geeignet
sind. So weisen die erfindungsgemäßen Glaszusammensetzungen
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eine Erweichungstemperatur im etwaigen Bereich von 1000 bis H^O0C
zusammen mit einer unteren Entspannungstemperatur im etwaigen Bereich von 730 bis 820 C auf, was die Beständigkeit des Glases
gegenüber Verformen bei hoher Temperatur erhöht, wenn es in einer Umgebung auf höherer Temperatur benutzt wird.
Andererseits können die erfindungsgemäßen Gläser noch immer nach
üblichen Verfahren in Glasschmelzofen hoher Temperatur und mit üblichen Glaszieheinrichtungen zu Rohren gezogen werden, da die
Liquidustemperaturen während des Glasschmelzens und -formens
noch immer im etwaigen Temperaturbereich von 1200 bis 1325 C liegen.
Bevorzugte Gläser gemäß der vorliegenden Erfindung sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt. Wie in der Glastechnologie
üblich, sind die Glaszusammensetzungen als Oxide angegeben, wie sie aus der Ausgangsmischung ^ron Materialien errechnet werden.
Obwohl es einige kleine Unterschiede zwischen der Glaszusammensetzung,
wie sie in üblicher Weise errechnet wird, und der tatsächlich daraus erhaltenen Glaszusammensetzung geben kann, sind
doch beide Zusammensetzungen im wesentlichen gleich.
Es findet nur eine geringe Verdampfung der Mischungsbestandteile der erfindungsgemäßen Glaszusammensetzung während des Schmelzens
statt, das begleitet sein kann vom Aufnehmen von ZrOpUnd Al„0
und anderen Bestandteilen in Spurenmengen aus irgendwelchen hochschmelzenden Stoffen, in denen das Glas geschmolzen wird. Die
vorliegende Erfindung umfaßt daher eine Glaszusammensetzung mit den gleichen Zusammensetzungsbereichen, wie sie genannt sind und
errechnet in üblicher Weise aus der Ausgangsmischung.
030009/0669
:· Ir/·:"
Tabelle
Tabelle
Gewichts-?
SiO2
Al2O3
BaO
CaO
Al2O3
BaO
CaO
κ2ο
Erweichungs-Temperatur C
untere Entspannungstemperatur C
thermischer Ausdehnungskoeffizient (0-3000C) cm/cm/°C
Verhältnis BaO/CaO 2O
SiO2 +
Gläser
61.1 62,3 59,8
14.2 12,8 15,5 18,1 18,2 18,0
6,6 6,7 6,6
0 0 0
58,0 64,7 63,6 55,8
16.2 17,5 17,3 15,0
19.3 13,0 13,0 22,5 6,5 4,8 4,8 6,7 0 0 1,3
1006 IO3O 1029 1120 1084
750
748 747 801
% BaO + CaO
45.2 45,7 45,0 2,7 2,7 2,7
75.3 75,1 75,3 24,7 24,9 24,6
46,0 38,8 40,5 50,0
3,0 2,7 2,7 3,4
74,2 82,2 80,9 70,8
25,8 17,8 17,8 29,2
Wie sich aus dieser Tabelle ergibt, weist die Zusammensetzung des Glases Nr. 6 ein Alkalimetalloxid in mäßiger Menge auf,
während gleichzeitig alle anderen Metalloxidbestandteile innerhalb der kritischen Anteile gehalten werden, um eine Dichtungsglaszusammensetzung
mit den erwünschten Eigenschaften zu schaffen. In die erfindungsgemäße Glaszusammensetzung können noch
geringere Menge anderer Oxide eingeführt werden, von denen bekannt ist, daß sie gewünschte weitere Wirkungen haben, wie
Absorption von UV-Strahlung innerhalb der Zusammensetzungsbereiche, wie sie für die kritischen Metalloxide angegeben sind
und ohne daß sie nachteilige Wirkungen auf die erwünschten physikalischen Eigenschaften haben.
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Claims (6)
- PatentansprücheGlaszusammensetzung für exne Glas/Metall-Dichtung, d a durch gekennzeichnet, daß sie aus den folgenden Bestandteilen in etwaigen Gew.-% besteht: 54 - 71 SiO2, 12 - 18 Al2O , 4-8 CaO, 10 - 23 BaO und 0-3 RpO, worin R ein Alkalimetallion ist und das Glas weiter untergeordnete Mengen üblicher Verunreinigungen Flußmittelreste und Läuterungsmittel enthält, wobei die Gesamtmenge an SiOp und Al?0 im etwaigen Bereich von 73 ~ 83 Gew.-# liegt und die Gesamtmenge an BaO und CaO im etwaigen Bereich von 17 - 30 Gew.-% liegt, das Verhältnis zwischen BaO und CaO in GeTH.-% im etwaigen Bereich von 2,3 bis 3,5 liegt, um eine verbesserte Beständigkeit gegenüber Nachschäumen zu ergeben.
- 2. Glaszusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine untere Entspannungs temperatur von mindestens etwa 73O°C hat.030009/0669ORIGINAL INSPECTED
- 3. Glaszusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtgehalt BaO und CaO im etwaigen Bereich von 17 bis 21 Gew.-? liegt und der durchschnittliche Koeffizient der linearen Ausdehnung im Temperaturbereich von 0 bis 3000C zwischen etwa 37 und etwa 4l χ 10 cm/ cm/ C liegt.
- k. Glaszusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtgehalt an BaO und CaO im etwaigen Bereich von 21 - 30 Gew.-? liegt und der durchschnittliche Koeffizient der linearen Ausdehnung im Temperaturbereich von 0- 300°C zwischen etwa 41 und etwa 50 χ 10 'cm/cm/°C liegt.
- 5. Glaszusammensetzung nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall der Dichtung Molybdän oder Wolfram ist.
- 6. Glaszusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Molybdän in Form einer Zuleitung in eine Glühlampe mit einem regenerativen Halogenzyklus vorliegt.030009/0669
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