DE3305587A1

DE3305587A1 - Dichtungsglas fuer eine lampe sowie lampe damit

Info

Publication number: DE3305587A1
Application number: DE19833305587
Authority: DE
Inventors: George Lindsey 44026 Chesterland Ohio Thomas
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1982-02-22
Filing date: 1983-02-18
Publication date: 1983-09-01
Anticipated expiration: 2003-02-19
Also published as: GB8304305D0; FR2521979B1; DE3305587C2; GB2115404A; JPS58151348A; US4441051A; JPS624336B2; FR2521979A1; GB2115404B

Description

Dichtungsglas für eine Lampe sowie Lampe damit

Aluminosilikat-Gläser, die als Lampenkolben für Glühlampen bei Temperaturen von 500 C und höher eingesetzt werden, sind seit einiger Zeit bekannt. Es sind auch Aluminosilikat-Gläser bekannt, die brauchbar sind zum direkten hermetischen Abdichten von Molybdän, und zwar bei der Herstellung anderer elektrischer Geräte, wie Elektronenröhren.

Während die vorgenannten Gläser einen Lampenbetrieb bei den erwünschten erhöhten Temperaturen gestatten, gibt es doch noch verschiedene Probleme während der Lampenherstellung und dem Lampenbetrieb, wenn man die vorhandenen Gläser einsetzt.

In der US-PS 3 310 413 ist ein Aluminosilikat-Glas beschrieben, das im wesentlichen aus folgenden Bestandteilen in Gew.-% besteht:

53,5 bis 59,5 SiO₂, 13,0 bis 16,5 Al₃O₃, 4,0 bis 9,0 B₃O₃, 8,5 bis 15,0 CaO, 0 bis 5,0 MgO und 5,5 bis 11,5 BaO, wobei dieses Glas eine Liquidustemperatur von weniger als etwa 1125 C und eine Viskosität von etwa 30 000 Poises oder mehr bei der genannten Liquidustemperatur haben soll, um eine Entglasung zu verhindern, wenn das Glas direkt mit Molybdän abgedichtet wird. Die erwünschte Verbesserung wird einem geringen MgO-Gehalt zugeschrieben, während eine unerwünscht geringe Viskosität bei der Liquidustemperatur von einem Überschuß von SiO», Al~0_, MgO, CaO oder BaO sowie geringeren Mengen an SiO₃, Al_0 , ^B ₂°V ^{Ca0 Oc}^^{er Ba0} herrühren soll. Nach dieser US-PS soll ein MgO-Gehalt im Bereich von 1 bis 4 Gew.-% erforderlich sein, um einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 46 · 10 crr!/cm/°C zwischen 0 ur.d 300 C zu erzielen.

— 2t —

In der US-PS 4 302 250 ist ein Aluminosilikat-Glas beschrieben, das für Wolfram/Halogen-Lampen brauchbar sein soll, die ein direktes hermetisches Abdichten gegenüber Molybdän-Zuleitungen erfordern, wobei dieses Glas im wesentlichen aus 64 bis 68 % SiO₂, 11 - 14 % CaO, 16,5 bis 18,5 % Al₃O₃ und 2-6,5 SrO + BaO besteht, letztere Menge besteht aus 0 bis 4 % SrO und 0,5 % BaO. Auch hier ist gefordert, daß das Glas eine Liquidustemperatur unterhalb von 1300°C sowie eine Viskosität von 30 000 Poise bei der Liquidustemperatur hat, um eine Entglasung zu vermeiden, wenn das Glasrohr bei der Lampenherstellung anfänglich geformt wird. Es soll auch eine untere Entspannungstemperatur von mindestens 75O°C erforderlich sein, um während des Lampenbetriebes Spannung in den Glas/Metall-Dichtungen zu vermeiden. Weiter ist ausgeführt, daß in diesem Glas etwasBaO erforderlich sei, um zu hohe Liquidustemperaturen zu vermeiden, obwohl eine Menge von mehr als 5 Gew.-% untere Entspannungstemperaturen ergeben soll, die zu tief liegen, sowie thermische Ausdehnungskoeffizienten, die zu groß sind.

Es wurde in der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß die Herstellung und der Betrieb von Glühlampen bei Temperaturen von 500 C und höher, wobei die Lampen eine direkte hermetische Abdichtung gegenüber Molybdän aufweisen, durch eine besondere Glaszusammensetzung verbessert werden, die im wesentlichen aus den folgenden Oxiden in etwaigen Gew.-% besteht: 52 bis 60 SiO₂, 11 - 17 Al₃O , 11-16 BaO, 8 bis 12 CaO und 3 bis 7 B₂O₃, zusammen mit untergeordneten Mengen üblicher Verunreinigungen sowie Fluß- und Läuterungsmittel.

Dieses Glas gestattet das Abdichten der Zuleitungsdrähte bei tieferen Temperaturen und dies hilft bei der Vermeidung von Beschädigungen an diesen Metallteilen.

Es ergibt sich unter Verwendung des vorgenannten Glases auch eine bessere Anpassung der thermischen Ausdehnung in der Glas/ Metall-Dichtung über den gesamten Lampenbetriebstemperaturbereich. Der beträchtlich erhöhte BaO-Gehalt in dem erfindungsgemäßen Glas bedingt mehrere wichtige Vorteile. So wird die

Glasviskosität bei der Liquidustemperatur mit zunehmenden BaO-Gehalt erhöht, was es gestattet, das Glas bei Temperaturen oberhalb der Liquidustemperatur zu bearbeiten, wo sich das Problem der Entglasung stellt. In entsprechender Weise sinkt die Liquidustemperatur mit abnehmenden BaO-Gehalt stärker als dies bei anderen Erdalkalioxiden der Fall ist, wodurch das Auftreten der Entglasung zu einem noch größeren Ausmaß

man

vermindert wird, wenn/das Glas bearbeitet. Der erhöhte BaO-Gehalt des Glases erhöht den Erweichungspunkt zusammen mit der unteren Entspannungstemperatur, verglichen mit anderen Erdalkalioxiden, und hilft dadurch die Dichtungsspannungen vermindern, während gleichzeitig die Lampen-Betriebstemperaturen erhöht werden, was besonders für Lampen mit einem regenerativen Halogenzyklus wichtig ist.

Die vorliegende Erfindung schafft weiter eine Glühlampe mit einem transparenten Glaskolben, der einen Widerstandsglühdraht enthält, der mit einem Paar Zuleitungsdrähten aus Molybdän verbunden ist, die hermetisch in dem Glaskolben abgedichtet sind, wobei das Glas des"Kolbens eine Zusammensetzung aufweist, die im wesentlichen aus den folgenden Oxiden in etwaigen Gew.-% besteht:

52-60 SiO₂, 11-17 Al₃O₃, 11-16 BaO, 8-12 CaO und 3 - 7 B₂O₃,

zusammen mit untergeordneten Mengen üblicher Verunreinigungen, Schmelz- und Läuterungsmittelreste,

wobei das Glas eine Liquidustemperatur von nicht mehr als 1170°C

einen Erweichungspunkt im etwaigen Bereich von 900 bis 930 C, eine untere Entspannungstemperatur im etwaigen Bereich von 650 - 68O⁰C,
eine Verarbeitungstemperatur im etwaigen Bereich von 1180- 124O°C und

einen mittleren linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Temperaturbereich von 0 - 300 C zwischen etwa 45 und 50 · 10 cm/cm/°C hat.

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen kann das 3las untergeordnete Mengen von Alkalir.etalloxiden bis zu etwa 3 Gew.-% ent-

— k —

halten, um die Tendenz des Glases zum Aufschäumen zu vermindern, wenn während der Herstellung von Glühlampen, die keine Lampen mit einem regenerativen Halogenzyklus sind, eine hermetische Dichtung gebildet wird. Bei dem letzteren führt der Gehalt an Alkalimetalloxid während des Lampenbetriebes zu Schwierigkeiten.

In der letztgenannten Art von Glühlampen können nach anderen vorteilhaften Ausführungsformen UV-absorbierende Ionen in das Glas bis zu einer Menge von etwa 0,5 Gew.-% eingearbeitet werden, wobei die üblichen Metalloxide für diesen Zweck, wie TiO-, CeO„, Sb_O und VpO₁. eingeschlossen sind.

In einer besonders bevorzugten Lampe mit regenerativem Halogenzyklus umfaßt diese erfindungsgemäße Lampe einen transparenten Glaskolben, der einen Widerstandsglühfaden enthält, der mit einem Paar Zuleitungsdrähten aus Molybdän verbunden ist, die hermetisch in dem Glaskolben abgedichtet sind, wobei das Glas des Kolbens eine Zusammensetzung aufweist, die im wesentlichen aus den folgenden Oxiden in etwaigen Gew.-% besteht:

52 - 60 SiO₂, 11 - 17 Al₃O₃, 11 - 16 BaO, 8-12 BaO, 3-7 3-7 B-O.,, zusammen mit untergeordneten Mengen, üblicher-Verunreinigungen sowie Fluß- und Läuterungsmittelreste, wobei dieses Glas eine Liquidustemperatur von nicht mehr als etwa 117O°C,
einen Erweichungspunkt im etwaigen Bereich von 900 bis 930 C,

eine untere Entspannungstemperatur im etwaigen Bereich von

650 - 68O⁰C,

eine Verarbeitungstemperatur im etwaigen Bereich von 1180- 1240 C

einen mittleren Koeffizienten der linearen thermischen Ausdehnung im Temperaturbereich von 0 bis 300 C von etwa 45 50 * 10" cm/cm/°C hat und

die Zuleitungsdrähte aus Molybdän mit Zuleitungsdrähten eines größeren Durchmessers verbunden sind, die eine größere thermische Ausdehnung in dem hermetischen Dichtungsbereich haben. Diese Zuleitungen mit größerem Durchmesser dienen der ange-

-er

messenen mechanischen Abstützung für die gesamte Lampe. Die Verbindung der unterschiedlich dicken Zuleitungen im Bereich der hermetischen Dichtung gestattet, daß nur die Zuleitungen mit geringerem Durchmesser hermetisch abgedichtet werden, da es nicht erforderlich ist, daß sich die Zuleitungen mit größerem Durchmesser, die sich nach außerhalb des Lampenkolbens erstrekken, auch hermetisch in dem Glas abgedichtet sind. Da auf diese Weise das hermetische Abdichten der Zuleitungen mit dem größeren Durchmesser vermieden worden ist, ist es nicht langer erforderlich, daß diese Zuleitungen größeren Durchmessers einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben, der für ein direktes Abdichten im Glaskolben geeignet ist, und deshalb können billigere Metalle als Molybdän für diese Komponenten benutzt werden. So kann man bekannte Eisenlegierungen, einschließlich die Kovar-artigen Legierungen und andere Leitungsmetalle, die derzeit als Zuleitungsmaterialien für Glühlampen benutzt werden, für die Zuleitungen dickeren Durchmessers der erfindungsgemäßen Lampe einsetzen.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Lampe mit regenerativem Halogenzyklus, die nach der vorliegenden Erfindung hergestellt ist und

Figur 2 eine graphische Darstellung zum Veranschaulichen des thermischen Ausdehnungsverhaltens in dieser Lampe.

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Die in Figur 1 gezeigte Lampe/mit einem Wolfram/Halogen-Zyklus

weist ein Paar von Widerstandsglühfäden 12 und 14 auf, die hermetisch innerhalb eines transparenten Kolbens 16 aus erfindungsgemäßen Glas eingeschlossen sind. Jeder der Fäden 12 und 14 ist mit einem Paar von Zuleitungen 18 und 20 bzw. 22 und 24 verbunden, wobei alle vier Zuleitungen hermetisch in einem Endstück des rohrförmigen Lampenkolbens abgedichtet sind. Die äußeren Enden dieser Zuleitungen 18, 20, 2 2 und 24

sind jedoch in üblicher Weise, wie durch Löten oder Schweißen mit Zuleitungsdrähten 26, 28, 30 bzw. 32 größeren Durchmessers verbunden, und dies im Bereich 34 der hermetischen Abdichtung.

Auf diese Weise wurde eine direkte vakuumdichte Quetschdichtung der inneren Zuleitungen 18 bis 22 mit kleinerem Durchmesser zusammen mit einem angemessenen Abstützen für die gesamte Lampe erreicht, wobei sich die nicht verbundenen Enden der Zuleitungen 26 bis 32 mit dem größeren Durchmesser von dem Lampenkolben aus nach außen erstrecken.

Wie bereits angedeutet befinden sich die Zuleitungen mit größerem Durchmesser nicht innerhalb des tatsächlichen Abdichtungsbereiches und sie sind daher bei der Herstellung der Lampe nicht hermetisch abgedichtet worden.

Nicht gezeigt in Figur 1 ist die übliche Inertgasfüllung, die außerdem ein Halogen, wie Jod, Brom oder eine flüchtige Organohalogenid-Verbindung einschließt, um den bekannten Wolfram/Halogen-Zyklus zu ermöglichen.

Ein wichtiger Nutzen der Verwendung des erfindungsgemäßen Glases während der Lampenherstellung wird beim Abdichten des Glases mit den Zuleitungen aus Molybdän erzielt, da das Glas erweicht und abdichtet, bevor die Zuleitungsdrähte beschädigt werden.

Ein weiterer wichtiger Nutzen aufgrund des Einsatzes des erfindungsgemäßen Glases in der oben beschriebenen Lampe ist der besseren Anpassung der thermischen Ausdehnung zwischen dem Glas und den Zuleitungen aus Molybdän, die in dem Glas abgedichtet sind, über den gesamten Betriebstemperaturbereich der Lampe zuzuschreiben.

In Figur 2 ist das thermische Ausdehnungsverhalten für das bisher für solche Lampen benutzte GE 174-Glas zusammen mit dem entsprechenden Verhalten des erfindungsgemäßen Glases und von Molybdändraht graphisch dargestellt. Wie sich den

Ausdehnungskurven entnehmen läßt, hat das erfindungsgemäße Glas über den gesamten dargestellten Temperaturbereich eine weit bessere Anpassung der Ausdehnung an Molybdändraht als das bisher benutzte GE 174-Glas. Dieses bekannte Glas hat eine thermische Ausdehnung, die sich von der von Molybdän draht am stärksten bei Temperaturen oberhalb von 300°C unterscheidet, was eine größere Möglichkeit für das Auftreten von Rißen und Lecks im Bereich der Glas/Metall-Dichtung andeutet, und zwar entweder während der Herstellung der Lampe oder während des nachfolgenden Betriebes.

Bevorzugte Gläser gemäß der vorliegenden Erfindung sind zusammen mit dem bekannten Glas GE 174 in der folgenden Tabelle aufgeführt. Das Glas kann nach konventionellen Verfahren nach dem Erschmelzen und Homogenisieren in einem Glasschmelzofen zu Rohren gezogen werden. Die chemische Zusammensetzung des Glases, bezogen auf den Oxidgehalt in etwaigen Gew.-% ist zusammen mit der unteren Entspannungstemperatur, dem Erweichungspunkt, der Liquidustemperatur und des linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten angegegeben, um die optimalen physikalischen Eigenschaften zu veranschaulichen, die diese Gläser als Lampendichtungen haben.

Tabelle

Beispiel
(Gew.-%)

SiO₂

Al₂O₃

^B2°3

^F2
SO₃

bekanntes Glas GE

58,98

15,99 11 ,26

8,29

3,66

0,45

1,37

Liquidus-Temp.(⁰C) 1140 Erweichungspunkt (⁰C) 9 30

untere Entspannungstemp.(C)

therm. Ausdehnungskoeffizient
(0-300⁰C)/⁰C

Verarbeitungstemperatur (⁰C) 1270

650

43,5

	Nr	erfindungsgemäße Gläser	Nr 4	Nr 5	Nr 6
Nr 1	56,19	2 Nr 3	57,34	54,61	54,93
57,18	12,27	55,91	11 ,95	14,29	14,38
12,48	15,59	14,64'	15,28	15,06	14,83
15,59	10,93	15,43	10,67	10,61	10,47
11 ,06	4,93	10,84	4,62	5,31	5,31
3,59	0,05	3,06	0,09	0,09	0,06
0,07	0,04	0,09	0,05	0,03	0,02
0,03	1105	0,03	1134	1086	1162
1162	902	1145	903	907	923
921	671	921		668	679
685	49,6	678	49,0	48,6	48,1
48,8	1210	48,7	1205	1195	1210
1215	1235

-St-

Wie sich der vorstehenden Tabelle entnehmen läßt, liegt die Liquidustemperatur der erfindungsgemäßen Gläser unterhalb von 1170 C, und dies hauptsächlich, indem man den B„O^-_f Al-O..- und BaO-Gehalt innerhalb der für die erfindungsgemäße Glaszusammensetzung angegebenen Bereiche hält.

Das erfindungsgemäße Glas für Kolben von Glühlampen ergibt deutliche Vorteile für die direkte hermetische Abdichtung mit Zuleitungsdrähten aus Molybdän.

Über die spezifisch offenbarten Variationen hinaus sind untergeordnete Änderungen der Glaszusammensetzungen möglich, wie durch wahlweise Einbeziehung UV-absorbierender Ionen von MgO oder sogar Alkalimetalloxiden, was von der jeweiligen Anwendung der Lampe abhängt.

Das erfindungsgemäße Glas kann natürlich auch vorteilhaft für Glühlampen mit nur einem einzelnen Faden als Lichtquelle benutzt werden.

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Leerseite

Claims

Dichtungsglas für eine Lampe sowie Lampe damit

Patentansprüche

ii Dichtungsglas für eine Lampe zum Abdichten von Molybdän, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen aus Oxiden in folgenden etwaigen Gew.-besteht

52 - 60 SiO₂ 11-17 Al₂O₃ 11 - 16 BaO 8-12 CaO und 3-7 B₉O-,

zusammen mit untergeordneten Mengen üblicher Verunreinigungen, Schmelz- und Läuterungsmittelreste, wobei dieses Glas eine Liquidustemperatur von nicht mehr als etwa 1170°C,

einen Erweichungspunkt im Bereich von etwa 900 bis etwa 93O°C,

eine untere Entspannungstemperatur von etwa 650 bis etwa

^68O°^C'

eine Verarbeitungstemperatur im Bereich von / 1180 bis etwa

124O°C und

einen mittleren Koeffizienten der linearen thermischen Ausdehnung im Temperaturbereich von 0 bis 300 C von etwa 45 bis 50-10 cm/cm/ C hat.
2. Dichtungsglas nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß es weiter bis zu etwa 3 Gew.-% an Alkalimetalloxiden enthält.
3. Dichtungsglas nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß es weiter bis zu etwa 0,5 Gew.-% an UV-absorbierenden Ionen enthält.
4. Glühlampe mit einem transparenten Glaskolben, der einen Widerstandsglühfaden enthält, der mit einem Paar von Zuleitungsdrähten aus Molybdän verbunden ist, die hermetisch in den Glaskolben eingeschmolzen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas des Kolbens im wesentlichen aus den folgenden Oxiden in etwaigen Gew.-% besteht:

52 - 60 SiO₂

11-17 Al₃O₃

11-16 BaO

8-12 CaO und

3 - 7 B₂O₃,

zusammen mit untergeordneten Mengen üblicher Verunreinigungen, Schmelz- und Läuterungsmittelreste, wobei dieses Glas eine Liquidustemperatur von nicht mehr als etwa 1170°C,

einen Erweichungspunkt im Bereich von etwa 900 bis etwa 9 3O°C,

eine untere Entspannungstemperatur von etwa 650 bis etwa

68O⁰C,

eine Verabeitungstemp.im Bereich von etwa 1180 bis etwa

124O°C und

einen mittleren Koeffizienten der linearen thermischen Ausdehnung im Temperaturbereich von 0 bis 300°C von etwa

45 bis 50 · 10 cm/cm/°C hat.
5. Lampe nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß daß Glas weiter bis zu etwa 3 Gew.-% an Alkalimetalloxid
enthält.
6. Lampe nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß das Glas bis zu etwa 0,5 Gew.-% an UV-absorbierenden Ionen enthält.
7. Lampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine einen regenerativen
Halogenzyklus aufweisende Lampe ist.
8. Lampe nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß
die Zuleitungsdrähte aus Molybdän mit Zuleitungsdrähten größeren Durchmessers verbunden sind, die eine größere thermische Ausdehnung im Bereich der hermetischen Dichtung aufweisen.