DE653361C

DE653361C - Elektrische Entladungslampe mit einer Fuellung elektropositiver Metalldaempfe, deren innere Wandung mit einer lichtdurchlaessigen, gegen diese Daempfe festen Schicht ueberzogen ist

Info

Publication number: DE653361C
Application number: DEH130817D
Authority: DE
Original assignee: CARL HUMMEL DR
Current assignee: CARL HUMMEL DR
Priority date: 1932-02-27
Filing date: 1932-02-27
Publication date: 1937-11-22

Description

Es ist eine bekannte Tatsache, daß die aus Glas, Quarz und derartigen Stoffen bestehenden Wandungen elektrischer Entladungsgefäße, in denen stark elektropositive Metalldämpfe vorhanden sind, durch diese stark angegriffen werden. Derartige elektropositive Metalldämpfe sind u. a. Natriumdampf, Cadmiumdampf, Magnesiumdampf usw. Ihre Einwirkung führt eine Bräunung und in manchen Fällen sogar eine Zersetzung des Glasrohres herbei, so daß man zur Abwendung dieser Erscheinungen nun schon besondere natriumfeste bzw. cadmiumfeste und ähnliche Gläser vorgeschlagen hat. Die erwähnten Gläser haben jedoch den Nachteil, daß sie schwer zu verarbeiten sind. In ihnen lassen sich die Zuführungen für die Elektroden schwer oder nur umständlich einschmelzen; vor allem aber weisen sie gegenüber den Metalldämpfen noch keine Unangreifbarkeit auf, die sich über mehrere 100 Stunden erstreckt. Ferner kann man in ihnen die Glaswand noch stärker angreifende Metalldämpfe als Natrium, wie z. B. Kalium- oder Lithiumdämpfe, nicht verwenden, und man kann weiterhin in derartigen Röhren den Dampfdruck nicht genügend hoch steigern, weil einmal das Glas eine genügende Erhitzung nicht aushält und zum anderen dann noch stärker angegriffen wird.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, metalldampffeste Gläser als Überfangglas auf ein anderes Glas aufzuziehen. Hierbei ergibt sich die Schwierigkeit, daß ein solches Überfangglas nach zwei völlig verschiedenen Gesichtspunkten ausgewählt werden muß, nämlich einmal danach, daß es wirklich metalldampffest sein soll, das andere Mal danach, daß es auch wieder auf dem Grundglas " haften soll, und daß trotz der Verschiedenheit der Ausdehnungskoeffizienten der beiden Glasschichten nicht etwa die ganze Röhre gesprengt'werden darf.

Diese Schwierigkeit wird dadurch vermieden, daß bei den bekannten elektrischen Entladungslampen mit einer Füllung elektropositiver Metalldämpfe, deren innere Wandung mit einer lichtdurchlässigen, gegen diese Dämpfe festen Schicht überzogen ist, diese Schicht erfindungsgemäß aus pulverförmigen oder körnigen, schwer schmelzbaren Stoffenbesteht und auf die Innenwandung aufgesintert oder eingebrannt wird. Dabei kann die Röhre selbst aus üblichen Gläsern, wie Thüringer Glas, Pyrexglas oder Uviolglas, bestehen, wenn es sich natürlich immerhin hierbei empfiehlt, möglichst metalldampffeste Gläser zu verwenden, wie sie in den verschiedensten Zusammensetzungen vorgeschlagen worden oder bekannt sind. Für die Schutzschicht werden solche Stoffe bevorzugt, die einen geringen Gehalt an Kieselsäure aufweisen. Der Vorteil ist, daß man nunmehr bei der Auswahl solcher Materialien nur noch wenig

Rücksicht auf das Vorliegen eines abweichenden Ausdehnungskoeffizienten zu nehmen braucht. Die Schicht aufgesinterter Partikel ist ja keine völlig in sich feste, die Zerreißkräfte auf die Glasunterlage ausüben kann. Auch lassen sich Materialien verwenden, die} nur sehr schwer oder gar nicht schmelzbad sind und sich 'daher als Überfangglas kaum verarbeiten lassen.

ίο Im einzelnen können derartige im Wege - des Aufsinterns oder Einbrennens aufgetragene Stoffe u. a. hochtemperaturbeständige und durch Metalldämpfe chemisch unangreifbare Oxyde, wie Aluminium-, Zirkon-, CaI-cium-, Magnesium-, Scandium- oder Berylliumoxyd, sein. Es können auch Borate und Silicate dieser Oxyde zur Verwendung gelangen. . _

Sie bilden eine chemisch sowohl als auch rein mechanisch unangreifbare und undurchdringliche Haut. Mehrere der vorgesehenen Stoffe sind an sich undurchsichtig, wenigstens in den dickeren Lagen. Demgegenüber zeigt sich hier jedoch überraschenderweise, daß sie in dünn ausgebreitetem Zustande und zum Teil sogar bei Schichtdieben bis zu 1 mm sämtlich eine bemerkenswerte Transparenz besitzen, die im allgemeinen bis zu einer Lichtdurchlässigkeit von 70 bis 90 % geht. Diese Transparenz kann noch gesteigert werden, wenn man die Stoffe nicht als Pulver, sondern in bereits vorher stark gesintertem Zustand aufträgt. Das Aluminiumoxyd ist z.B. als sogenannter Korund, der auch technisch als Pulver oder körniges Gemenge hergestellt wird, außerordentlich viel lichtdurchlässiger, da es dann eine kleinkriiStallinische Struktur aufweist. Dementsprechend kann man viel stärkere Schichten auf die Inrnienwand des Vakuumgefäßes aufsintern bzw. erhält bei gleichbleibender Dicke eine viel größere Lichtdurchlässigkeit.

Die Aufsinterungs- oder Einbrenntemperatur hängt natürlich einesteils von dem auf-.getragenen Stoff ab, andernteils aber auch von dem Erweichungspunkt des zu überkleidenden Glases und wird im allgemeinen zwischen 400 bis 900⁰ liegen. Nun ist es nicht erforderlich, nur reine' Oxyde zu nehmen, sondern man erhält auch schon gute Resultate, wenn man ihre Borate, Silicate oder auch Verbindungen untereinander verwendet und aufbrennt, wozu sich insbesondere die Borsäureverbindungen empfehlen. Einige der Borate und Silicate kommen in natürlichem Zustande vor oder werden technisch hergestellt, wie z. B. der Beryll, Chrysoberyll, Zirkon, Sillimanit, Mullit oder auch die verschiedenen technisch hergestellten Porzellane, unter denen wieder die hartsinternden hier zu bevorzugen sind.

Um eine bessere Haftfestigkeit und auch eine bessere Transparenz zu erzielen, empfiehlt es sich, ein Fluß- oder Sinterungsmittel zuzusetzen, das ebenfalls möglichst metalldampfpsSt sein muß, Solche Mittel sind u. a. Borjäfaure, die verschiedenen Borate, insbesondere rAlkali- und Erdalkaliborat, und Magnesiumoxyd. Eigenartigerweise sintern auch die reinen Oxyde bedeutend besser, wenn man sie im Gemenge verwendet, wie z. B. Berylliumoxyd und Aluminiumoxyd, oder Aluminiumoxyd und Bariumoxyd. Sie sind dann auch in höherem Grade transparent.

Sehr widerstandsfähige Schutzschichten ergeben sich ebenfalls, wenn man anstatt Borsäure als zugesetztes Flußmittel oder als Zuschlag zu anderen Materialien zu gebrauchen, reines Borsäureanhydrid selbst, und zwar ausschließlich als Überzugsmaterial verwendet; statt dessen kann auch gewöhnliche Borsäure genommen werden, wobei man dann das Wasser durch genügend lange Erhitzung vertreiben muß. Die Borsäure verbindet sich schon bei recht niedrigen¹ Temperaturen von etwa 400 bis 700⁰ mit dem darunterliegenden Glas und verdrängt die Kieselsäure aus den obersten Schichten dieses Glases, die sodann ein mehr oder weniger reines Boratglas darstellen. In gleicher Weise kann man natür- go Hch auch vorher angefertigtes Boratglas oder Borosilicatglas in Pulver- oder Körnerform auftragen und einsintern.

Um die Schutzschichten schon bei niedriger Temperatur zum Haften zu bringen, empfiehlt es sich, Borsäure, Borat, Wasserglas oder andere leicht flüssige Email- oder Glasflüsse, wie z. B. Boratgläser, kieselsäurearme Borosilicatgläser oder Zirkongläser, als Unterlage zuerst aufzutragen in Pulver- oder Körnerform und auf dieser dann erst die eigentliche Schutzschicht.

Für die Dichtigkeit und Festigkeit des Glases ist es weiterhin sehr vorteilhaft, die schützenden Stoffe statt in einer dicken Schicht in mehreren dünnen Schichten aufzutragen. So kann man z. B. zunächst eine grobkörnigere Schicht aus Korund mit oder ohne Flußmittel einsintern und auf dieser dann bzw. in den noch verbleibenden Spalten und Zwischenräumen eine feinkörnigere oder pulverförmige Schicht aus Korund, Beryll, Zirkon oder sogar pulverförmigem Aluminiumoxyd, Zirkonoxyd, Berylliumoxyd u. a. m. einbrennen.

Um. die Überzugs stoffe fest und dicht mit dem Glaskörper zu verbinden, ist starkes Erhitzen notwendig; damit der Röhrenkörper hierbei nicht zusammenfällt, kann man ihn auf einem Dorn aus gebranntem Aluminiumoxyd, Magnesia, Ton u. dgl. behandeln, auch das Glasrohr kann auf einen solchen Dorn

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gepreßt und die aufgetragene Schutzschicht dadurch fest an- und eingedrückt werden. Andererseits ist es auch möglich, die schützenden Materialien unter genügender Erhitzung auf Glasplatten aufzutragen und festzuwSl-T zen und diese Glasplatten dann erst später ztt Röhren oder sonstigen Hohlkörpern zu formen. In jedem Falle empfiehlt es sich aber, die Oberfläche der aufgesinterten oder eingebrannten Schicht abzuschleifen bzw. zu polieren. Eine weitere Glättung wird dadurch erreicht, daß man eine Art Email, bestehend aus Borsäure, Boraten u. a. m., nachträglich noch auf die Schutzschicht aufträgt oder, wie bei der Borsäure, aufdampft. Hierbei kommt es zu einer zumindest oberflächlichen Verbindung oider Verglasung mit den aufgesinterten ader eingebrannten Schichten.

An Stelle der eingesinterten Körner können auch faserige oder schuppige Gebilde verwendet werden. Ein Teil der erwähnten Stoffe kristallisiert normalerweise in diesen Formen. Man kann sogar noch einen Schritt weitergehen und absichtlich derartige künst-Hch hergestellte Plättchen aufsintern, wodurch der Flächenanteil der Spalten und Zwischenräume stark herabgesetzt wird. Schließlich kann man auch die erwähnten Stoffe vorher in Form eines sehr dünnen, durchscheinenden Hohlkörpers, z. B. eines beiderseits offenen - Hohlzylindeirs, sintern, diesen dann in die Glasrohre einschieben und durch darauffolgendes kräftiges Erhitzen auf die Röhrenwandung aufsintern.

Derartige Schutzschichten brauchen nun nicht die ganze Röhrenwandung zu bedecken, sondern es genügt, wenn sie diejenigen Teile auskleiden, die lichtdurchlässig bleiben sollen, wie z. B. das eigentliche Entladungsrohr oder Stellen, die aus Gründen der elektrischen Isolation nicht angegriffen werden dürfen, z. B. solche in der Nähe 'der Elektrodenzuführungen.

Mit Hilfe einiger als Ausführungen angegebener Beispiele sei der Sachverhalt noch weiter erklärt.

In Abb. ι ist 1 die Glaswandung und 2 die auf gesinterte Schicht, deren Korngrenzen noch eben sichtbar sind. In Abb. 2 ist 1 wieder die Glaswandung; 2,2... stellen auf· gesinterte gröbere Körner dar und 3, 3 ... feinkörnigeres Material, das auf dieser ersten Schicht auf gesintert oder in ihre Zwischenräume eingesintert ist. In Abb. 3 ist auf der Glasschicht 1 zunächst eine Grundierschicht 4 aufgetragen, auf der dann die eigentliche Schutzschicht 2 aufgebrannt ist. In Abb. 4 ist auf der Glaswand 1 eine Borsäure- oder Boratschicht 2 aufgesintert, die teilweise in die untenliegende Glasmasse eingedrungen ist. . In Abb. 5 stellt 1 den Körper der Entladungsröhre dar und 2 einen Zylinder aus schützenden Materialien, der eingeschoben und festgesintert worden ist. In Abb. 6 ist das Glasrohr ι mit der innen aufgetragenen Schicht 2 auf einen Dorn 6 geschoben, auf dem es erhitzt oder gepreßt wird und der ein Zusammenfallen verhindert.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrische Entladungslampe mit einer Füllung elektropositiver Metalldämpfe, deren innere Wandung mit einer lichtdurchlässigen, gegen diese Dämpfe festen Schicht überzogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Schicht aus pulverförmigen oder körnigen, schwer schmelzbaren Stoffen besteht und auf die Innenwandung des Entladungsgefäßes aüfgesintert oder eingebrannt ist.

2. Elektrische Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß * die Stoffe einen geringen Gehalt an Kieselsäure aufweisen.

■ 3. Elektrische Entladungslampe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß gegen elektropositive Metalldämpfe feste Metallverbindungen, insbesondere Oxyde, Silicate oder Borate des Aluminiums, Zirkoniums, Berylliums, Scandiums, Calciums, Magnesiums, verwendet werden, denen gegebenenfalls Flußmittel, wie Borsäure oder Borate, zugesetzt werden.

4. Elektrische Entladungslampe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aufzusinternden oder einzubrennenden, metalldampffesten Stoffe durch besonderes vorheriges 'Sintern oder Schmelzen stärker durchscheinend gemacht sind.

5. Elektrische Entladungslampe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß kristalline Stoffe, wie etwa Korund, Beryll, Chrysoberyll, Zirkon, Sillimanit, Mullit, oder porzellanartige Stoffe verwendet werden, die gegen elektropositive Metalldämpfe festigende Metallverbindungen enthalten.

6. Elektrische Entladungslampe nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwischenschicht aus Borsäure vorgesehen ist.

7. Elektrische Entladungslampe nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die schützenden Stoffe in mehreren Schichten verwendet werden, dergestalt, daß etwa auf oder in die Zwischenräume einer grobkörnigen Schicht eine feinkörnige oder pulverförmige Schicht eingebrannt wird.

8. Elektrische Entladungslampe nach den Ansprüchen ι bis ¹J, dadurch gekennzeichnet, daß die schützenden Stoffe lediglich auf die Teile der Gefäßinnenwand aufgesintert oder eingebrannt werden, die lichtdurchlässig bleiben müssen.

9. Elektrische Entladungslampenach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die zu überkleidende Gefäßwand ein gegen elektropositive Metalldämpfe selber relativ widerstandsfähiges Glas, wie Boratglas, kieselsäurearmes Borosilicatglas, Zdrkonglas, verwendet wird.

10. Elektrische Entladungslampe nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Auf sintern oder Einbrennen durch starkes Erhitzen oder Pressen der Röhre verstärkt und die Oberfläche hierdurch geebnet wird.

11. Elektrische Entladungslampe'nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der aufgesinterten oder eingebrannten Schicht abgeschliffen bzw. poliert wird. as

12. Elektrische Entladungslampe nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgesinterte oder eingebrannte Schicht einer Nachbehandlung unter Auftragung eines möglichst metalldampffesten dünnen Emails, etwa aus Borsäure, Borsäureanhydrid oder Boraten, unterworfen wird, wobei sich diese wenigstens oberflächlich mit der aufgesinterten oder eingebrannten Schicht verbinden und sie zugleich verglasen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen