DE69313421T2 - Beschichtete Entladungsröhre für Natriumdampflampe - Google Patents

Beschichtete Entladungsröhre für Natriumdampflampe

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Description

  • m
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Entladungsrohre aus Aluminiumoxid, die mit hochschmelzendem Metalloxid überzogen sind, und deren Einsatz für Bogenentladungslampen. Mehr im besonderen bezieht sich diese Erfindung auf Bogenrohre aus Aluminiumoxid, die mit einem Oxid eines oder mehrerer Metalle überzogen sind, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend im wesentlichen aus Y, Hf, Zr, Sc, La, Dy und deren Mischungen, sowie auf Natriumdampf- Bogenentladungslampen hohen Druckes, die diese enthalten.
  • Natrium-Bogenentladungslampen hohen Druckes (im folgenden "HPS-Lampen" genannt) sind dem Fachmann bekannt. Diese Lampen benutzen eine Natrium-Bogenentladung innerhalb eines Bogenentladungsrohres aus Aluminiumoxid als Lichtquelle. Das Aluminiumoxid-Bogenrohr ist wiederum innerhalb eines äußeren Lampenkolbens aus Glas eingeschlossen. Das Entladungsrohr aus Aluminiumoxid ist entweder aus gesintertem, polykristallinem Aluminiumoxid (PCA) oder einkristallinem Aluminiumoxid, auch als Saphir bekannt, hergestellt. Ein Entladungsrohr aus Aluminiumoxid dieser Art ist aus der US-A-4,633,137 bekannt, bei der ein Glasur-Überzug auf das Rohr aufgebracht und dann entfernt ist. Ein in dieser Weise behandeltes Entladungsrohr zeigt eine verbesserte optische Durchlässigkeit. Eine Hauptquelle des Versagens einer HPS-Lampe ist der Verlust an Natrium aus dem Bogen. Dieser Natriumverlust führt zu einer abnehmenden Lichtoder Lumen-Abgabe, Farbverschiebung und einem Spannungsanstieg, der schließlich zum Lampenversagen führt. Eine primäre Ursache des Natriumverlustes ist die Reaktion des Natriums mit dem Aluminiumoxid unter Bildung von β-Aluminiumoxid und die nachfolgende Diffusion des Natriums aus dem Entladungsrohr. Diese Reaktion ist unter den Temperatur- und Druck-Bedingungen, die innerhalb des Entladungsrohres einer betriebenen HPS-Lampe existieren, thermodynamisch begünstigt und wird mit steigender Temperatur und steigendem Druck noch ausgeprägter.
  • Andererseits ist es auch bekannt, daß das Erhöhen der Temperatur und des Druckes innerhalb eines Entladungsrohres aus Aluminiumoxid einer HPS-Lampe die Lampen-Wirksamkeit oder Lichtabgabe in Lumen/Watt erhöht und auch den Farbwiedergabeindex verbessert, was bedeutet, daß mit steigendem Druck und steigender Temperatur das aus der Entladung emittierte Licht weißer wird, und durch solches Licht beleuchtete Gegenstände, wie Automobile auf einem Parkplatz, ihre wirklichen Farben zeigen. Andererseits verstärkt die Erhöhung von Temperatur und Druck die Natrium-Verarmung der Entladung und, wenn die Temperatur des Entladungsrohres aus Aluminiumoxid etwa 1.100 oder 1.150ºC übersteigt, nimmt die Verdampfung des Aluminiumoxids von der äußeren Wand des Entladungsrohres stark zu, was ein Verdunkeln des äußeren Glaskolbens der Lampe unter Verminderung der Lumenabgabe verursacht. Es wird daher angenommen, daß das Verdunkeln des Außenkolbens durch die Verdampfung des Materials des Aluminiumoxid- Entladungsrohres und die nachfolgende Kondensation der resultierenden Dampfmaterialien auf der kühleren Innenwand des Glas-Außenkolbens der Lampe verursacht wird. Diese Kondensation führt zu einem Abfall der Lampen-Leistungsfähigkeit aufgrund der verminderten Lichtdurchlässigkeit des Außenkolbens. Dies erzeugt auch eine Erhöhung der Lampen-Betriebstemperatur, die die Verdampfungsrate des Aluminiumoxids weiter erhöht, wodurch das Ende der Lampen-Lebensdauer beschleunigt wird.
  • Es besteht daher ein Bedarf an einem Entladungsrohr oder einer Bogenkammer aus Aluminiumoxid, das bzw. die für den Einsatz in einer HPS-Lampe geeignet ist, die höheren Drucken und Temperaturen zu widerstehen in der Lage ist, um weißeres Licht abzugeben und einen größeren Farbwiedergabeindex (CRI) zu ergeben und die Lebensdauer der Lampe konventioneller HPS- Lampen zu verlängern.
  • Es wurde nun festgestellt, und dieses bildet die Grundlage der Erfindung, daß eine HPS- Lampe mit einem Entladungsrohr aus Aluminiumoxid, das mit einem Metalloxid überzogen ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend im wesentlichen aus Y, Zr, Hf, La, Dy, Sc und einer Mischung davon, einige der Nachteile der HPS-Lampen nach dem Stande der Technik überwindet, bei denen die Entladungsrohre die Überzüge der Erfindung nicht aufweisen. Das Überziehen der Oberfläche der Innenwand des Entladungsrohres aus Aluminiumoxid verringert die Natrium-Verarmung der Entladung und die nachfolgende Diffusion des Natriums durch das Entladungsrohr. Das Überziehen der äußeren Oberfläche des Entladungsrohres vermindert die Verdampfung von Aluminiumoxid-Materialien aus der Außenwand des Entladungsrohres und die Kondensation solcher Materialien auf der inneren Oberfläche des glasartigen Außenkolbens, was zu einer Verdunkelung der Lampe führt. Die Erfindung bezieht sich somit auf ein Entladungsrohr aus Aluminiumoxid, das mit einem Oxid eines oder mehrerer Metalle überzogen ist, das bzw. die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend im wesentlichen aus Y, Zr, Hf, La, Dy, Sc und einer Mischung davon, auf der inneren oder äußeren Oberfläche oder sowohl der inneren und der äußeren Oberfläche des Entladungsrohres sowie auch auf HPS-Lampen, die derart überzogene Entladungsrohre benutzen. Yttriumoxid ist besonders bevorzugt. HPS-Lampen, die die überzogenen Aluminiumoxid-Entladungsrohre gemäß der vorliegenden Erfindung benutzen, weisen eine längere Lebensdauer mit weniger Spannungsanstieg und weniger Abnahme der Lumenabgabe und des CRI während der Lebensdauer der Lampe auf. Weiter können HPS-Lampen, die die überzogenen Aluminiumoxid-Entladungsrohre der Erfindung benutzen, bei höherer Temperatur und höherem Druck als die HPS- Lampen nach dem Stande der Technik betrieben werden, die nicht überzogene Entladungsrohre aus Aluminiumoxid benutzen, und sie ergeben noch immer eine vernünftige Lampen-Lebensdauer zusammen mit weißerer Farbe, hohem CRI und geringerem Spannungsanstieg während der Lebensdauer der Lampe, verglichen mit HPS-Lampen nach dem Stande der Technik, die nicht überzogene Entladungsrohre aus Aluminiumoxid benutzen. Unter Aluminiumoxid-Entladungsrohren werden sowohl Entladungsrohre aus polykristallinem Aluminiumoxid als auch Entladungsrohre aus einkristallinem Aluminiumoxid, die auch als Saphir-Rohre bezeichnet werden, verstanden. Unter einer Mischung von Oxiden von Y, Zr, Hf, La, Dy, Sc werden Mischungen der einzelnen Oxide selbst sowie intermetallische Oxide verstanden.
  • Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der zeigen:
  • Figuren 1(a), 1(b) und 1(c) schematisch eine mit Außenkolben versehene HPS-Lampe, die ein Entladungsrohr aus Aluminiumoxid mit einem Metalloxid-Überzug auf mindestens einem Wandabschnitt gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt und ein hohles Aluminiumoxidrohr, das zum Herstellen solcher Entladungsrohre benutzt wird und einen Metalloxid-Überzug sowohl auf der inneren als auch der Außenwand gemäß der Erfindung aufweist, und
  • Figur 2 eine graphische Darstellung, die die verbesserte Lumen-Beibehaltung von HPS- Lampen veranschaulicht, die einen Yttriumoxid-Überzug auf dem Entladungsrohr aus Aluminiumoxid gemäß der Erfindung aufweisen, verglichen mit HPS-Lampen nach dem Stande der Technik, die keinen Überzug auf dem Aluminiumoxid-Entladungsrohr aufweisen.
  • In Figur 1(a) ist eine typische HPS-Lampe 1 veranschaulicht, die einen glasartigen Außenkolben 2 umfaßt, der aus Glas hergestellt ist und einen standardgemäßen Schraubsockel 3 aus Metall aufweist, der eine Metall-Schraubhülse 7 und einen Anschluß 8 umfaßt. Relativ schwere Zuleitungen 5 und 6 erstrecken sich durch die Preßdichtung 4 des einspringenden Fußes, und sie sind an einem Ende an der Metall-Schraubhülse 7 und dem Anschluß 8 durch nicht gezeigte Mittel befestigt, um der Entladung Elektrizität zuzuführen und das Entladungsrohr abzustützen. Das lichtdurchlässige Entladungsrohr 20 aus Aluminiumoxid ist zentral innerhalb des Außenkolbens 2 angeordnet, wobei sein oberes Ende hermetisch durch ein Verschlußteil 10 aus polykristallinem Aluminiumoxid abgedichtet ist, durch das sich ein Zuleitungsdraht 11 aus Niob erstreckt, der ebenfalls hermetisch in dem Verschlußteil abgedichtet ist. Die Zuleitung 11 trägt eine obere thermionische Elektrode 12, die innerhalb des Entladungsrohres 20 enthalten ist, und die allgemein ähnlich einer unteren (nicht gezeigten) thermionischen Elektrode im gegenüberliegenden Ende des Entladungsrohres sein kann, wobei beide Elektoden die gleiche allgemeine Konstruktion aufweisen. Der äußere Abschnitt der Zuleitung 11 verbindet mit einem Quer-Stützdraht 13, der an einem Seitenstab- Stützteil 14 befestigt ist. Der untere Verschlußteil 15 für das Entladungsrohr 20 hat eine zentrale Öffnung, durch die sich die (nicht gezeigte) untere thermionische Elektrode erstreckt. Das hermetisch abgedichtete Entladungsrohr wird durch das Metallband 16, das an den Seitenstab 14 geschweißt ist, im Außenkolben physisch abgestützt und durch eine isolierende Keramik-Buchse 17 von der leitenden Zuleitung 19 elektrisch isoliert. Diese Art von HPS-Lampenkonstruktion ist dem Fachmann bekannt.
  • Die Figuren 1(b) und 1(c) veranschaulichen schematisch ein Entladungsrohr aus Aluminiumoxid, das einen Metalloxid-Überzug 25 gemäß der Erfindung sowohl auf dem inneren Wandabschnitt 22 als auch dem äußeren Abschnitt 24 aufweist. Die innere Wand 22 und die äußere Wand 24 des Aluminiumoxid-Entladungsrohres 20 weisen daher beide einen Überzug 25 aus einem Oxid eines oder mehrerer Metalle auf, das bzw. die ausgewählt ist bzw. sind aus der Gruppe bestehend im wesentlichen aus Y, Zr, Hf, La, Sc, Dy und einer Mischung davon.
  • Wie oben ausgeführt, schließen die Aluminiumoxidrohre, die für das Überziehen als Entladungsrohre für die Ausführung der vorliegenden Erfindung brauchbar sind, sowohl polykristalline Aluminiumoxid- als auch einkristalline Aluminiumoxid- oder Saphir-Entladungsrohre ein, die beide kommerziell erhältlich und dem Fachmann gut bekannt sind. Derzeit sind einkristalline Aluminiumoxidrohre, die kommerziell erhältlich sind und zur Herstellung von HPS-Entladungsrohren benutzt werden, beträchtlich teurer als Rohre aus polykristallinem Aluminiumdxid, und sie sind etwas spröder, obwohl sie lichtdurchlässiger und beständiger gegen Natriumdiffusion sind als Entladungsrohre aus polykristallinem Aluminiumoxid. Nichtsdestotrotz führt das Überziehen von entweder PCA-Entladungsrohren oder Entladungsrohren aus einkristallinem Aluminiumoxid oder Sephir innerhalb, außerhalb oder sowohl innerhalb als auch außerhalb mit einem Überzug gemäß der Erfindung zu einer Verbesserung beim Verringern der Natrium-Verarmung der Entladung und der Umsetzung des Natriums mit dem Entladungsrohr und der Diffusion durch das Entladungsrohr. Das Überziehen der Außenseite jeder Art dieser Entladungsrohre mit einem Überzug gemäß der Erfindung verringert die Sublimation oder die Übertragung von Aluminiumoxid-Materialien von der Außenwand des Entladungsrohres zur kühleren inneren Oberfläche des glasartigen Außenkolbens während des Lampenbetriebes und ermöglicht auch, daß solche Entladungsrohre bei höherem Betriebsdruck benutzt werden können.
  • Entladungsrohre aus polykristallinem Aluminiumoxid sind kommerziell erhältlich und dem Fachmann gut bekannt. Diese Entladungsrohre werden hergestellt durch Sintern eines stranggepreßten "grünen" Rohres bei erhöhter Temperatur, und sie werden aus im wesentlichen reinem (d.h. 99,9+%) Aluminiumoxid zusammen mit untergeordneten Mengen von MgO zur Förderung des Sinterns und zum gleichmäßigen Kornwachstum hergestellt. Diese Entladungsrohre aus polykristallinem Aluminiumoxid können auch ein oder mehrere hochschmelzende Metalloxide, wie Y&sub2;O&sub3;, ZrO&sub2;, HfO&sub2;, Dy&sub2;O&sub3; und ähniiche, enthalten. Die US-PS 4,285,732 offenbart die Herstellung eines Rohres aus polykristallinern Aluminiumoxid, das brauchbar ist für die Herstellung von Entladungsrohren für HPS-Lampen, die bei der Ausführung der Erfindung brauchbar sind. In dieser PS enthält das Aluminiumoxid sehr untereordnete Mengen von Magnesiumoxid und mindestens eine Komponente, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zirkoniumoxid, Hafniumoxid und einer Mischung davon.
  • Bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung wurde es als hilfreich festgestellt, wenn die äußere Oberfläche des Entladungsrohres aus Aluminiumoxid entweder mechanisch oder chemisch vor dem Abscheiden des Metalloxid-Überzuges auf dem Entladungsrohr poliert wird. Im Falle eines Entladungsrohres aus Saphir wird das Polieren allgemein mechanisch ausgeführt. Im Falle eines Entladungsrohres aus polykristallinem Aluminiumoxid oder PCA kann eine Flußmittel-Polierbehandlung benutzt werden, wie sie in den US-PSN 4,033,743 und 4,079,167 offenbart ist. Bei solchen Behandlungen wird das unpolierte Keramikrohr aus polykristallinem Aluminiumoxid in ein geschmolzenes Flußmittel aus Alkalimetallsalz und binären Oxid-Systemen mit einem Alkalimetalloxid-Bestandteil eingetaucht, das die Oberfläche der Aluminiumoxidkörner löst und ein relativ glattes Oberflächen-Aussehen erzeugt. Bei einer Polierbehandlung mit Flußmittel werden die hohen Stellen der einzelnen, an der Oberfläche liegenden Aluminiumoxidkörner verringert, ohne die Korngrenzen materiell zu ätzen, und der Flußmittelrest wird von der behandelten Keramik allgemein durch Säurewaschen bei Umgebungstemperatur entfernt. Die US-PS 4,690,727 offenbart ein anderes chemisches Polierverfahren, das einen Glasur-Überzug benutzt, bei dem eine Alkalimetallborat-Fritte auf die äußere Oberfläche, innere Oberfläche oder beide Oberflächen des Rohres aus polykristallinem Aluminiumoxid aufgebracht wird, das zum Verflüssigen auf dem Aluminiumoxid erhitzt wird und den Teil der Aluminiumoxidkörner löst, die aus der Oberfläche vorstehen. Danach wird die Fritte durch Eintauchen in ein Säurebad entfernt. Diese chemischen Polierverfahren entfernen die hohen Stellen der einzelnen Aluminiumoxidkörner auf der Oberfläche des Aluminiumoxids ohne die Korngrenzen zu ätzen, und sie sind brauchbar zum Herstellen eines glatten Substrates auf der Oberfläche des Entladungs- bzw. Bogenrohres aus polykristallinem Aluminiumoxid vor dem Überziehen mit dem Metalloxid-Überzug. Ist das Bogenrohr aus Saphir nicht glatt und poliert, oder wird das Bogenrohr aus polykristallinem Aluminiumoxid nicht vor dem Aufbringen des Metalloxid-Überzuges poliert, dann füllt der Überzug die Spalten und kleinen Risse an den Korngrenzen, was zu einem nicht zusammenhängenden Überzug führen kann, der nicht so bevorzugt ist, wie ein zusammenhängender Überzug. Es ist bevorzugt, daß der Überzug zusammenhängend ist. Der Einsatz nicht polierten Aluminiumoxids erfordert das Aufbringen größerer Mengen des Überzugsmaterials, um die hohen Stellen der unpolierten Teilchen der Aluminiumoxid-Oberfläche abzudekken und einen im wesentlichen zusammenhängenden bzw. kontinuierlichen Überzug auf der Aluminiumoxid-Oberfläche zu erzielen.
  • Während eine Bindung an irgendeine spezielle Theorie nicht erwünscht ist, wird angenommen, daß das Überziehen der Innenseite des Bogenrohres mit einem Überzug aus hochschmelzendem Metalloxid gemäß der Erfindung den Natriumverlust verringert, indem er als eine Sperre zur Verminderung der Reaktion des ionisierten Natriums innerhalb des Bogenrohres mit dem Aluminiumoxid des Bogenrohres während des Betriebes der HPS-Lampe wirkt, um Natriumaluminat und β-Aluminiumoxid zu bilden. β-Aluminiumoxid wächst entlang Korngrenzen polykristallinen Aluminiumoxids in einer dentritischen oder fingerartigen Weise, die schließlich die Abstände zwischen der inneren und äußeren Wand eines Bogenrohres aus polykristallinern Aluminiumoxid überbrückt. Ist die Phase aus β-Aluminiumoxid durch die Bogenrohrwand gewachsen, dann wird der Natriumverlust außerordentlich schnell, weil das β-Aluminiumoxid als guter Leiter für Natriumionen bekannt ist. Das Überziehen der äußeren Oberfläche des Aluminiumoxids mit einem hochschmelzenden Metalloxid-Überzug gemäß der Erfindung verringert die Verdampfung oder Sublimation der Aluminiumoxid-Materialien von der äußeren Oberfläche des Bogenrohres, insbesondere bei Temperaturen von 1.150ºC oder mehr während des Betriebes der HPS-Lampe mit nachfolgender Kondensation solcher Materialien auf der kühleren Innenoberfläche des glasartigen Außenkolbens, was das langsame Verdunkeln des Außenkolbens verursacht und die Lumenabgabe beträchtlich verringert. Für die meisten Anwendungen in HPS-Lampen gemäß der Erfindung wird das Bogenrohr aus Aluminiumoxid folglich den Überzug sowohl auf der inneren als auch der äußeren Oberfläche aufweisen.
  • Da der Überzug des Bogenrohres gemäß der Erfindung ein Oxid von einem oder mehreren Metallen ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend im wesentlichen aus Y, Zr, Hf, La, Dy, Sc und einer Mischung davon, ist es möglich, überzogene Bogenrohre herzustellen, bei denen sowohl die innere als auch die äußere Oberfläche des Aluminiumoxids mit verschiedenen Metalloxiden überzogen sind, wobei der innere Überzug derart ausgewählt ist, daß er stabiler ist gegen Natriumangriff, und der äußere Überzug ausgewählt ist, um die Verdampfung oder Sublimation von Aluminiumoxid-Materialien zu unterdrücken. Der Metalloxid-Überzug oder die entsprechenden Überzüge können auf das Bogenrohr aus Aluminiumoxid mit einer Anzahl unterschiedlicher Verfahren aufgebracht werden, deren Auswahl dem Praktiker überlassen bleibt. Diese Verfahren schließen das Tauchüberziehen in wässerigen oder organischen Seien oder Aufschlämmungen von Oxiden oder metallorganischen Verbindungen, wie Metallalkoxiden, in organischen Lösungen, Aufschlämmungen außerordentlich feiner Metalloxid-Teilchen, die Bildung des Oxids durch Zersetzung der metallorganischen Vorstufen im Dampfzustand und das chemische Aufdampfen geeigneter zersetzbarer Metalloxid-Vorstufen, wie Yttriumtrichlorid, eines Metallacetylacetonats, wie Yttrium- oder Zirkoniumacetylacetonat, Seltenerdmetallacetylacetonat, Metalldionats, wie Yttrium-2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptandionat, Tris(cyclopentadienyl)M, worin M ein Metall gemäß der Erfindung (z.B. Y) ist, Metallchelat-Verbindungen, wie β-Diketonaten usw., ein, deren Wahl dem Praktiker überlassen bleibt.
  • Überzugsdicken von Metalloxid, die zwischen 1 und 5 pm variieren, wurden in einer einfachen Weise durch Eintauchen der Bogenrohre in ein wässeriges Sel des erwünschten Metalloxids (z.B. Yttriumoxid), enthaltend eine wasserlösliche organische Flüssigkeit und einen Binder, um das Reißen des Überzuges aufgrund von Spannungen zu minimieren, die durch das nachfolgende Verdampfen des Wassers verursacht werden, und um das Handhaben vor und während des Erhitzens zum Schmelzen und Verschmelzen des Metalloxidsols zu einem zusammenhängenden Überzug aus Metalloxid zu erleichtern, erzielt. So wuren, z.B., Yttriumoxid-Überzüge sowohl auf die innere als auch die äußere Oberfläche von Bogenrohren aus polykristallinem Aluminiumoxid unter Anwendung eines Tauchverfahrens aufgebracht, indem man das Bogen rohr in ein wässeriges Sel von Yttriumoxid eintauchte, das von Nycol Products erhalten wurde, umfassend eine 14 gew.-%-ige Suspension von Yttriumoxid (Y&sub2;O&sub3;) mit einer Submikron-Teilchengröße (d.h. > 0,1 µm) in Wasser und säurestabilisiert, zu dem Methanol, Wasser und Polyvinylpyrrolidon als ein Binder zusammen mit Formamid hinzugegeben wurden, um das Reißen während des Trocknens zu verringern. Ahnliche Bogenrohre wurden mit einem wässerigen, säurestabilisierten Zirkoniumdioxid (ZRO&sub2;)Sol hergestellt, das ebenfalls von Nycol erhalten und mit Wasser, Polyvinylpyrrolidon, Methanol und Formamid versehen wurde. Nachdem die Bogenrohre mit dem Yttriumoxid oder Zirkoniumoxid überzogen waren, wurden sie bei Raumtemperatur für Stunden luftgetrocknet und dann über Nacht bei 100ºC, woraufhin sie langsam bis zu 1.500ºC unter Anwendung eines Schemas erhitzt und für 90 Minuten bei dieser Temperatur gehalten wurden, wobei die Gesamtzeit von Raumtemperatur bis zum Ende des 90 minütigen Haltens der Temperatur bei 1.500ºC 280 Minuten betrug. Die so aufgebrachten Überzüge aus Yttriumoxid und Zirkoniumdioxid wurden durch optische und abtastende Elektronenmikroskopie analysiert, und die Oberflächen der überzogenen Bogenrohre wurden mittels Röntgenbeugung und ESCA bewertet. Photometrie-Messungen unter Anwendung eines Photometers wurden benutzt, um die Lumenabgabe als Funktion der Brennzeit der Lampen zu messen, die aus diesen Bogenrohren hergestellt wurden, wie oben angegeben.
  • Mit einem Überzug aus Zirkoniumdioxid überzogene Begenrohre aus polykristallinem Aluminiumoxid wurden auch hergestellt aus gemischtem primärem und sekundärem Zirkoniumalkoxid. Die gemischten Zirkoniumalkoxide wurden hergestellt durch eine Austauschreaktion von Zirkonium-n-propoxid mit 1-Amylalkohol. Das Aktivieren der Oberfläche des Bogenrohres aus polykristallinem Aluminiumoxid mit Phosphorsäure für wenige Minuten verbesserte die Haftung des nachfolgend gebildeten Zirkoniumdioxid-Überzuges am Bogenrohr und ergab relativ rißfreie Überzüge über die Oberfläche. Ein homogener Zirkoniumdioxid-Überzug mit einer Dicke zwischen 200 und 300 Å wurde auf Bogenrohren aus polykristallinem Aluminiumoxid aus einer solchen gemischten Alkoxid-Vorstufenlösung durch Eintauchen unter einer Stickstoff-Atmosphäre unter Einsatz von etwa 30 Gew.-% des gemischten Alkoxids in 1-Amylalkohol erhalten. Das mit Alkoxid überzogene Bogenrohr wurde 3 Stunden bei 500ºC erhitzt, um die Vorstufe in Zirkoniumdioxid umzuwandeln, und unter Anwendung dieses Verfahrens mit Zirkoniumdioxid überzogene Bogenrohre, die für mehr als 170 Stunden auf 1.200ºC erhitzt wurden, behielten ihre physikalische Integrität beim cyclischen Abkühlen auf Raumtemperatur trotz der bekannten Phasenumwandlung mit der dazugehörigen Volumenänderung, die bei 1.145ºC auftrat. Bei 1.600ºC begann die Integrität des Zirkoniumdioxid-Überzuges zu zerbrechen.
  • Eine Anzahl von HPS-Lampen der allgemein in Figur 1 veranschaulichten Art wurde hergestellt sowohl unter Einsatz überzogener als auch nicht überzogener Bogenrohre aus polykristallinern Aluminiumoxid mit einem Innen- und Außen-Durchmesser von etwa 5 und 6,5 mm, einer Wandstärke von etwa 0,75 mm und einer Bogenrohrlänge von etwa 40 mm. Der Bogenspaltabstand in mm betrug 16. Die Lampen beruhten auf einem Design einer konventionellen HPS-Lampe von 70 Watt, die einen Bogenspalt von 20 mm aufwies. Der Abstand der Elektodenspitze zur Dichtung wurde an jedem Ende um 2 mm vergrößert, um heißere Temperaturen des Bogenrohres ohne Beeinträchtigen der Dichtungen an jedem Ende des Bogenrohres zu gestatten, und dies verminderte die Bogenspalt-Länge auf 16 mm. Die Lampen waren entworfen für einen Betrieb bei 70 Watt, und sie wurden bei 70, 120 und 150 Watt betrieben, was eine Wandbelastung in V/cm² von 21, 37 bzw. 46 ergab. Die Temperatur der mittleren Wand des Begenrohres betrug etwa 1.040ºC, 1.235ºC bzw. 1.315ºC bei Betriebs-Wattzahlen von 70, 120 bzw. 150. Der Betrieb dieser Lampen zeigte, daß Lampen, deren Bogenrohre mit einem Yttriumoxid-Überzug sowohl auf der inneren als auch der äußeren Oberfläche versehen waren (unter Anwendung der oben beschriebenen Sel-Eintauchtechnik) einen verringerten Natriumangriff und eine verminderte Natriumaluminat-Bildung in der Bogenrohr-Wandung zeigten. Das Yttriumoxid war 2-3 µm dick, sowohl auf der inneren als auch der äußeren Oberfläche des Bogenrohres. Die Lampen wurden über 5.000 Stunden Brennzeit getestet, was zeigte, daß die überzogenen Lampen eine um 25% bessere Lumen-Beibehaltung aufgrund verringerter Verdunkelung des Außenkolbens und eine beträchtlich größere Überlebensrate als die gleichen Lampen aufwie sen, die nicht überzogene Bogenrohre hatten. Auswirkungen zweiter Ordnung des geringeren Spannungsanstiegs und der Farbtemperatur-Verschiebung wurden besonders für die mit 71% höherer Wattzahl (120 Watt) betriebenen Lampen beobachtet, was eine beträchtlich geringere Natriumverlust-Rate nahelegt.
  • Figur 2 ist eine graphische Darstellung der HPS-Lampen, die bei 150 Watt betrieben wurden und sowohl nicht überzogene PCA-Bogenrohre als auch PCA-Bogenrohre aufwiesen, die innen und außen mit Yttriumoxid überzogen waren. Man sieht unmittelbar die beträchtlich größere prozentuale Beibehaltung der Lumenabgabe über 5.000 Stunden Brennzeit für die Lampen mit den yttriumoxid-überzogenen Bogenrohren aus Aluminiumoxid gemäß der Erfindung, verglichen mit den gleichen Lampen, die nicht überzogene Aluminiumoxid-Bogenrohre aufwiesen.
  • Es wurden ähniiche HPS-Lampen hergestellt, aber zum Betrieb bei 250 Watt entworfen. Diese Lampen benutzten nicht überzogene PCA-Bogenrohre und Bogenrohre, die mit Zirkoniumdioxid sowohl auf der inneren als auf der äußeren Oberfläche des Bogenrohres überzogen waren (durch Tauchüberziehen in Zirkoniumdioxidsol usw., wie oben beschrieben). Diese Lampen wurden bei etwa 400 Watt oder grob 50% oberhalb der vorgesehenen Wattzahl betrieben. Nach etwa 1.000 Betriebsstunden zeigten die mit Zirkoniumdioxid überzogenen Bogenrohre weniger Verdunkeln des Außenkolbens. Die mikroskopische Untersuchung der inneren Wandungen des Bogenrohres zeigte weniger Natriumangriff für die mit Zirkoniumdioxid überzogenen Bogenrohre.

Claims (7)

1. Hohles Aluminiumoxidrohr (20), das zum Einsatz als ein Bogenrohr für eine Natriumdampf- Bogenentladungslampe geeignet ist, wobei mindestens ein Abschnitt der inneren Oberfläche (22), der äußeren Oberfläche (24) oder sowohl der inneren als der äußeren Oberfläche (22,24) des Rohres (20) mit einem Überzug aus einem Oxid aus einem oder mehreren Metallen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Y, Hf, La, Zr, Dy, Sc und einer Mischung davon, überzogen ist.
2. Rohr nach Anspruch 1, worin das Aluminiumoxidrohr (20) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend im wesentlichen aus polykristallinem Aluminiumoxid und einkristallinem Aluminiumoxid.
3. Rohr nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich der Metalloxid-Überzug (25) auf der inneren Oberfläche (22) in der Zusammensetzung von dem Metalloxid-Überzug auf der äußeren Oberfläche (24) unterscheidet.
4. Hochdruck-Natriumdampf-Bogenentladungslampe (1), umfassend ein Aluminiumoxid- Begenrohr (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Bogenrohr (20) Natrium und ein Paar beabstandeter Elektroden (12), die hermetisch darin abgedichtet sind, enthält.
5. Lampe nach Anspruch 4, wobei das Bogenrohr (20) aus polykristallinem Aluminiumoxid hergestellt ist, und die Bogenrohr-Oberfläche (22,24), auf der der Überzug angeordnet ist, poliert ist.
6. Lampe nach Anspruch 4 oder 5, worin der Überzug (25) Yttriumoxid umfaßt.
7. Lampe nach Anspruch 4 oder 5, worin der Überzug (25) aus Yttriumoxid, Zirkoniumoxid oder einer Mischung davon besteht.
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