DE69923261T2

DE69923261T2 - Verbundener Körper, Hochdruckentladungslampen und ein Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE69923261T2
Application number: DE1999623261
Authority: DE
Inventors: Norikazu 3-chome Niimi
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 1999-08-26
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2019-08-27
Also published as: DE69923261D1; EP0982278A1; JP2001058882A; EP0982278B1; JP3450751B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbundkörper, ein Verfahren zur Herstellung dessen und im Besonderen eine Hochdruckentladungslampe.
2. Beschreibung der verwandten Gebiete
Eine Hochdruckentladungslampe verfügt über eine keramische Entladungsröhre mit zwei Endabschnitten, in denen jeweils ein Dichtungselement (üblicherweise als Keramikstöpsel bezeichnet) eingeführt ist, um den jeweiligen Endabschnitt abzudichten. In jedem Dichtungselement ist ein Durchgangsloch ausgebildet, und ein Metallelement, an dem ein vorbestimmtes Elektrodensystem angebracht ist, ist im Durchgangsloch eingeführt. Ein ionisierbares, Licht aussendendes Material ist im Innenraum der Entladungsröhre eingebracht und abgedichtet. Bekannte Hochdruckentladungslampen umfassen Hochdrucknatriumdampflampen und Metallhalogenidlampen, wobei Letztere eine bessere Farbabstimmung an den Tag legen. Da die Entladungsröhre aus einem Keramikmaterial hergestellt ist, kann die Lampe kann unter Hochtemperatur-Bedingungen verwendet werden.
In einer derartigen Entladungslampe ist es notwendig; den Endabschnitt der keramischen Entladungsröhre und ein Element zum Tragen eines Elektrodensystems luftdicht abzudichten. Die keramische Entladungsröhre weist einen Hauptkörper von der Form eines Rohrs mit zwei engen Enden, eines Hohlzylinders oder eines geraden Rohrs auf. Die keramische Entladungsröhre ist beispielsweise aus einem gesinterten Aluminiumoxidkörper hergestellt. Der Endabschnitt der keramischen Entladungsröhre kann beispielsweise durch das folgende, in der japanischen Patentschrift Kokai (Tokkaihei) JP-A 6-318.435 (1994) geoffenbarte Verfahren abgedichtet werden. Ein Dichtungselement wird im Endabschnitt der keramischen Entladungsröhre eingeführt und darin getragen. Ein Durchgangsloch wird in Längsrichtung der Mittelachse des Dichtungselement ausgebildet. Ein längliches Element zum Tragen eines Elektrodensystems wird in das Durchgangsloch eingeführt und darin befestigt. Das Dichtungselement ist aus Cermet hergestellt, das sowohl Aluminiumoxid als auch ein Metall, aus dem das Element zum Tragen eines Elektrodensystems besteht, in einem vorbestimmten Verhältnis enthält, sodass das Dichtungselement einen Wärmekoeffizienten aufweist, der zwischen dem des Elektrodensystem tragenden Elements und der keramischen Entladungsröhre liegt.
Bei der Herstellung einer derartigen Dichtungsstruktur sind die kalzinierten Körper der keramischen Entladungsröhre und des Dichtungselements so konstruiert, dass der Endabschnitt der Entladungsröhre einen inneren Durchmesser aufweist, der kleiner als der äußere Durchmesser des Dichtungselements ist, wenn die kalzinierten Körper gesintert werden, ohne dabei den kalzinierten Körper des Dichtungselements in den Endabschnitt des kalzinierten Körpers der Röhre einzuführen. Deshalb ist das Dichtungselement fest im Endabschnitt der keramischen Entladungsröhre eingeklemmt und festgehalten. Das Dichtugselement und das Elektrodensystem tragende Element sind ähnlich konstruiert.
Die japanische Patentschrift Kokai (Tokkaihei) JP-A 7-176.296 (1995) beschreibt ein Verfahren zur Abdichtung einer Licht aussendenden Metalldampfröhre. Gemäß der Beschreibung wird ein Platinrohr an der Öffnung der Röhre angebracht, woraufhin ein Platindeckel mit einer Wolframelektrode in das Platinrohr eingeführt wird. Ein Lot aus einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt wird zwischen dem Platinrohr und dem Platindeckel angeordnet und erhitzt, um das Platinrohr und den Platindeckel abzudichten. Alternativ dazu wird ein Deckel aus Niob in die Öffnung der Licht aussendenden Röhre und mit einem Lot aus einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt abgedichtet.
Die US-A Nr. 5.424.608 beschreibt eine Hochdruckentladungslampe mit einer Aluminiumoxidröhre und Keramikstöpseln, die ebenfalls aus Aluminiumoxid hergestellt sind, an ihren Enden. Röhrenförmige, aus Niob oder Tantal hergestellte Leitungen sind in die Keramikstöpsel eingepasst, tragen Elektroden und sind durch ein halogenidbeständiges Schmelzglas gasdicht mit den Stöpseln versiegelt. In einer dargestellten Konstruktion wird die Niobröhre vor dem Schmelzversiegeln im Stöpsel mit einer Aluminiumoxidschicht mit einer Dicke zwischen 0,1 und 0,2 mm beschichtet. Diese Schicht weist eine poröse Struktur auf, die die Benetzungsfähigkeit des Versiegelungsmaterials verbessert.
Die EP-A Nr. 751549 zeigt verschiedene Hochdruckentladungslampen, in denen Elektroden tragende Metallelemente in den Endstöpseln der Keramikröhren mithilfe einer Dichtungsmaterialschicht, bei der es sich um eine Glasschicht oder eine metallisierende Schicht handelt, versiegelt sind. In einer dargestellten Konstruktion wird das Metallelement von einer metallisierenden Dichtungsschicht gehalten, die an der Innenseite eines Cermetendstöpsels angeordnet und gehalten ist, und außerhalb des Endstöpsels im Ende der Keramikröhre ist ein die Wärmeausdehnung abschwächendes Element aus Aluminiumoxid angeordnet, das ebenfalls durch die metallisierende Schicht mit dem Cermetendstöpsel versiegelt ist. Auf der metallisierenden Schicht ist eine Glasschicht zwischen dem Metallelement und dem Abschwächungs-Element bereitgestellt, um Glas in die poröse, metallisierte Textur eindringen zu lassen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfinder haben die obgenannten Dichtungsstrukturen weiter untersucht und die folgenden Probleme gefunden. Bei dieser Dichtungsstruktur sind das Versiegelungselement und das das Elektrodensystem tragende Element durch einen zwischen diesen angelegten Druck miteinander versiegelt. Werden jedoch die zahlreichen und wiederholten Ein- und Ausschaltzyklen, denen die Struktur unterworfen ist, und die Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten dieser berücksichtigt, so ist eine weitere Verbesserung der Zuverlässigkeit der Dichtungsstruktur notwendig. Im Besonderen besteht die Notwendigkeit der Entwicklung einer Dichtungsstruktur mit hoher Korrosionsbeständigkeit und verbesserter Zuverlässigkeit, wenn ein stark korrodierendes Metallhalogenid verwendet wird.
Das bedeutet, dass die Bereitstellung einer Struktur notwendig ist, in der eine keramische Entladungsröhre oder ein Dichtungselement, beispielsweise aus Alu miniumoxid hergestellt, und ein Metallelement, das beispielsweise aus Molybdän hergestellt ist, mit hoher Festigkeit verbunden werden können, wobei die resultierende verbundene Struktur verbesserte Luftdichtigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweist und wiederholte Ein- und Ausschaltzyklen nicht zum Brechen der verbundenen Struktur führt. Weiters kann das Dichtungselement aus Cermet hergestellt sein. In einem solchen Fall werden die obigen Eigenschaften von der verbundenen Struktur aus Dichtungs- und Metallelement erwartet.
Bei dem in der japanischen Patentanmeldung Kokai (Tokkaihei) JP-A 7-176.296 beschriebenen Versiegelungsmethode werden das Platinrohr und die Licht emittierende Röhre (eine Keramikröhre) mit einem Glaslot verbunden, um diese miteinander zu versiegeln. Deshalb wird die Oberfläche des Platins und des Glases entlang der Kontaktfläche des Platinrohrs und des Glaslots durch einen vom Glas auf die Oberfläche des Rohrs angelegten Druck im Wesentlichen ohne chemische Mikroverbindungsstrukturen verbunden. Außerdem kommt es leicht zur Bildung von Rissen im Glaslot.
Ein Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer verbundenen Struktur aus einem Keramikelement oder einem Cermetelement und einem aus einem Metall, wie beispielsweise Molybdän, hergestellten Element, in der die Elemente mit hoher Festigkeit verbunden werden können, die verbundene Struktur verbesserte Luftdichtigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweist und wiederholte Wärmezyklen nicht zum Brechen der Struktur führen, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser bereitzustellen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Anwendung einer derartigen verbundenen Struktur auf eine Hochdruckentladungslampe, um die Beständigkeit gegenüber einem korrodierenden Gas, wie beispielsweise einem Metallhalogenid, und die Luftdichtigkeit zu verbessern und um ein Brechen der verbundenen Struktur aufgrund von wiederholten Ein- und Ausschaltzyklen zu verhindern.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Verbundkörper bereit, wie er in Anspruch 1 dargelegt ist.
Die vorliegende Erfindung stellt weiters eine Hochdruckentladungslampe bereit, wie sie in Anspruch 6 dargelegt ist.
Die vorliegende Erfindung stellt weiters eine Hochdruckentladungslampe bereit, wie sie in Anspruch 11 dargelegt ist.
Zudem stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers bereit, wie in Anspruch 16 dargelegt ist.
Die Ziele, Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschreiben.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1(a) ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Zustand veranschaulicht, in dem eine poröse Knochenstruktur 2 zwischen einem Dichtungselement 4 und einem Metallelement 7 bereitgestellt ist,
1(b) ist ein verbundener Körper, nachdem ein Glasmaterial geschmolzen wurde;
2 ist ein mit einem Rasterelektronenmikroskop aufgenommenes Foto, das einen Bereich in der Nähe der Kontaktfläche zwischen der inneren Oberfläche eines Dichtungselements 4 und einem Verbindungsabschnitt zeigt,
3 ist ein mit einem Rasterelektronenmikroskop aufgenommenes Foto, das eine vergrößerte Ansicht eines Teils von 2 zeigt,
4 ist ein mit einem Rasterelektronenmikroskop aufgenommenes Foto, das einen Bereich in der Nähe der Kontaktfläche zwischen der Oberfläche eines Metallele ments 7 und einem Verbindungsabschnitt in der Ausführungsform der Erfindung zeigt,
5 ist ein Foto, das eine vergrößerte Ansicht eines Teils von 4 zeigt,
6 ist ein Diagramm, das das Foto aus 3 veranschaulicht,
7 ist ein Diagramm, das das Foto aus 5 veranschaulicht,
8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Schichtstruktur des Verbindungsabschnitts des verbundenen Körpers aus 1(b) und den Wärmekoeffizienten der Schichten schematisch darstellt,
9 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand zeigt, in dem ein Füllelement 19 in das Metallelement 7 der Hochdruckentladungslampe aus 1 eingeführt ist,
10 ist eine Querschnittsansicht, die eine Hochdruckentladungslampe zeigt, nachdem das Metallelement 7 aus 9 und ein Dichtungselement 19 verbunden wurden, um einen Dichtungsabschnitt 21 zu bilden,
11 ist ein Diagramm, das schematisch ein Beispiel für eine Hoch-druckentladungslampe zeigt,
12 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Ausführungsform eines Endabschnitts einer Hochdruckentladungslampe gemäß der Erfindung zeigt, in dem ein Metallelement 7 mit der Oberfläche der Innenwand eines Dichtungselements 4 im Wesentlichen entlang der gesamten Länge der Wand verbunden ist,
13 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Ausführungsform eines Endabschnitts einer Hochdruckentladungslampe gemäß der Erfindung zeigt, worin ein Metallelement 7 mit einem Endabschnitt 1a einer Entladungsröhre 1 verbunden ist und ein Metallelement 7 und eine Metallachse eines Elektrodensystems 27 über eine metallisierte Schicht 32 elektrisch verbunden sind und die Oberfläche des Endabschnitts 1a abdecken,
14 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs in der Nähe einer Einbuchtung 31, die in 13 dargestellt ist,
15 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Endabschnitt einer Hochdruckentladungslampe gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt, worin ein Metallelement 7 mit der Oberfläche der Innenwand des Endabschnitts 1a einer Entladungsröhre 1 im Wesentlichen entlang der gesamten Länge der Oberfläche verbunden ist,
16 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Endabschnitt einer Hochdruckentladungslampe gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt, worin ein Durchgangsloch 46 eines Dichtungselements 39 durch einen Verbindungsabschnitt 6D der Erfindung abgedichtet ist, und
17 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Endabschnitt einer Hochdruckentladungslampe gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt, worin eine Öffnung 40 eines Endabschnitts 1a einer Entladungsröhre 1 durch einen Verbindungsabschnitt 6E der Erfindung abgedichtet ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die 1(a), 1(b) bis 8 sind Querschnittsansichten, die einen Endabschnitt einer Hochdruckentladungslampe gemäß der Erfindung veranschaulichen.
Eine Oberfläche 1b der Innenwand eines Endabschnitts 1a einer keramischen Hochdruckentladungsröhre 1 ist so ausgebildet, dass sie sich gerade in die Richtung der Mittelachse der Röhre erstreckt. Ein Teil eines Dichtungselements 4 ist in eine Öffnung 40 des Endabschnitts 1a eingeführt. 4c ist eine äußere Oberfläche und 46 ein Durchgangsloch des Dichtungselements 4.
Eine Vertiefung oder Einbuchtung 9 ist an der Oberfläche 4a der Innenwand des Dichtungselements 4 ausgebildet. Ein Metallelement 7 weist die Form einer Röhre auf, und in seinem Endabschnitt 7d ist eine Öffnung ausgebildet, wobei die Öffnung nach der Einbringung eines Startgases und einer ionisierbaren, Licht emittierenden Substanz abgedichtet wird. 7b ist eine innere Oberfläche und 7c eine äußere Oberfläche des Metallelements 7. Ein Innenraum des Metallelements 7 kommuniziert mit einem Innenraum der keramischen Entladungsröhre 1 (nachstehend beschrieben). Ein Vorsprung 42 ist im Dichtungselement 4 bereitgestellt und liegt einem Endabschnitt 7a des Metallelements 7 gegenüber.
Wie in 1(a) dargestellt ist, haben die Erfinder zwischen dem Metallelement 7 und dem Dichtungselement 4 eine poröse Knochenstruktur 2 bereitgestellt, die aus einem gesinterten Produkt eines Metallpulvers hergestellt ist und offene Poren aufweist. Ein Glasmaterial, nicht dargestellt, wurde dann auf der Knochenstruktur 2 angeordnet. Der Schmelzpunkt der Knochenstruktur 2 ist so angepasst, dass er über dem des Glasmaterials liegt.
Als das Glasmaterial geschmolzen wurde, wie schematisch in 1(b) dargestellt ist, haben die Erfinder herausgefunden, dass die offenen Poren mit dem geschmolzenen Glas imprägniert wurden, um die Hauptphase 14 zu bilden, welche die poröse Knochenstruktur und die Glasphase, mit der die offenen Poren imprägniert sind, umfasst. Die Erfinder haben weiters herausgefunden, dass das geschmolzene Glas in die Kontaktfläche zwischen dem Dichtungselement 4 und der Hauptphase 14 floss, sodass die Knochenstruktur von der Oberfläche des Dichtungselements leicht abgehoben wurde, um die Zwischenglasschicht 13 zu bilden. Die Hauptphase 14 und die Zwischenglasschicht 13 bilden gemeinsam eine Verbindungsabschnitt 6, der das Metallelement 7 und das Dichtungselement 4 verbindet. Der Verbindungsabschnitt 6 erstreckt sich hin zum Bereich in der Nähe des Vorsprungs 42. Eine Glasverbindungsschicht 48 ist zwischen dem Vorsprung 42 und dem Endabschnitt 7a des Metallelements 7 ausgebildet.
Diese Struktur wird nun anhand der Fotos des Rasterelektronenmikroskops aus den 2, 3, 4 und 5 und den Liniendiagrammen aus den 6 und 7 erklärt werden. 3 ist eine vergrößerte Ansicht des Fotos aus 2, und 6 ist ein Diagramm, das das Foto aus 3 veranschaulicht. Die Zwischenglasschicht 13 und die Hauptphase 14 sind an der Oberfläche des Dichtungselements 4 ausgebildet. Die Hauptphase 14 besteht aus der Knochenstruktur 15 und der Glasphase 10, mit der die offenen Poren der Knochenstruktur 15 imprägniert wurden. Die Zwischenglasschicht 13 besteht aus kristallisiertem Glas mit derselben Zusammensetzung wie die imprägnierte Glasphase 10, wobei die kristallinen Phasen 11 und die amorphen Phasen 12 voneinander getrennt sind. Der Grund hierfür liegt darin, dass nur die leicht zu kristallisierenden Komponenten, die im Glasmaterial enthalten sind, tatsächlich in der resultierenden Glasschicht kristallisieren. 5 ist ein vergrößertes Foto von 4, und 7 ist ein Diagramm, das das Foto aus 5 veranschaulicht. Die Hauptphase 14 des Verbindungsabschnitts 6 ist an der Oberfläche des Metallelements 7 ausgebildet.
Beim verbundenen Körper mit der obigen Struktur wird die Zugbelastung, die auf das Glas wirkt, in erster Linie mithilfe von Metallteilchen (poröse Knochenstruktur) verteilt, und die Druckbelastung, die auf die Knochenstruktur wirkt, wird mithilfe des in den offenen Poren imprägnierten Glases verteilt. Verschiedene Materialarten können also zusammenwirken, um sowohl der Zug- als auch der Druckbelastung am Verbindungsabschnitt standzuhalten. Außerdem kann es im Glasmaterial leicht zur Bildung von Sprüngen kommen. Bilden sich diese Sprünge jedoch innerhalb der Glasphasen, so können diese Sprünge durch die poröse, aus Metall hergestellte Knochenstruktur unterbrochen werden, wodurch das Auseinanderbrechen des Verbindungsabschnitts verhindert wird. Zudem haftet eine solche die porösen Knochenstruktur und die imprägnierten Glasphase umfassende Hauptphase am Metallelement, und die Zwischenglasschicht haftet fest am Dichtungselement an.
Außerdem sind korrosionsanfällige Glaskomponenten hauptsächlich in den offenen Poren der Knochenstruktur imprägniert.
Weiters kann die Hauptphase als Relaxationsschicht für die Differenz zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Metall- und des Dichtungselements fungieren, wodurch die Beständigkeit bei wiederholten Wärmezyklen verbessert wird. Wie dem schematischen Diagramm aus 8 zu entnehmen ist, entspricht der Wärmekoeffizient der Hauptphase 14 gegebenenfalls annähernd dem des Metallelement 7, wenn das Dichtungselement 4 einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der größer als der des Metallelements 7 ist, da die Hauptphase hauptsächlich aus der porösen Metallstruktur besteht. Der Wärmekoeffizient der Zwischenglasschicht 13 liegt im Allgemeinen gegebenenfalls im Bereich des Dichtungselements.
Wie oben beschrieben wurde sind gemäß der Struktur der Erfindung das Metall- element und das Glas sowohl durch mechanischen Druck als auch durch die oben beschriebenen physikalischen und chemischen Mikroverbindungsstrukturen miteinander verbunden, wodurch eine verbesserte Luftdichtigkeit bereitgestellt ist und Sprünge wirksam verhindert werden.
Ein solcher verbundener Körper ist besonders für eine Hochdruckentladungslampe geeignet. In diesem Fall kann eine Hochdruckentladungslampe gegenüber wiederholten Zyklen des Ein- und Ausschaltens und gegenüber einem korrodierenden Gas, das im Innenraum der Entladungsröhre enthalten ist, äußerst beständig sein.
Vorzugsweise sind in dieser Ausführungsform das Dichtungs- und das Metallelement miteinander verbunden. Ist kein Dichtungselement bereitgestellt, so werden die keramische Entladungsöhre und das Metallelement miteinander verbunden.
Die verbundene Struktur und das Verfahren der Erfindung zur unmittelbaren Verbindung eines Metallelements und einer Entladungsröhre können für die Verkleinerung von Hochdruckentladungslampen äußerst nützlich sein. Die Größe der Lampe in die Richtung der Breite ist durch die Größe des Endabschnitts eingeschränkt. Wird nun ein Dichtungselement in das Innere des Endabschnitts der keramischen Entladungsröhre eingeführt, so ist es schwierig, die Größe der Breite der Röhre auf eine unter einem bestimmten Wert liegende Größe zu verkleinern. Es ist deshalb schwierig, das Volumen des Innenraums der Röhre auf unter einen bestimmten Wert zu senken. In der Folge ist auch die Lichtaussendungseffizienz im Innenraum der Röhre beträchtlich reduziert, wenn die Ausgabeleistung auf einen nicht über 25 W liegenden Wert gesenkt ist. Werden hingegen das Metallelement und die Entladungsröhre direkt miteinander verbunden, ist es möglich, die Hochdruckentladungslampe zu verkleinern, wodurch ein bahnbrechendes Handelsprodukt einer Hochdruckentladungslampe mit niedriger Ausgangsleistung von nicht mehr als 25 W bereitgestellt ist.
In der Erfindung weisen die Zwischenglasschicht und die imprägnierte Glasphase im Wesentlichen dieselbe Zusammensetzung auf. Das bedeutet, dass sie als Ganzes zum selben Bestandteilsystem gehören, wodurch die Festigkeit des Verbindungsabschnitts gesteigert wird. Die Zwischenglasschicht und die imprägnierten Glasphasen rühren vom selben Glasmaterial her. Dies bedeutet, dass die Zwischenglasschicht und die imprägniere Glasphase vom selben Glasmaterial abgeleitet werden. Die Zwischenglasschicht und die imprägnierten Glasphasen sind gegebenenfalls vorzugsweise kristallisiert, was die Verbindungsfestigkeit mit einem Keramikelement steigert. Der Kristallisationsanteil beträgt gegebenenfalls vorzugsweise 10 % bis 50 %.
Wird die Erfindung auf eine Hochdruckentladungslampe angewendet, so ist das Metallelement nicht im Besonderen eingeschränkt und kann ein Element zum Tragen eines Elektrodensystems sein, wobei die Elektroden direkt am Element befestigt sind, oder ein röhrenförmiges Element zum Einführen eines anderen Elements zum Tragen eines Elektrodensystems sein, wobei die Elektroden ebenfalls direkt am Trageelement befestigt sind. Das letztere Element ist in den in der japanischen Patentschrift Kokai (Tokkaihei) 318.435/1994 geoffenbarten Verfahren veranschaulicht.
Das Metallelement kann aus einem oder mehreren aus der aus Molybdän, Wolfram, Rhenium, Niob, Tantal sowie Legierungen dieser bestehenden Gruppe ausgewählten Metallen hergestellt sein.
Von diesen weisen Niob und Tantal Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, die mit dem eines Keramikmaterials, insbesondere Aluminiumoxidkeramik, das eine keramische Entladungsröhre bildet, vergleichbar sind. Es ist jedoch bekannt, dass Niob und Tantal leicht zu einem Metallhalogenid korrodieren. Es ist deshalb wünschenswert, das Metallelement aus einem aus der aus Molybdän, Wolfram, Rhenium und Legierungen dieser bestehenden Gruppe ausgewählten Metall herzustellen. Derartige Metalle mit hoher Beständigkeit gegenüber einem Metallhalogenid weisen jedoch im Allgemeinen einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Beispielsweise hat Aluminiumoxidkeramik einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 8 × 10^-6 K^-1, Molybdän von 6 × 10^-6 K^-1 und Wolfram und Rhenium von nicht mehr als 6 × 10^-6 K^-1. In einem solchen Fall reduziert die verbundene Struktur der Erfindung, wie oben beschrieben, wirksam die Differenz zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Metallelements und der Entladungsröhre oder des Dichtungselements.
Molybdän ist für die verbundene Struktur der Erfindung besonders vorteilhaft, da es eine beträchtliche Beständigkeit gegenüber der Korrosion durch Metalldampf, insbesondere durch ein Metallhalogenidgas aufweist, und auf Glas benetzbar ist.
Wird Molybdän als Material für das Metallelement verwendet, so wird gegebenenfalls vorzugsweise zumindest eines aus La₂O₃ und CeO₂ dem Molybdän in einer Menge von insgesamt 0,1 bis 2,0 Gew.-% zugesetzt.
Die poröse Knochenstruktur wird aus einem gesinterten Produkt eines Metallpulvers hergestellt. Das Metallpulver ist gegebenenfalls vorzugsweise aus einem aus der aus Molybdän, Wolfram, Rhenium, Niob, Tantal und Legierungen dieser bestehenden Gruppe ausgewählten Metall hergestellt. Zur weiteren Verbesserung der Beständigkeit der Struktur gegenüber einem Halogen ist ein aus der aus Molybdän, Wolfram, Rhenium und Legierungen dieser bestehenden Gruppe ausgewähltes Metall besonders bevorzugt.
Die Hauptkomponenten der Metalle, aus denen das Metallelement und die poröse Knochenstruktur aufgebaut sind, sind gegebenenfalls vorzugsweise die gleichen und noch bevorzugter Molybdän. Dies (Hauptkomponente) bedeutet, dass diese Komponente nicht weniger als 60 Gew.-% des Metalls ausmacht.
Die poröse Knochenstruktur weist gegebenenfalls vorzugsweise eine Porosität aus offen Poren von nicht unter 30 % und noch bevorzugter von nicht unter 40 % auf, wodurch die Festigkeit des Verbindungsabschnitts verbessert wird. Die Porosität ist gegebenenfalls vorzugsweise nicht höher als 80 % und insbesondere nicht höher als 70 %, wodurch die offenen Poren der Knochenstruktur wirksam mit Glas imprägniert werden und die auf die Struktur wirkende Belastung verteilt wird, um die Festigkeit dieser bei wiederholten Wärmezyklen zu steigern.
Um die imprägnierte Glasphase gemäß der Erfindung angemessen herzustellen weist das Metallpulver, bei dem es sich um das Material der Knochenstruktur handelt, eine Klopfdichte von 2,5 bis 3,5 g/cm³ auf.
Das zweite Element oder Dichtungselement ist aus einem Keramikmaterial oder Cermet hergestellt. Das Keramikmaterial ist gegebenenfalls vorzugsweise ein Keramikmaterial allein, das aus der aus Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Yttriumoxid, Lanthanoxid und Zirconiumdioxid bestehenden Gruppe ausgewählt ist, oder eine Mischverbindung aus diesen.
Im Besonderen kann das Dichtungselement aus derselben oder anderen Materialarten als die keramische Entladungsröhre hergestellt sein. Ist der elektrische Leiter aus Niob oder Tantal hergestellt, so sind die Entladungsröhre und das Dichtungselement gegebenenfalls vorzugsweise aus demselben Material hergestellt, da in diesem Fall der Wärmeausdehnungskoeffizient des elektrischen Leiters annähernd dem der keramischen Entladungslampe und des Dichtungselements entspricht. Dies (dieselbe Materialart) bedeutet, dass die Grundkomponenten des Keramikmaterials dieselben sind und die zugesetzte(n) Komponente(n) dieselben oder andere sein können.
Ist das Metallelement aus Molybdän, Wolfram, Rhenium oder Legierungen dieser hergestellt, so ist die Differenz zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der keramischen Entladungsröhre und des Metallelements relativ erhöht. Deshalb ist es vorzuziehen, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des Dichtungselements auf zwischen dem des elektrischen Leiters und dem des Endabschnitts der keramischen Entladungsröhre einzustellen. Aus diesem Grund ist das Dichtungselement gegebenenfalls aus einem Cermet gebildet.
Ein Cermet ist ein Verbundmaterial aus einem Keramikmaterial und Metall. Ein solches Keramikmaterial ist gegebenenfalls vorzugsweise ein Keramikmaterial allein, das aus der aus Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Yttriumoxid, Lanthanoxid und Zirconiumdioxid bestehenden Gruppe ausgewählt ist, oder eine Mischverbindung aus diesen und noch bevorzugter dieselbe Art Keramik wie die der keramischen Entladungsröhre, wodurch es möglich ist, die keramische Entladungsröhre und das Dichtungselement gleichzeitig zu brennen. Von diesem Standpunkt aus betrachtet sind die Keramikkomponenten der keramischen Entladungsröhre und des Cermets gegebenenfalls noch bevorzugter Keramikmaterialien aus Aluminiumoxid.
Die Metallkomponente des Cermets ist gegebenenfalls vorzugsweise ein Metall mit einem bei hohen Temperaturen liegenden Schmelzpunkt und Beständigkeit gegenüber einem Metallhalogenid, wie beispielsweise Wolfram, Molybdän, Rhenium oder dergleichen sowie Legierungen dieser, wodurch dem Dichtungselement die verbesserte Beständigkeit gegenüber einem Metallhalogenid überfragen wird. Das Cermet weist vorzugsweise einen Anteil der Keramikkomponente von nicht weniger als 55 Gew.-% und noch bevorzugter nicht weniger als 60 Gew.-% auf (den Rest bildet eine Metallkomponente).
Die Zwischenglasschicht und/oder die imprägnierte Phase enthalten gegebenenfalls vorzugsweise eine aus der aus Al₂O₃, SiO₂, Y₂O₃, Dy₂O₃, B₂O₃ und MoO₃ bestehenden Gruppe ausgewählte Glaskomponente und enthalten noch bevorzugter Al₂O₃ und SiO₂. Weiters enthält das Glas vom Standpunkt der Benetzungsfähigkeit aus betrachtet gegebenenfalls vorzugsweise eine Hauptkomponente aus dem Keramikoder Cermetmaterial des zweiten Elements. Dies (Hauptkomponente) bezieht sich auf eine Keramikkomponente, die nicht weniger als 70 Gew.-% des Keramikmaterials oder der Keramikkomponente ausmacht, die nicht weniger als 60 Gew.-% des Cermets ausmacht.
Im Folgenden ist der Bereich der bevorzugten Zusammensetzung aufgeführt.

Al₂O₃ 10 bis 30 Gew.-%

SiO₂ 15 bis 40 Gew.-%

Y₂O₃ 0 bis 40 Gew.-%

Dy₂O₃ 0 bis 70 Gew.-%

B₂O₃ 0 bis 5 Gew.-%

MoO₃ 0 bis 10 Gew.-%
Das oben beschriebene Verbindungsverfahren kann auf beide Enden einer Keramikröhre angewendet werden. An einem Ende ist es jedoch notwendig, ein röhrenförmiges Metallelement bereitzustellen und eine ionisierbare, Licht aussendende Substanz durch den Innenraum des Metallelements einzuführen. Am anderen Ende können andere Elemente von verschiedener Form, wie beispielsweise ein Stab, eine Röhre oder dergleichen bereitgestellt sein.
Die Form der keramischen Entladungsröhre ist nicht im Besonderen eingeschränkt und umfasst eine Röhre, einen Zylinder, einen Hohlzylinder oder dergleichen. Ist das Metallelement ein röhrenförmiges Element, das ein Elektrodensystem trägt, durch welches eine ionisierbare, Licht aussendende Substanz in den Innenraum der Entladungsröhre eingeführt wird, so wird das das Elektrodensystem tragende Element durch Laserschweißen oder Wolframinertschweißen versiegelt. Beim Einsatz des Laserschweißverfahrens wird beispielsweise ein Nd/YAG-Laser eingesetzt.
Im Fall einer Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe wird ein Inertgas, wie beispielsweise Argon, ein Metallhalid und wahlweise Quecksilber in den Innenraum der keramischen Entladungsröhre eingeführt.
Die 1, 9 und 10 stellen die Ausführungsformen der Endabschnitte einer Lampe dar, auf die die Erfindung anwendbar ist. Weitere Erklärungen eines jeden der in den 1 bis 8 gezeigten Abschnitte werden hier in Folge weggelassen.
Ein Verbindungsabschnitt 6 der Erfindung ist zwischen einem Dichtungselement 4 und einem Metallelement 7 angeordnet, um diese miteinander zu verbinden und Luftdichtigkeit zu gewährleisten.
Wie 9 zu entnehmen ist, ist eine Achse 27 eines Elektrodensystems 18 an einem Füllelement 19 (vorzugsweise aus einem Metall hergestellt) angebracht, das Elektrodensystem 18 ist in den Innenraum einer keramischen Entladungsröhre eingeführt und das Füllelement 19 ist in den Innenraum des Metallelements 7 eingeführt. Wie 10 zu entnehmen ist, ist ein Endabschnitt 19a des Füllelements 19 durch obgenanntes Schweißen oder dergleichen am Metallelement 7 befestigt, um einen Dichtungsabschnitt 21 zu bilden, wodurch eine ionisierbare, Licht aussendende Substanz und ein Startgas im Innenraum der keramischen Entladungsröhre von der äußeren Atmosphäre abgeschlossen sind und dem Elektrodensystem über das Füllelement 19 elektrischer Strom zugeführt wird. Ein Vorsprung 42 dient der Ausrichtung des Metallelements 7 und der Verlängerung des Strömungswegs des korrodierenden Gases.
11 ist ein Diagramm, das eine Ausführungsform der Hochdruckentladungslampe schematisch darstellt. Jeder bereits in den 1, 9 und 10 dargestellte Abschnitt ist mit derselben Kennzahl wie in diesen Figuren versehen und wird nicht erneut erklärt.
Ein Hochdruckentladungslampensystem 23 verfügt über eine äußere Röhre 30, die im Allgemeinen aus Hartglas hergestellt ist, in der eine Hochdruckentladungslampe 1 enthalten ist. Die beiden Enden der äußeren Röhre 30 sind mit Keramikdeckeln abgedichtet. Jedes der Füllelemente 19 wird in eines der Metallelemente 7 eingeführt und mit diesem verbunden. Ein äußeres Leitungskabel 25 ist am äußeren Ende 19a eines jeden Füllelements 19 angeschlossen.
In der in 12 dargestellten Ausführungsform weist das Dichtungselement 4 keinen Vorsprung an der Oberfläche seiner Innenwand auf. Das Metallelement 7 und die Oberfläche der Innenwand des Dichtungselements 4 sind im Wesentlichen entlang der gesamten Länge des Durchgangslochs 46 des Dichtungselements 4 miteinander verbunden. 6A ist ein Verbindungsabschnitt, 13A eine Zwischenglasschicht und 14A die Hauptphase.
In der in 13 dargestellten Ausführungsform erstreckt sich die Oberfläche 1b der Innenwand des Endabschnitts 1a der keramischen Entladungsröhre 1 gerade in die Richtung der Hauptachse der keramischen Entladungsröhre. Eine Einbuchtung 31 ist im Endabschnitt 1d der Oberfläche 1b der Innenwand des Endabschnitts 1a ausgebildet. Ein Endabschnitt 7a eines Metallelements 7 ist in der Einbuchtung 31 gehalten. Ein Verbindungsabschnitt 6B ist zwischen der Entladungsröhre 1 und dem Metallelement 7 eingeschoben, um diese miteinander in der Einbuchtung 31 zu verbinden und Luftdichtigkeit zu gewährleisten. 32 ist eine metallisierte Schicht.
14 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs in der Nähe der Einbuchtung 31, der in 13 dargestellt ist. Der Verbindungsabschnitt 6B umfasst eine Hauptphase 14B, die in Kontakt zum Metallelement 7 steht, und eine Zwischenglasschicht 13B, die Kontakt zur Entladungsröhre 1 steht. Die metallisierte Schicht 32 deckt die Oberfläche 1b der Innenwand des Endabschnitts 1a der Entladungsröhre 1 ab, deckt außerdem die Oberfläche der Einbuchtung 31 ab, berührt die Kante des Endabschnitts 7a des Metallelements 7 und erstreckt sich bis zur Kante des Verbindungsabschnitts 6B.
In der Ausführungsform aus 15 weist die Oberfläche 1b der Innenwand des Endabschnitts 1a der Entladungsröhre 1 keinen Vorsprung auf, und die Oberfläche 1b der Innenwand erstreckt sich im Wesentlichen geradlinig. Die Oberfläche 1b der Innenwand des Endabschnitts 1a und das Metallelement 7 sind im Wesentlichen entlang der gesamten Länge einer Öffnung 40 des Endabschnitts 1a miteinander verbunden. 6C ist ein Verbindungsabschnitt, 13C ist eine Zwischenglasschicht und 14C die Hauptphase.
In jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen ist der Verbindungsabschnitt der Erfindung zwischen der äußeren Oberfläche des Metallelements und der Oberfläche der Innenwand des Endabschnitts der keramischen Entladungsröhre oder des Dichtungselements angeordnet. Mit anderen Worten dichten die oben beschriebenen Verbindungsabschnitte der Erfindung nicht die Öffnung im Endabschnitt der keramischen Entladungsröhre oder das Durchgangsloch des Dichtungselements ab. Der Verbindungsabschnitt der Erfindung weist jedoch eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf und kann deshalb die Öffnung der keramischen Entladungsröhre durch sich selbst, durch die Berührung der Zwischenglasschicht und der Oberfläche der Innenwand, die der Öffnung gegenüberliegt, und durch Abdichten dieser mit der Zwischenglasschicht und der Hauptphase unter Aufrechterhaltung der Luftdichtigkeit abdichten. Alternativ dazu kann die Zwischenglasschicht der Oberfläche der Innenwand, die dem Durchgangsloch des Dichtungselements gegenüberliegt, berühren, um das Durchgangsloch mit der Zwischenglasschicht und der Hauptphase unter Aufrechterhaltung der Luftdichtigkeit abzudichten. In diesen Fällen ist das Metallelement mit der Hauptphase verbunden, ohne durch den Verbindungsabschnitt zu treten. Die 16 und 17 betreffen derartige Ausführungsformen.
In der Ausführungsform aus 16 ist ein erstes Dichtungselement 37 innerhalb einer inneren Oberfläche 38b in der Nähe einer Endfläche 38c der keramischen Entladungsröhre 38 einer Hochdruckentladungslampe eingeführt. Eine äußere Oberfläche 38a der Entladungsröhre 38 erstreckt sich geradlinig in Längsrichtung. Die Dicke der Entladungsröhre 38 ist im Wesentlichen gleichmäßig. Ein zweites zylindrisches Dichtungselement 39 ist im Inneren des ersten Dichtungselements 37 eingeführt. Die Dichtungselemente 37 und 39 sind, so wie die zuvor beschriebenen Dichtungselemente, aus einem Keramikmaterial oder Cermet hergestellt. Der Verbindungsabschnitt 6D der Erfindung ist im zweiten Dichtungselement 39 ausgebildet.
Bei der Bildung des Verbindungsabschnitts 6D wird eine poröse Knochenstruktur in das Dichtungselement 39 eingeführt. Vorzugsweise sind zuvor bereits ein Metallelement 35 und eine Metallachse 27, die aus Molybdän hergestellt sind, mit der Knochenstruktur verbunden worden. Sind der äußere Durchmesser der porösen Knochenstruktur und der innere Durchmesser der Oberfläche 39a der Innenwand des Dichtungselements 39 genau auf denselben Wert eingestellt, so ist es durch die Toleranz der Maße gegebenenfalls unmöglich, die Knochenstruktur einzuführen. Vorzugsweise ist ein Spiel von 0,05 bis 0,10 mm bereitgestellt. Beim Einführen der porösen Knochenstruktur und dem Schmelzen eines Glasmaterials auf der Knochen struktur wird die poröse Knochenstruktur mit dem Glas imprägniert, um die Hauptphase 14D und eine Zwischenglasschicht 13D in der Toleranz der Knochenstruktur und dem Dichtungselement auszubilden.
In der Folge ist das Durchgangsloch 46 des Dichtungselements 39 im Wesentlichen durch die Hauptphase 14D abgedichtet, und die Zwischenglasschicht 13D ist innerhalb des Abstands zwischen der Hauptphase 14D und der Oberfläche 39a der Innenwand des Dichtungselements 39 ausgebildet. Die Achse 27 ist mit der dem Innenraum 17 gegenüberliegenden Oberfläche der Hauptphase 14D verbunden, und ein Metallelement 35 ist mit der äußeren Oberfläche der Hauptphase 14D verbunden. Eine Glasschicht 45 ist zudem innerhalb des Abstands zwischen dem Metallelement 35 und dem Dichtungselement 39 ausgebildet.
In der in 17 gezeigten Ausführungsform ist, wie auch schon in 16 dargestellt, der Verbindungsabschnitt 6E der Erfindung innerhalb einer Öffnung 40 des Endabschnitts 1a der Entladungsröhre 1 ausgebildet.
Beim Bilden des Verbindungsabschnitts 6E wird eine poröse Knochenstruktur in die innere Öffnung 40 des Endabschnitts 1a der Entladungsröhre 1 eingeführt. Ein Metallelement 35 und eine Metallachse 27 sind bereits zuvor an der Knochenstruktur befestigt worden. Ein Abstand, vorzugsweise 0,05 bis 0,10 mm, ist zwischen der äußeren Oberfläche der Knochenstruktur und der inneren Oberfläche 1b der Entladungsröhre 1 bereitgestellt. Beim Einführen der porösen Knochenstruktur und dem Schmelzen eine Glasmaterials auf der Knochenstruktur wird die poröse Knochenstruktur mit dem Glas imprägniert, um die Hauptphase 14E und eine Zwischenglasschicht 13E im Spiel zwischen der Hauptphase 14E und der Entladungsröhre 1 auszubilden.
Nun wird das am meisten bevorzugte Verfahren zur Herstellung von Hochdruckentladungslampen gemäß den Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Wird ein Dichtungselement eingesetzt, so wird ein pulvriges Rohmaterial (vorzugsweise Aluminiumoxidpulver) des Dichtungselements zu einem Formkörper des Dichtungselements geformt, der die Form eines Rings aufweist. Zu diesem Zeitpunkt ist es bevorzugt, mit einem Sprühtrockner oder dergleichen granulierte Körnchen unter einem Druck von 196 bis 294 MPa (2.000 bis 3.000 kgf/cm2) presszuformen. Der erhaltene Formkörper kann vorzugsweise einer Entparaffinierung und Kalzinierung unterzogen werden, um einen kalzinierten Körper zu ergeben, der dann bei einer Temperatur zwischen 1.600 und 1.900 °C in reduzierender Atmosphäre mit einem Taupunkt von –15 bis 15 °C fertig gesintert wird.
Der Entparaffinierungsvorgang wird gegebenenfalls vorzugsweise bei einer Temperatur von 600 bis 800 °C durchgeführt, und der Kalzinierungsvorgang wird gegebenenfalls vorzugsweise bei einer Temperatur von 1.200 bis 1.400 °C in Wasserstoff reduzierender Atmosphäre durchgeführt. Die Kalzinierung verleiht dem Formkörper des Dichtungselements gegebenenfalls einen gewissen Grad an Festigkeit und erleichtert die Handhabe des Dichtungselements. Eine Einbuchtung kann, beispielsweise durch maschinelle Bearbeitung, ausgebildet werden.
Zudem wird ein Metallpulver formuliert, zermalmt, getrocknet und mit einem zugesetzten Bindemittel, wie beispielsweise Ethylcellulose, ein Acrylharz und dergleichen, gemahlen, um eine Paste zu erhalten, die dann auf die äußere Oberfläche des Endabschnitts des Metallelements aufgebracht und bei einer Temperatur von 20 bis 60 °C getrocknet wird. Der erhaltene kalzinierte Körper wird in reduzierender oder inerter Atmosphäre oder Vakuum mit einem Taupunkt von 20 bis 50 °C bei einer Temperatur von 1.200 bis 1.700 °C gesintert.
Auch der Hauptkörper einer keramischen Entladungsröhre wird geformt, entparaffiniert und kalziniert, um einen kalzinierten Körper der keramischen Entladungsröhre zu erhalten. Der vorgesinterte Körper des Dichtungselements wird in den Endabschnitt des erhaltenen kalzinierten Körpers eingeführt, an einer vorbestimmten Stelle festgehalten und in einer reduzierenden Atmosphäre mit einem Taupunkt von –15 bis 15 °C bei einer Temperatur von 1.600 bis 1.900 °C fertig gesintert, um eine keramische Entladungsröhre zu erhalten.
Weiters wird ein Pulver oder eine Fritte zu einer vorbestimmten Glaszusammensetzung formuliert, zermalmt, mit einem zugesetzten Bindemittel, wie beispielsweise Polyvinylalkohol oder dergleichen, granuliert, pressgeformt und entparaffiniert, um ein Glasmaterial zu erhalten. Alternativ dazu wird ein Pulver oder eine Fritte eines Glases geschmolzen und zum Erhalt eines Festkörpers verfestigt, der dann zermalmt, mit einem zugesetzten Bindemittel granuliert, pressgeformt und entparaffiniert wird. In diesem Fall sind der Zusatz von 3 bis 5 Gew.-% eines Bindemittels zum Glas, das Pressformen unter einem Druck von 1 bis 5 Tonnen, das Entparaffinieren bei etwa700 °C und das Kalzinieren bei einer Temperatur von 1.000 bis 1.200 °C bevorzugt.
Diese Entladungsröhre, Dichtungselement, Metallelement, poröse Knochenstruktur und Glasmaterial werden so wie in 1(a) gezeigt zusammengebaut und in nicht oxidierender Atmosphäre auf eine Temperatur von 1.000 bis 1.600 °C erhitzt.
Die keramische Entladungslampe, die unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 beschrieben wurde, wurde dem obigen Verfahren entsprechend hergestellt. Die keramische Entladungsröhre und das Dichtungselement wurden aus einem Aluminiumoxidkeramikmaterial hergestellt, und ein aus Molybdän hergestelltes Rohr wurde als Metallelement eingesetzt. Dafür wurde Molybdänpulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 3 μm eingesetzt, und Ethylcellulose wurde als Bindemittel verwendet. Das Molybdänpulver wies eine Klopfdichte von 2,9 g/cm³ auf. Die Zusammensetzung des Glases bestand aus 60 Gew.-% Dysprosiumoxid, 15 Gew.-% Aluminiumoxid und 25 Gew.-% Siliciumdioxid.
Die keramische Entladungsröhre wurde einer Wärmezyklusprüfung unterzogen. Im Besonderen wurde in einem Zyklus ihre Temperatur 15 Minuten lang bei Raumtemperatur gehalten, auf 950 °C angehoben, 5 Minuten lang bei 950 °C gehalten und wieder auf Raumtemperatur gesenkt. 1.000 Wärmezyklen wurden durchgeführt. Danach wurde ein Heliumaustrittstest ausgeführt, um das Austreten von Helium zu untersuchen. Die Austrittsrate lag nicht unter 10^-10 atm·cm³/s. 850 °C ist die normalerweise eingesetzte Temperatur, während 950 °C eine Überlasttemperatur darstellt. Beständigkeit gegenüber Letzterer bedeutet, dass die Entladungsröhre ein Startgas und eine ionisierbare, Licht aussendende Substanz über einen langen Zeitraum hinweg sicher einschließen kann, auch wenn das Gas und die Substanz unter einem Druck in die Entladungsröhre eingeführt werden, der über einem Normalwert liegt.
Nebenbei erwähnt ist 2 ein Foto, das von einem Rasterelektronenmikroskop aufgenommen wurde und einen Bereich in der Nähe der Kontaktfläche zwischen der inneren Oberfläche des Dichtungselements 4 und einem Verbindungsabschnitt zeigt, 3 ist Foto, das eine vergrößerte Ansicht einer Teils von 2 zeigt, und 6 ist ein Diagramm, das 3 veranschaulicht. 4 ist ein Foto, das von einem Rasterelektronenmikroskop aufgenommen wurde und einen Bereich in der Nähe der Kontaktfläche zwischen der Oberfläche des Metallelements 7 und einem Verbindungsabschnitt zeigt, 5 ist Foto, das eine vergrößerte Ansicht eines Teils von 4 zeigt, und 7 ist ein Diagramm, das 5 veranschaulicht.
Wird in der Hochdruckentladungslampe kein Dichtungselement verwendet, so wird der Hauptkörper einer keramischen Entladungsröhre zum Erhalt eines Formkörpers geformt, der dann entparaffiniert, kalziniert und fertig gesintert wird. Zudem wird eine Paste aus Metallpulver wie oben beschrieben hergestellt, auf die Oberfläche des Metallelements aufgetragen oder aufgedruckt und einer Wärmebehandlung unterzogen, um die poröse Knochenstruktur zu bilden. Nach dem Zusammenfügen der Entladungsröhre und des Metallelements und nachdem das Glasmaterial eingesetzt wurde, werden diese wie oben beschrieben wärmebehandelt, um eine Hochdruckentladungslampe zu ergeben.
Der Verbundkörper und das Verbindungsverfahren der Erfindung können über die Hochdruckentladungslampe hinaus gehend auf eine Vielzahl von Strukturkörpern, beispielsweise einer Schaltvorrichtung, mit einem leitenden Abschnitt oder Ausgang, dessen Luftdichtigkeit bei einer hohen Temperatur von etwa 900 °C unabdingbar ist, angewendet werden.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsform erklärt, doch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die veranschaulichten Ausführungsformen eingeschränkt, die ausschließlich zu Beispielzwecken aufgeführt sind, und kann auf verschiedene Arten ausgeführt werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verbundkörper umfassend ein erstes Element (7, 35) aus einem Metall und ein zweites Element (4, 1, 39) aus einem Keramikstoff oder einem Cermet, der einen Verbindungsabschnitt (6, 6A–6E) zwischen dem ersten Element (7, 35) und dem zweiten Element (4, 1, 39) zum Verbinden des ersten und des zweiten Elements aufweist, wobei der Verbindungsabschnitt (6, 6A–6E) eine das erste Element (7, 35) berührende Hauptphase (14, 14A–14E) und eine das zweite Element (4, 1, 39) berührende Glasschicht (13, 13A–13E, 48) umfasst, die zwischen dem zweiten Element (4, 1, 39) und der Hauptphase (14, 14A–14E) vorhanden ist, wobei die Hauptphase (14, 14A–14E) eine poröse Struktur (2, 15) mit offenen Poren ist und aus einem gesinterten Produkt aus Metallpulver besteht, wobei eine Glasphase (10) in die offenen Poren der porösen Struktur (2, 15) imprägniert ist.
Verbundkörper nach Anspruch 1, worin die Glasschicht (13, 13A–13E, 48) und die imprägnierte Glasphase (10) eine Komponente enthalten, die dieselbe ist wie eine Hauptkomponente des Keramikstoffs oder Cermets, aus dem das zweite Element (4, 1, 39) besteht.
Verbundkörper nach Anspruch 1 oder 2, worin das die poröse Struktur (2, 15) ausbildende Material eine Komponente enthält, die gleich der Hauptkomponente des das erste Element (7, 35) ausbildenden Materials ist.
Verbundkörper nach Anspruch 2 oder 3, worin die Glasschicht (13, 13A–13E, 48) und die imprägnierte Glasphase (10) aus Glas mit derselben Zusammensetzung bestehen.
Verbundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die poröse Struktur (2, 15) einen Porositätsanteil an offenen Poren von nicht weniger als 30 % und nicht mehr als 80 % aufweist.
Hochdruckentladungslampe (23) umfassend: eine keramische Entladungsröhre (1) mit einem darin ausgebildeten Innenraum und Endabschnitten (1a), wobei der Innenraum mit einem ionisierbaren lichtaussendenden Material und einem Startgas gefüllt ist und eine Öffnung (40) innerhalb eines Endabschnitts (1a) ausgebildet ist; ein Elektrodensystem (18), das innerhalb der Innenraums bereitgestellt ist; ein Dichtungselement (4) mit einem darin ausgebildeten Durchgangsloch, wobei ein Teil des Dichtungselements (4) innerhalb der Öffnung (40) der keramischen Entladungsröhre (1) befestigt ist; und ein Metallelement (7), worin das Metallelement (7) und das Dichtungselement (4) einen luftdichten Verbundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausbilden, wobei das Metallelement (7) das erste Element (7, 35) und das Dichtungselement (4) das zweite Element (4, 1, 39) darstellt.
Hochdruckentladungslampe (23) nach Anspruch 6, worin zumindest ein Teil des Metallelements (7) in das Durchgangsloch (46) eingeführt ist, das Dichtungselement (4) weiters eine Verbindungsfläche umfasst, die mit dem Metallelement (7) und einem Vorsprung (42) verbunden ist, der zwischen der Kante des Metallelements (7) und dem Innenraum der Entladungsröhre (1) auf der dem Durchgangsloch (46) gegenüberliegenden Innenseite bereitgestellt ist, und die Lampe (23) zudem eine haftende Glasschicht (48) zwischen der Kante des Metallelements (7) und dem Vorsprung (42) umfasst.
Hochdruckentladungslampe (23) nach Anspruch 6, worin zumindest ein Teil des Metallelements (7) in das Durchgangsloch (46) eingeführt ist und die dem Durchgangsloch (46) des Dichtungselements (4) gegenüberliegende Innenwandfläche (4a) entlang der gesamten Länge der Innenwandfläche (4a) mit dem Metallelement (7) verbunden ist.
Hochdruckentladungslampe (23) nach Anspruch 6, worin zumindest ein Teil des Metallelements (7) in das Durchgangsloch eingeführt ist und ein Teil der Innenwandfläche des Dichtungselements (4) durch den Verbindungsabschnitt (6B) mit dem Metallelement (7) verbunden ist, wobei die Lampe (23) weiters eine metallisierte Schicht (32) auf dem Bereich der Innenwandfläche aufweist, auf dem der Verbin dungsabschnitt (6B) nicht bereitgestellt ist, und die metallisierte Schicht (32) einen Endabschnitt auf der Seite des Innenraums der Entladungsröhre umfasst, die mit dem Elektrodensystem (18) elektrisch verbunden ist.
Hochdruckentladungslampe (23) nach Anspruch 6, worin die Glasschicht (13D) mit der dem Durchgangsloch (46) gegenüberliegenden Innenwandfläche (39a) des Dichtungselements (39) in Kontakt gebracht ist, die Glasschicht (13D) und die Hauptphase (14D) das Durchgangsloch luftdicht abschließen und das Metallelement (35) mit der Hauptphase (14D) verbunden ist, ohne dass das Metallelement (35) durch den Verbindungsabschnitt (6D) verläuft.
Hochdruckentladungslampe umfassend: eine keramische Entladungsröhre (1) mit einem darin ausgebildeten Innenraum und Endabschnitten (1a), wobei der Innenraum mit einem ionisierbaren lichtaussendenden Material und einem Startgas gefüllt ist und innerhalb eines Endabschnitts (1a) eine Öffnung (40) ausgebildet ist; ein Elektrodensystem (18), das innerhalb des Innenraums bereitgestellt ist; und ein Metallelement (7, 35), worin das Metallelement (7, 35) und die keramische Entladungsröhre (1) einen luftdichten Verbundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausbilden, wobei das Metallelement (7, 35) das erste Element und die keramische Entladungsröhre (1) das zweite Element darstellt.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 11, worin zumindest ein Teil des Metallelements (7) in die Öffnung (40) eingeführt ist, wobei die keramische Entladungsröhre (1) weiters eine Verbindungsfläche (1b) umfasst, die mit dem Metallelement (7) und einem Vorsprung verbunden ist, der zwischen der Kante des Metallelements (7) und dem Innenraum der Entladungsröhre (1) auf der der Öffnung (40) gegenüberliegenden Innenseite bereitgestellt ist, und die Lampe weiters eine haftende Glasschicht zwischen der Kante des Metallelements (7) und dem Vorsprung umfasst.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 11, worin zumindest ein Teil des Metallelements (7) in die Öffnung (40) eingeführt ist und die der Öffnung (40) gegenüberliegende Innenwandfläche (1b) der keramischen Entladungsröhre (1) entlang der gesamten Länge der Innenwandfläche (1b) mit dem Metallelement (7) verbunden ist.
Hochdruckentladungsröhre nach Anspruch 11, worin zumindest ein Teil des Metallelements (7) in die Öffnung (40) eingeführt ist und ein Teil der Innenwandfläche (1b) der keramischen Entladungsröhre (1) durch den Verbindungsabschnitt. (6B) mit dem Metallelement (7) verbunden ist, wobei die Lampe weiters eine metallisierte Schicht (32) in dem Bereich der Innenwandfläche (1b) aufweist, auf dem der Verbindungsabschnitt (6B) nicht bereitgestellt ist, und die metallisierte Schicht (32) auf der Seite des Innenraums der Entladungsröhre (1) einen Endabschnitt umfasst, der mit dem Elektrodensystem (18) elektrisch verbunden ist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 11, worin die Glasschicht (13E) mit der der Öffnung (40) gegenüberliegenden Innenwandfläche der keramischen Entladungsröhre (1) in Kontakt gebracht ist, wobei die Glasschicht (13E) und die Hauptphase (14E) die Öffnung luftdicht abschließen, und das Metallelement (35) mit der Hauptphase (14E) verbunden ist, ohne dass das Metallelement (35) durch den Verbindungsabschnitt (6E) verläuft.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers, der ein erstes Element (7, 35) aus einem Metall und ein zweites Element (4, 1, 39) aus einem Keramikstoff oder einem Cermet aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: das Bereitstellen einer porösen Struktur (2) mit offenen Poren aus einem gesinterten Produkt aus Metallpulver zwischen dem ersten Element (7, 35) und dem zweiten Element (4, 1, 39), und das Imprägnieren eines Glases, das bei einer Temperatur unter dem Schmelzpunkt des die poröse Struktur (2) ausbildenden Metalls geschmolzen wurde, in die offenen Poren der porösen Struktur (2), um die Hauptphase (14, 14A–14E), die aus der porösen Struktur (2) und einer Glasphase (10) aus dem in die offenen Poren imprägnierten Glas besteht, herzustellen und das geschmolzene Glas zwischen das zweite Element (4, 1, 39) und die Hauptphase (14, 14A–14E) einzubringen, um eine Zwischenglasschicht (13, 13A–13E, 48) herzustellen, wodurch das erste Element (7, 35) und das zweite Element (4, 1, 39) miteinander verbunden werden.