EP0226978A2 - Lampe mit einem Kolben aus hochkieselsäurehaltigem Glas - Google Patents

Lampe mit einem Kolben aus hochkieselsäurehaltigem Glas Download PDF

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EP0226978A2
EP0226978A2 EP86117330A EP86117330A EP0226978A2 EP 0226978 A2 EP0226978 A2 EP 0226978A2 EP 86117330 A EP86117330 A EP 86117330A EP 86117330 A EP86117330 A EP 86117330A EP 0226978 A2 EP0226978 A2 EP 0226978A2
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solder
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solder glass
weight
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Werner Dr. Weiss
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Osram GmbH
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Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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    • H01K1/38—Seals for leading-in conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H01J5/32—Seals for leading-in conductors
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H01J61/02—Details
    • H01J61/36—Seals between parts of vessels; Seals for leading-in conductors; Leading-in conductors
    • H01J61/366—Seals for leading-in conductors
    • H01J61/368—Pinched seals or analogous seals

Definitions

  • the invention relates to a lamp with a bulb made of high-silica glass and power supply lines which are melted into the bulb in a vacuum-tight manner by means of foils, the SiO2 content of the high-silica glass being at least 96% by weight, and between each foil and the Piston glass an intermediate layer of solder glass is present.
  • the tightness of the melt between the molybdenum foil and the quartz glass can be improved by an intermediate layer.
  • a thin metal layer for example made of chrome (US Pat. No. 3,420,944) or a solder glass, for example made of lead phosphorus oxide (GB Pat. No. 1,485,378) to protect against molybdenum. to apply.
  • FR-PS 961 730 is also known, the large differences in the coefficient of thermal expansion (AK) between molybdenum (AK 50 ⁇ 10 ⁇ 7 K ⁇ 1) and quartz glass (AK 7 ⁇ 10 ⁇ 7 K ⁇ 1) by one or more
  • AK coefficient of thermal expansion
  • the vapor deposition of thin metal layers is associated with high costs for material and implementation of the technical process, while the lead phosphorus oxide glass is unsuitable for high temperatures.
  • the intermediate glasses which are adjusted with regard to the coefficient of expansion, are unsuitable for high temperatures; moreover, the application of several intermediate layers is very complex.
  • the invention has for its object to improve the tightness of the melt in a lamp with a bulb made of high-silica glass and power supplies that are melted into the bulb in a vacuum-tight manner by means of foils, and an intermediate layer of solder glass being present between each foil and the bulb glass .
  • solder glass has the following main components SiO2 60 - 70 wt .-% Al2O3 3-20% by weight K2O 12-18% by weight and, apart from minor impurities, is free of Na2O.
  • the intermediate layer withstands the exposure to temperature and chemical influences, such as occur with halogen lamps of high power, and thus the life duration of these lamps is extended.
  • the solder glass according to the invention not only prevents oxidation of the foils, but also improves the wetting ability and the wetting speed of the quartz glass / molybdenum system. As a result of the greatly improved adhesive power, the lack of adaptation of the thermal expansion coefficient is meaningless. The application of the glass solder does not require any additional pretreatment of the film.
  • the solder glass contains the following main components SiO2 66% by weight Al2O3 18% by weight K2O 15% by weight
  • the solder glass can be obtained inexpensively directly from potassium feldspar.
  • the solder glass is particularly advantageously applied to the film in an amount of 5-10 mg / cm 2. A smaller amount could not guarantee the complete wetting of a larger coherent surface on the film, a larger amount would endanger the tightness of the melt due to the increasing layer thickness.
  • Figure 1 shows a halogen lamp 1 of high power which is squeezed on one side.
  • the coil 3 is fastened to the two inner power supply lines 4 and 5.
  • the inner power supply lines 4 and 5 are connected to the outer power supply lines 8 and 9 via molybdenum foils 6 and 7, respectively.
  • the coil 3 is made of tungsten
  • the power supply lines 4, 5, 8, 9 are made of molybdenum.
  • a broad transverse strip in the middle of the foils 6, 7 is provided with an approximately 20 ⁇ m thick layer 10, 11 of a solder glass according to the invention.
  • the end regions of the foils 6, 7, in which the power supply wires 4, 5, 8, 9 end, remain spared from the coating.
  • the piston 2 can be surrounded by an outer piston.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a metal halide discharge lamp 12 that is pinched on both sides.
  • two electrodes 14, 15 are fastened to inner power supply lines 16, 17, which are melted into the two ends of the bulb 13 by means of the foils 18, 19.
  • the conductive connection from the foils 18, 19 to the outside takes place via the two outer power supply lines 20, 21.
  • the sealing is also sealed here by a layer 22, 23 which is applied in the middle of the foils 18, 19 as a transverse strip guaranteed a solder glass according to the invention.
  • a suspension is first formed from the solder glass and an organic carrier material, which is already connected to the current supply wires 4, 5, 8, 9; 16, 17, 20, 21 equipped foils 6, 7; 18, 19 is applied in a neutral atmosphere (N2).
  • N2 a neutral atmosphere
  • the suspension medium, the flask 2; 13 and the frames are heated as usual to approx. 2000 ° C and then squeezed.
  • the solder glass must be molten on the surface of the film, but without flowing off the film. The viscosity of the solder glass must therefore not be too low or too high.
  • solder glasses which have the following composition (data in% by weight).
  • Solder glass 1 consists of 15% K2O, 18% Al2O3, the rest SiO2.
  • Solder glass 2 consists of 16.1% K2O, 3.5% Al2O3, 64.7% SiO2; it also contains compatible components, especially alkaline earth oxides.
  • Solder glass 2 has a somewhat lower melting point than solder glass 1.
  • the coefficient of expansion of both solder glasses is about 80 ⁇ 10 ⁇ 7 K ⁇ 1.
  • the improved adhesive effect between the molybdenum foil and quartz glass due to the solder glass can be demonstrated by measuring the wetting angle of a quartz glass drop on a molybdenum foil. Without the intermediate layer of solder glass according to the invention - regardless of the type of quartz glass and one possible doping - a wetting angle of approx. 100 ° measured. The application of the intermediate layer leads to a considerable improvement in the wetting properties; the wetting angle was reduced to about 45 ° by both solder glasses.

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  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

Lampe (1) mit Kolben (2) aus hochkieselsäurehaltigem Glas und Folieneinschmelzung, wobei zwischen Folie (6; 7) und Kolbenglas eine Zwischenschicht (10; 11) aus Lotglas vorhanden ist. Das Lotglas weist folgende Hauptbestandteile auf:
SiO₂ 60 - 70 Gew.-% Al₂O₃ 3 - 20 Gew.-% K₂O 12 - 18 Gew.-%

Description

  • Die Erfindung geht aus von einer Lampe mit einem Kolben aus hochdieselsäurehaltigem Glas und Stromzu­führungen, die mittels Folien vakuumdicht in den Kolben eingeschmolzen sind, wobei der SiO₂-Gehalt des hochkieselsäurehaltigen Glases bei mindestens 96 Gew.-% liegt, und wobei zwischen jeder Folie und dem Kolbenglas eine Zwischenschicht aus Lotglas vorhanden ist.
  • Die Technik der vakuumdichten Einschmelzung von Strom­zuführung in den Kolben mittels Folien wird vornehmlich bei Halogenglühlampen und Metallhalogenid­entladungslampen angewendet. Üblicherweise werden dabei Kolben aus Quarzglas und Folien aus Molybdän verwendet.
  • Die Dichtheit der Einschmelzung zwischen der Molyb­dänfolie und dem Quarzglas läßt sich durch eine Zwischenschicht verbessern. Insbesondere ist es bekannt, auf die Molybdänfolie zum Schutz gegen Oxidation entweder eine dünne Metallschicht, z.B. aus Chrom, aufzudampfen (US-PS 3 420 944) oder ein Lotglas, z.B. aus Blei-Phosphor-Oxid (GB-PS 1 485 378), aufzutragen. Aus der FR-PS 961 730 ist außerdem bekannt, die großen Unterschiede im thermischen Ausdehnungskoeffizienten (A.K. ) zwischen Molybdän (A.K. 50 · 10⁻⁷ K⁻¹) und Quarzglas (A.K. 7 · 10⁻⁷ K⁻¹) durch eine oder mehrere Zwischenschichten von Gläsern mit hohem Boroxidgehalt, deren Ausdehnungskoeffizienten zwischen diesen beiden Extremwerten liegen, zu mildern.
  • Das Aufdampfen dünner Metallschichten ist jedoch mit hohen Kosten für Material und Realisierung des technischen Ablaufs verbunden, während das Blei­Phosphor-Oxid-Glas für hohe Temperaturen ungeeignet ist. Ebenso sind auch die bezüglich des Ausdehnungs­koeffizienten angepaßten Zwischengläser für hohe Temperaturen ungeeignet, darüber hinaus ist das Anbringen mehrerer Zwischenschichten sehr aufwendig.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Lampe mit einem Kolben aus hochkieselsäurehaltigem Glas und Stromzuführungen, die mittels Folien vakuumdicht in den Kolben eingeschmolzen werden, und wobei zwischen jeder Folie und dem Kolbenglas eine Zwischenschicht aus Lotglas vorhanden ist, die Dichtheit der Einschmelzung zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelößt, daß das Lotglas folgende Hauptbestandteile aufweist
    SiO₂ 60 - 70 Gew.-%
    Al₂O₃ 3 - 20 Gew.-%
    K₂O 12 - 18 Gew.-%
    und, abgesehen von geringen Verunreinigungen, frei von Na₂O ist.
  • Die erzielten Vorteile bestehen darin, daß die Zwischenschicht der Belastung durch Temperatur und chemische Einflüsse, wie sie bei Halogenlampen hoher Leistung auftreten, standhält und somit die Lebens­ dauer dieser Lampen verlängert wird. Das erfindungs­gemäße Lotglas verhindert dabei nicht nur die Oxidation der Folien, sondern verbessert auch das Benetzungsvermögen und die Benetzungsgeschwindigkeit des Systems Quarzglas/Molybdän. Infolge des dadurch stark verbesserten Haftvermögens ist die fehlende Anpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten bedeutungslos. Das Auftragen des Glaslots erfordert dabei keinerlei zusätzliche Vorbehandlung der Folie.
  • In einer bevorzugten Ausführung enthält das Lotglas folgende Hauptkomponenten
    SiO₂ 66 Gew.-%
    Al₂O₃ 18 Gew.-%
    K₂O 15 Gew.-%
    In dieser bevorzugten Ausführung läßt sich das Lotglas direkt aus Kalifeldspat kostengünstig gewinnen.
  • Besonders vorteilhaft wird das Lotglas in einer Menge von 5-10 mg/cm² auf die Folie aufgetragen. Eine geringere Menge könnte die vollständige Benetzung einer größeren zusammenhängenden Fläche auf der Folie nicht garantieren, eine größere Menge würde infolge der zunehmenden Schichtdicke die Dichtheit der Einschmelzung gefährden.
  • Die Erfindung soll im folgenden näher erläutert werden.
    • Figur 1 zeigt eine einseitig gequetschte Halogenglüh­lampe entsprechend der Erfindung.
    • Figur 2 zeigt eine zweiseitig gequetschte Metall­halogenidentladungslampe entsprechend der Erfindung.
  • In Figure 1 ist eine einseitig gequetschte Halogen­glühlampe 1 hoher Leistung gezeigt. Im Kolben 2 aus Quarzglas ist die Wendel 3 an den zwei inneren Strom­zuführungen 4 bzw. 5 befestigt. Die inneren Stromzu­führungen 4 bzw. 5 sind über Molybdänfolien 6 bzw. 7 mit den äußeren Stromzuführungen 8 bzw. 9 verbunden. Die Wendel 3 ist aus Wolfram, die Stromzuführungen 4, 5, 8, 9 sind aus Molybdän hergestellt. Um im Bereich der Quetschung bei Betriebstemperaturen von mehr als 400 °C die Vakuumdichtheit zu gewährleisten, ist jeweils ein breiter Querstreifen in der Mitte der Folien 6, 7 mit einer ca. 20 µm dicken Schicht 10, 11 eines Lotglases gemäß der Erfindung versehen. Die End­bereiche der Folien 6, 7, in denen die Stromzufüh­rungsdrähte 4, 5, 8, 9 enden, bleiben dabei von der Beschichtung ausgespart. Um die Sicherheit beim Betrieb zu erhöhen, kann der Kolben 2 von einem Außenkolben umgeben sein.
  • Ein Ausführungsbeispiel einer zweiseitig gequetschten Metallhalogenidentladungslampe 12 zeigt Fig. 2. Im Quarzglaskolben 13 sind zwei Elektroden 14, 15 an inneren Stromzuführungen 16, 17 befestigt, die mittels der Folien 18, 19 in die beiden Enden des Kolbens 13 eingeschmolzen sind. Die leitende Verbindung von den Folien 18, 19 nach außen erfolgt über die zwei äußeren Stromzuführungen 20, 21. Entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel ist auch hier die Dichtheit der Einschmelzung durch eine in der Mitte der Folien 18, 19 jeweils als Querstreifen angebrachte Schicht 22, 23 eines erfindungsgemäßen Lotglases gewährleistet.
  • Für die Herstellung der Schicht 10, 11; 22, 23 wird zunächst aus dem Lotglas und einem organischen Träger­material eine Suspension gebildet, die auf die bereits mit den Stromzuführungsdrähten 4, 5, 8, 9; 16, 17, 20, 21 bestückten Folien 6, 7; 18, 19 in neutraler Atmos­phäre (N₂) aufgetragen wird. Während einer Trock­nungszeit von ca. 1-2 Minuten verdampft das Suspensionsmittel, der Kolben 2; 13 und die Gestelle werden wie üblich auf ca. 2000 °C erhitzt und dann gequetscht. Während des Quetschvorgangs muß dabei das Lotglas schmelzflüssig auf der Folienoberfläche vor­liegen, ohne jedoch von der Folie abzufließen. Die Viskosität des Lotglases darf daher weder zu niedrig, noch zu hoch sein.
  • Diese Bedingung wird insbesondere von zwei Lotgläsern erfüllt, die folgende Zusammensetzung (Angaben in Gew.-%) aufweisen.
    Lotglas 1 besteht aus 15 % K₂O, 18 % Al₂O₃, Rest SiO₂.
    Lotglas 2 besteht aus 16,1 % K₂O, 3,5 % Al₂O₃,
    64,7 % SiO₂; darüber hinaus enthält es kompatible Komponenten, insbesondere Erdalkalioxide.
  • Lotglas 2 besitzt im Vergleich zu Lotglas 1 einen etwas niedrigeren Schmelzpunkt. Der Ausdehnungskoeffi­zient beider Lotgläser beträgt etwa 80 · 10⁻⁷ K⁻¹.
  • Die durch das Lotglas verbesserte Haftwirkung zwischen Molybdänfolie und Quarzglas läßt sich durch Messung des Benetzungswinkels eines Quarzglastropfens auf einer Molybdänfolie demonstrieren. Ohne die erfin­dungsgemäße Zwischenschicht aus Lotglas wurde - unabhängig von der Quarzglassorte und einer etwaigen Dotierung - ein Benetzungswinkel von ca. 100° gemessen. Das Auftragen der Zwischenschicht führt zu einer erheblichen Verbesserung der Benet­zungseigenschaften; der Benetzungswinkel wurde durch beide Lotgläser auf etwa 45° reduziert.

Claims (3)

1. Lampe (1; 12) mit einem Kolben (2; 13) aus hochkieselsäurehaltigem Glas und Stromzuführungen (4, 5, 8, 9; 16, 17, 20, 21) die mittels Folien (6, 7; 18, 19) vakuumdicht in den Kolben (2; 13) eingeschmolzen sind, wobei der SiO₂-Gehalt des hochkieselsäurehal­tigen Glases bei mindestens 96 Gew.-% liegt, und wobei zwischen jeder Folie (6, 7; 18, 19) und dem Kolbenglas eine Zwischenschicht (10, 11; 22, 23) aus Lotglas vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Lotglas folgende, in Gewichtsprozent angegebene Hauptbe­standteile aufweist:
SiO₂ 60-70 %, Al₂O₃ 3-20 %, K₂O 12-18%
und, abgesehen von geringen Verunreinigungen, frei von Na₂O ist.
2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lotglas folgende Hauptkomponenten enthält:
SiO₂ 66 %, Al₂O₃ 18 %, K₂O 15 %.
3. Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lotglas in einer Menge von 5-10 mg/cm² auf die Folie (6, 7; 18, 19) aufgetragen ist.
EP86117330A 1985-12-18 1986-12-12 Lampe mit einem Kolben aus hochkieselsäurehaltigem Glas Expired - Lifetime EP0226978B1 (de)

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