HU225633B1

HU225633B1 - Integrated body and high-pressure discharge lamp

Info

Publication number: HU225633B1
Application number: HU0102760A
Authority: HU
Inventors: Norikazu Niimi
Original assignee: Ngk Insulators Ltd
Priority date: 2000-07-03
Filing date: 2001-07-03
Publication date: 2007-05-02
Also published as: CZ20012448A3; DE60112851D1; EP1170770B1; HUP0102760A3; JP3929255B2; HU0102760D0; HUP0102760A2; CN1330383A; JP2002326878A; EP1170770A1; DE60112851T2; CN1148334C

Description

A találmány tárgya egyrészt egy egyesített test, amely egy fémből készült első elemből, valamint kerámiából vagy cermetből készült második elemből van összeállítva; továbbá a találmány tárgya másrészt egy nagynyomású kisülőlámpa, amely végrészekkel rendelkező kerámia kisülőcsövet tartalmaz, amelynek belső tere ionizálható, fényemittáló anyaggal, valamint indítógázzal van megtöltve, és a végrészekben egy-egy nyílás van kiképezve, továbbá a belső térben egy elektródrendszer van elrendezve, és egy fémeleme van; harmadrészt a találmány tárgya egy nagynyomású kisülőlámpa, amelynek belső teret körülvevő, végrészekkel rendelkező kerámia kisülőcsöve van, ahol a belső tér ionizálható, fényemittáló anyaggal és indítógázzal van megtöltve, és a végrészekben egy-egy nyílás van kiképezve, továbbá a belső térben egy elektródrendszer van elrendezve, továbbá egy átmenőfurattal ellátott, kerámiából vagy cermetből készült tömítőeleme van, amely legalább részben a kerámia kisülőcső nyílásában van rögzítve, valamint egy fémeleme van.

Egy nagynyomású kisülőlámpa általában kerámia kisülőcsövet tartalmaz, amelynek két végrészében tömítőelemek találhatók (ezeket gyakran kerámiadugónak is hívják), amelyek a kisülőcső említett végrészeinek a tömített lezárására szolgálnak. Mindegyik töm Kőelemben egy-egy átmenőfurat található, és ezen keresztül egy olyan fémelem van a kisülőcsőbe bevezetve, amelyhez egy előre meghatározott elektródrendszer van erősítve. A kisülőcső belső terébe ionizálható, fényemittáló anyag kerül bevezetésre, és a kisülőcső lezárása biztosítja ennek az anyagnak a bennmaradását. Az ismert nagynyomású kisülőlámpák közé tartoznak a nagynyomású nátriumgőzlámpák és fém-halogén lámpák, melyek közül az utóbbiak lényegesen előnyösebb fénykarakterisztikájúak. Ha a kisülőcsövet kerámiaanyagból készítik, a kész kisülőlámpát magas hőmérsékleti viszonyok között is használhatják.

Az ilyen típusú kisülőlámpák esetében légtömör lezárást kell biztosítani a kerámiaanyagú kisülőcső végrésze, valamint az elektródrendszert tartó fémelem között. A kerámiaanyagú kisülőcsőnek a teste nevéből fakadóan cső alakú, amely két keskeny végződésbe megy át, vagy pedig egy egyenes vonalú cső vagy hordó alakú is lehet. A kerámia kisülőcsövet például színtereit alumíniumtesttel készíthetik.

Az EP 0 982 278 számú szabadalmi leírás olyan nagynyomásúkisülőlámpa-felépítést ismertet, amelynél a kerámia kisülőcső végrésze, valamint az elektródrendszert tartó alkatrész közötti kapcsolat a kisülőcsővel érintkező főfázist, valamint a tartóalkatrész és a főfázis között jelen lévő, a tartóalkatrésszel érintkező közbenső kerámiaréteget tartalmaz. A főfázis porózus szerkezetű, nyitott pórusokkal, és fémporból, valamint a porózus szerkezet nyitott pórusaiba integrált kerámiafázisból előállított színtereit termék. Az ilyen egyesített szerkezet igen jó légszigetelő és korrózióálló tulajdonságokkal rendelkezik, és az ismétlődő termikus igénybevételi ciklusok sem okozzák az egyesített szerkezet szétválását vagy törését.

A találmánnyal egyik célunk ennek alapján olyan egyesített szerkezet létrehozása, amely ellenáll a fáradásnak és roncsolódásnak olyan esetekben is, amikor egy szobahőmérséklet és egy nagy, például 1000 °C körüli hőmérséklet közötti, ismétlődő termikus ciklusoknak van kitéve.

A találmánnyal célunk továbbá, hogy az így létrehozott egyesített szerkezetet nagynyomású kisülőlámpákban alkalmazzuk, hogy javítsuk azok ellenálló képességét a korrozív hatású gázok, például fém-halogénekkel szemben, továbbá javítsuk légszigetelő tulajdonságait, és hogy elkerüljük az egyesített szerkezet sérülését vagy törését a bekapcsolások és kikapcsolások által meghatározott üzemi és hőmérsékleti ciklusok következtében.

A kitűzött feladatot egyrészt egy fémből készült első elemből, valamint kerámiából vagy cermetből készült második elemből álló egyesített testtel oldottuk meg, amely a találmány értelmében az első elem és a második elem között, azok összeerősítésére kialakított összekötő résszel rendelkezik; az összekötő rész az első elemmel kapcsolódó főfázist, valamint a második elemmel érintkező és a második elem és a főfázis között elhelyezkedő közbenső kerámiavegyület-réteget tartalmaz; a főfázis fémporból színtereit, nyitott pórusokkal rendelkező porózus szerkezetet, valamint a porózus szerkezet nyitott pórusaiba impregnált kerámiavegyület-réteget tartalmaz; a közbenső kerámiavegyület-réteg és az impregnált kerámiavegyület-réteg 50%-ot meghaladó kristályosságú.

A találmány szerinti egyesített test egy előnyös kiviteli alakja értelmében a közbenső kerámiavegyület-réteg és az impregnált kerámiavegyület-réteg a második elemet alkotó kerámia vagy cermet fő összetevőt tartalmaz.

A találmány szerinti egyesített test egy további előnyös kiviteli alakja értelmében a porózus szerkezetet alkotó fém az első elemet alkotó fém fő összetevőt tartalmaz.

Előnyös továbbá az egyesített test olyan kiviteli alakja, amelynél a közbenső kerámiavegyület-réteg és az impregnált kerámiavegyület-réteg azonos alkotóelemekből álló kerámiaanyagból készült.

A találmány szerinti egyesített test egy előnyös kiviteli alakja értelmében a porózus szerkezet nyitott pórusainak porozitása legalább 30% és legfeljebb 80%.

A találmány szerinti egyesített test egy további előnyös kiviteli alakja értelmében a közbenső kerámiavegyület-réteg és az impregnált kerámiavegyület-réteg kristályossága legalább 60%.

Előnyös továbbá az egyesített test olyan kiviteli alakja, amelynél a közbenső kerámiavegyület-réteg és az impregnált kerámiavegyület-réteg kristályossága legalább 70%.

A találmány szerinti egyesített test egy előnyös kiviteli alakja értelmében a közbenső kerámiavegyület-réteg és az impregnált kerámiavegyület-réteg kristályossága legalább 80%.

A találmány szerinti egyesített test egy további előnyös kiviteli alakja értelmében a közbenső kerámiave2

HU 225 633 Β1 gyület-réteget alkotó kerámia, valamint az impregnált kerámiavegyület-réteget alkotó kerámia egy vagy több, az AI₂O₃-, SC₂O₃-, Υ₂θ3-, La₂O₃-, Gd₂O₃-, Dy₂O₃-, H₂O₃-, Tm₂O₃-, SiO₂-, MoO₂- és MoO₃-tartalmú csoportból kiválasztott oxidot tartalmaz.

Előnyös továbbá az egyesített test olyan kiviteli alakja, amelynél a közbenső kerámiavegyület-réteget alkotó kerámia, valamint az impregnált kerámiavegyület-réteget alkotó kerámia három vagy több, az AI₂O₃-, Sc₂O₃-, Υ₂Ο₃-, La₂O₃-, Gd₂O₃-, Dy2O₃-, Η2θ₃-, Tm₂O₃-, SiO₂-, MoO₂- és Mo0₃-tartaimú csoportból kiválasztott oxidot tartalmaz.

A találmány szerinti egyesített test egy előnyös kiviteli alakja értelmében mindegyik kerámia legfeljebb 15 tömeg% SiO₂-tartalmú.

A találmány szerinti egyesített test egy további előnyös kiviteli alakja értelmében mindegyik kerámia legalább 5 ppm SiO₂-tartalmú.

Előnyös továbbá az egyesített test olyan kiviteli alakja, amelynél az első elem molibdénből, volfrámból, réniumból, nióbiumból, tantálból és ezek ötvözeteiből álló csoportból választott egy vagy több fémet tartalmaz.

A találmány szerinti egyesített test egy másik előnyös kiviteli alakja értelmében a második elem alumínium-oxidból, magnéziumból, ittriumból, lantánból és cirkóniumból álló csoportból kiválasztott kerámiát vagy kerámiát tartalmazó cermetet tartalmaz.

A találmány szerinti egyesített test egy további előnyös kiviteli alakja értelmében a közbenső kerámiavegyület-réteget alkotó anyag és az impregnált kerámiavegyület-réteget alkotó kerámia olvadáspontja legfeljebb a második elemet alkotó kerámia vagy cermet olvadáspontjánál 200 °C-kal alacsonyabb.

A kitűzött feladatot másrészt olyan nagynyomású kisülőlámpával oldottuk meg, amely végrészekkel rendelkező kerámia kisülőcsövet tartalmaz, amelynek belső tere ionizálható, fényemittáló anyaggal, valamint indítógázzal van megtöltve, és a végrészekben egy-egy nyílás van kiképezve, továbbá a belső térben egy elektródrendszer van elrendezve, és egy fémeleme van. A javaslat értelmében a fémelem és a tömítőelem alkotja a fent említett légtömör egyesített testet, ahol a fémelem az első elem, és a tömítőelem a második elem.

A kitűzött feladatot harmadrészt olyan nagynyomású kisülőlámpával oldottuk meg, amelynek belső teret körülvevő, végrészekkel rendelkező kerámia kisülőcsöve van, ahol a belső tér ionizálható, fényemittáló anyaggal és indítógázzal van megtöltve, és a végrészekben egy-egy nyílás van kiképezve, továbbá a belső térben egy elektródrendszer van elrendezve, továbbá egy átmenőfurattal ellátott, kerámiából vagy cermetből készült tömítőeleme van, amely legalább részben a kerámia kisülőcső nyílásában van rögzítve, valamint egy fémeleme van. A találmány értelmében a kisülőlámpa a fémelem és a tömítőelem között elhelyezkedő egyesített testet tartalmaz, ahol az egyesített test a találmány szerinti egyesített test jellemzőivel bír, és a fémelem az első elem, és a tömítőelem a második elem.

A találmány szerinti kisülőlámpa egy előnyös kiviteli alakja értelmében a kisülőcső hőálló hőmérséklete legalább 1000 ’C.

A találmány szerinti kisülőlámpa egy további előnyös kiviteli alakja értelmében a közbenső kerámiavegyület-réteg és az impregnált kerámiavegyület-réteg a kisülőcsövet alkotó kerámia fő komponenst tartalmaz.

Előnyös továbbá a találmány szerinti kisülőlámpa olyan kiviteli alakja, amelynél a fémelem cső alakú, és a fémelem és a bele helyezendő elektród között átmérő irányában 30-15 pm tartományba eső méretű térköz van kiképezve.

Találmányunk fémből, például molibdénből készült első elemből, valamint kerámiából vagy cermetből készült második elemből álló egyesített szerkezetet eredményez, amely szerkezetben az alkotóelemeket nagy szilárdsággal tudjuk egymással összekötni, és az egymással összekötött, összeerősített szerkezet igen jó légszigetelő tulajdonsággal és korrózióval szembeni ellenállással rendelkezik, és az ismétlődő hőterhelésciklusok következtében sem válik szét. A találmány az itt bemutatott egyesített szerkezetet, illetve nagynyomású kisülőlámpát eredményező eljárásra is kiterjed.

A találmányt az alábbiakban a csatolt rajz segítségével ismertetjük részletesebben, amelyen a javasolt egyesített szerkezet példakénti kiviteli alakja látható. A rajzon az

1. ábra a találmány szerinti kisülőlámpa egyik végrészének metszetén elvi vázlatos formában azt az állapotot mutatja, ahol egy tömítőelem és egy fémelem közé egy porózus szerkezetet helyezünk be, a

2. ábrán egy összeerősített szerkezetet bemutató vázlatos metszet egy része látható, a

3. ábra azt az állapotot mutatja, amikor a porózus szerkezetet bejuttatjuk a tömítőelem és a fémelem közé, a

4. ábrán egy letapogató elektronmikroszkóppal felvett kép látható, amely a fémelem és egy tömítőelem közötti egyesített kapcsolatot mutatja, az

5. ábrán a 4. ábrán bemutatott kép egy részletét tüntettük fel kinagyítva, a

6. ábrán a 4. ábrán bemutatott fénykép lényeges részét vonalas rajzzal is bemutatjuk, a

7. ábrán az 5. ábrán látható fénykép részletét ábrázoló vonalas rajz látható, a

8. ábrán a nagynyomású kisülőlámpa hőmérséklete, termikus igénybevétele és korrózióval szembeni ellenállása közötti összefüggést tüntettük fel diagram alakjában, a

9. ábrán egy kerámia kisülőcső kristályossága és meghibásodási tényezője közötti összefüggést vázoltuk 950 °C alatti hőmérsékleten végrehajtott termikus ciklus során, a

HU 225 633 Β1

10. ábrán ugyanez látható, de 1050 °C alatti hőmérsékleten, a

11. ábra a szilícium-oxid tömegszázaléka, valamint egy kerámia kristályossága közötti összefüggés diagramja, a

12. ábra az 1. ábra szerinti egyesített szerkezet kapcsolódási tartományának rétegezett struktúráját mutatja, a

13. ábrán azt az állapotot tüntettük fel, amikor az

1. ábra szerinti nagynyomású kisülőlámpa fémelemébe záródugót helyeztünk, a

14. ábrán egy nagynyomású kisülőlámpa keresztmetszete látható, miután a 12. ábra fémelemét és egy záródugót egyesítettünk, hogy ezzel egy lezárórészt hozzunk létre, a

15. ábra egy találmány szerinti nagynyomású kisülőlámpa egy lehetséges kiviteli alakjának egyszerűsített képe, a

16. ábra a találmány szerinti nagynyomású kisülőlámpa egy lehetséges kiviteli alakja egy részének vázlatos metszete, ahol a fémelem lényegében a fal teljes hossza mentén egy tömítőelem belső falfelületével áll összeköttetésben, a

17. ábrán szintén egy nagyobb léptékű részmetszetben a találmány szerinti kisülőlámpa egy lehetséges kiviteli alakjának egy végrészét tüntettük fel, ahol a fémelem egy kisülőcső végrészével, valamint egy fémelem és egy elektródrendszer fémtengelye villamosán a végrész felületét beburkoló fémezett réteghez kapcsolódik, a

18. ábrán a 17. ábrán megfigyelhető üreg szomszédságába eső részlet látható kinagyítva, a

19. ábra a találmány szerinti nagynyomású kisülőlámpa egy további lehetséges kiviteli alakjának végrészét mutatja vázlatosan, metszetben, ahol a fémelem egy kisülőcső végrészének belső falfelületéhez kapcsolódik, lényegében a teljes felület mentén, a

20. ábra a találmány szerinti nagynyomású kisülőlámpa egy további lehetséges kiviteli alakjának végrészét mutatja vázlatosan, metszetben, ahol a tömítőelem átmenőfuratát egy találmány szerinti összekötő idommal zártuk le, és a

21. ábra a találmány szerinti nagynyomású kisülőlámpa egy további lehetséges kiviteli alakjának végrészét mutatja vázlatosan, metszetben, ahol a kisülőcső végrészének a nyílása egy további találmány szerinti összekötő idommal van letömítve és lezárva.

Az 1-7. ábrákon a találmány szerinti nagynyomású kisülőlámpa egyik végrészének különböző lehetséges kialakításai, fázisai láthatók egy-egy vázlatos metszeten.

Egy nagynyomású kerámia 1 kisülőcső egyik 1a végrészének belső 1b falfelülete úgy van kialakítva, hogy az 1 kisülőcső szimmetriatengelyének irányában egyenesen húzódik. Egy 4 tömítőelem egy része az kisülőcső 1a végrészének 40 nyílásába van behelyezve. A 4 tömítőelemnek 4b végrésze, külső 4c felülete, valamint 46 átmenőfurata van. A 4 tömítőelem belső 4a falfelületén 9 üreg vagy mélyedés van kiképezve, amelyben 7 fémelem van elrendezve. A bemutatott kiviteli alak esetében a 7 fémelem cső alakú, és 7d végrészében olyan nyílás van kiképezve, amelyet egy, a szakterületen szokásos indítógáz, valamint egy ionizálható fényemittáló közeg bejuttatását követően tömítetten lezárunk. A 7 fémelemnek belső 7b felülete, valamint külső 7c felülete van. A 7 fémelem belső tere a később bemutatásra kerülő módon összeköttetésben áll a kerámia 1 kisülőcső belső terével. A 4 tömítőelemben 42 váll van kiképezve, amely a 7 fémelem 7a végrészével szemben helyezkedik el.

Mint az az 1. ábrán látható, a 7 fémelem és a 4 tömitöelem közé fémporból színtereit és nyitott pórusú porózus 2 szerkezetet helyezünk, és erre a porózus szerkezetre kerámiaanyagból készült 20 gyűrűt helyezünk. A porózus 2 szerkezet olvadáspontját úgy választjuk meg, hogy meghaladja ennek a 20 gyűrű kerámiaanyagának az olvadáspontját.

Ha a 2. ábrán vázlatosan feltüntetett módon a 20 gyűrű kerámiaanyaga megolvad, akkor a megolvadt anyag beleimpregnálódik a 2 szerkezet nyitott pórusaiba és egy olyan 14 főfázist képez, amely ezek szerint a porózus 2 szerkezetből, valamint annak nyitott pórusaiba impregnálódott kerámiaanyag-rétegből tevődik össze. A találmánnyal kapcsolatosan elvégzett kísérleteink során úgy találtuk, hogy a megolvadt kerámiaanyag befolyik a 4 tömítőelem és a 14 főfázis közé is úgy, hogy a 2 szerkezet enyhén eltávolodik a 4 tömítőelem felületétől, és ezzel egy közbenső 13 kerámiavegyület-réteg jön létre. A 14 főfázis és a közbenső 13 kerámiavegyület-réteg együttesen egy olyan 6 összekötő részt alkot, amely a 7 fémelemet és a 4 tömítőelemet köti össze. A 4 tömítőelem 41 kapcsolódási határövezettel rendelkezik. A 6 összekötő rész a 42 vállal szomszédos területig terjed. A 42 váll és a 7 fémelem 7a végrésze között szintén egy összekötő 48 kerámiavegyület-réteg keletkezik.

Mint a 3. ábrán látható, arra is lehetőség van, hogy ahelyett, hogy a kerámiaanyagból készült 20 gyűrűt helyezzük a 2 szerkezetre, egy 20’ kerámiavegyületpasztát vigyünk fel a 7 fémelem, a 2 szerkezet és a 4 tömítőelem fent említett részeire.

Az így létrehozott szerkezetet a 4. és 5. ábrán vázolt, letapogató elektronmikroszkóppal felvett képek segítségével magyarázzuk meg, amelyekhez a 6. és 7. ábrán látható egyvonalas vázlatok is további segítséget adnak. A 4. ábra fényképén a 7 fémelem és a 4 tömítőelem közötti kapcsolódási tartomány látható, míg a 6. ábrán a 4. ábra szerinti fény-tömítőelem közötti kapcsolódási tartomány látható, míg a 6. ábrán a ί

HU 225 633 Β1

4. ábra szerinti fénykép egyvonalas változata látható.

Az 5. ábrán a 4. ábra szerinti fénykép egy részlete látható kinagyítva, a 7. ábra pedig itt is az 5. ábra szerinti fényképet erősíti meg egyvonalas rajzával.

A közbenső 13 kerámiavegyület-réteg és a 14 főfázis a 4 tömítőelem felületén van kiképezve. A 14 főfázist az a 15 szerkezet alkotja, amelynek nyitott pórusaiba 10 kerámiavegyület-réteg impregnálódott. A 6 összekötő rész 14 főfázisa a 7 fémelem felületén alakult ki. A 4. ábra fényképén a 14 főfázisban látható fehéres foltok fémes molibdént jelentenek, míg a szürke vagy fekete foltok jelentik a nyitott pórusokba impregnálódott 10 kerámiavegyület-réteget. Az impregnálódott 10 kerámiavegyület-réteg látható színeltérései azt jelzik, hogy a kerámia összetevőinek, például alumíniumnak az aránya mikroszkopikus módon megváltozott.

A fenti szerkezetű egyesített testben a kerámiára ható húzófeszültségeket a fémrészecskék (porózus 2 szerkezet) szétoszlatják, míg a porózus 2 szerkezetre ható nyomóerőket a nyitott pórusokba impregnálódott kerámia oszlatja el. Ez annyit jelent, hogy a különböző anyagfajták együttműködve megfelelő módon képesek felvenni a 6 összekötő részre ható húzó- és nyomóterheléseket. Ezért viszonylag nehéz a kerámiaanyagban töréseket létrehozni, és ha a 13 kerámiavegyület-rétegen belül repedések jönnek létre, ezeket a repedéseket a fémből készült porózus 2 szerkezet megszakítja, megakadályozva ezzel az egész 6 összekötő rész törését. A fentieken túl a porózus 2 szerkezetből és impregnált 13 kerámiavegyület-rétegből álló 14 főfázis kötődik a 7 fémelemhez, és a közbenső 13 kerámiavegyület-réteg erőteljesen kötődik a 4 tömítőelemhez.

Ezen túlmenően a korrózióra hajlamos kerámia összetevők nagyrészt a porózus 2 szerkezet nyitott pórusaiba vannak beimpregnálva.

A találmány szerinti egyesített test esetében úgy találtuk, hogy a nagynyomású kisülőlámpák meghibásodási mechanizmusában egyrészt a hőterhelési tényező, másrészt a korróziós tényező játssza a főszerepet. Azt is tapasztaltuk, hogy létezik olyan hőmérséklet-tartomány, amelyben az említett hőterhelési tényező az uralkodó, és olyan hőmérséklet-tartomány, amelyben viszont a korróziós tényező dominál. A 8. ábra jellemző összefüggést mutat a találmány szerinti nagynyomású kisülőlámpa hőállósági hőmérséklete, hőterhelési tényezője és korróziós tényezője között. Mint az ábra a görbéjén látható, 980 °C hőállósági hőmérséklet alatt, előnyösen 950 °C-on vagy az alatti hőmérsékleten a hőterhelési tényező domináns, míg 1050 ’C vagy az alatti, de 980 ’C-ot meghaladó hőmérsékleten az ábra b görbéjén látható módon a korróziós tényező a meghatározó. Kutatásaink szerint a találmány szerinti nagynyomású kisülőlámpa szempontjából előnyös a korrózió szempontjából, ha a kisülőlámpa legalább 50%-os kristályosságú.

A fent vázolt jelenség magyarázata a következő. Abból indulunk ki, hogy ha a hőterhelés egyenesen arányos a tényleges hőmérséklet és a tárgy olvadáspontja (lágyulási hőmérséklete) közötti különbséggel, akkor - ahogy a 8. ábra a görbéjén megfigyelhető - a hőterhelés hatása úgy csökken, ahogy a hőállósági hőmérséklet nő. Lényeges termikus feszültség nem is jelentkezik az olvadásponttal egyező vagy azt meghaladó hőmérsékleten.

Másrészt, ahogy az a 8. ábra b görbéjén látható, a korrózió (kémiai reakció) a hőállósági hőmérséklettel együtt csökken. Ez annak köszönhető, hogy az 1 kisülőcső belsejébe töltött ionizálható fényemittáló anyag aktivitása csökken, ahogy az 1 kisülőcső hőmérséklete és ezzel az 1 kisülőcső belső falára ható vegyi támadás is csökken. Ezért viszonylag magas hőmérsékleten a nagynyomású kisülőlámpa vegyi stabilizációja úgy nő, ahogy a kristályosság aránya nő.

Ha a kerámia 1 kisülőcső hőmérsékleticiklus-tesztjét azon a 950 ’C hőmérsékleten hajtjuk végre, amelyen a hőterhelés a meghatározó a nagynyomású kisülőlámpák meghibásodási mechanizmusában, a korrózió is viszonylag alacsony, ha teljesül az a feltétel, hogy a közbenső 13 kerámiavegyület-réteg és az impregnált kerámiavegyület-réteg legfeljebb 50%-os kristályosságú. Ez azért van így, mert a nagynyomású kisülőlámpák meghibásodási mechanizmusában a hőterhelés akkor játszik fontos szerepet, ha a kristályosság nem több, mint 50%. Ennek eredményeképpen a nagynyomású kisülőlámpa nem vagy csak ritkán hibásodik meg. Ugyanakkor nem előnyös egy nagynyomású kisülőlámpa esetében, ha kevesebb mint 50%-os kristályosságú, mert a hőterhelést oldó mechanizmus nem képes teljes mértékben kifejteni hatását (lásd a 9. ábrát). A hőterhelésiciklus-teszt során ezer ilyen ciklust hajtottunk végre. Ebben az esetben a nagynyomású kisülőlámpa hőmérsékletét előbb 15 percen keresztül szobahőmérsékleten tartottuk, majd azt követően 1050 ’C hőmérsékletre növeltük, és 5 percen keresztül ezen a hőmérsékleten tartottuk, majd végül ismét szobahőmérsékletre hűtöttük minden egyes ciklus során.

Ha a kerámia 1 kisülöcsö höterhelésciklusát azon az 1050 ’C hőmérsékleten hajtjuk végre, amelyen már a korróziós tényező a meghatározó a nagynyomású kisülőlámpák meghibásodási mechanizmusában, a korrózióval szembeni ellenállás teljes mértékben érvényesül, és a hőterhelés viszonylag alacsony, ha teljesül az a feltétel, hogy a nagynyomású kisülőlámpa közbenső kerámiavegyület-rétege és impregnálódott kerámiavegyület-rétege több mint 50%-os kristályosságú. Ennek eredményeképpen a nagynyomású kisülőlámpában nem lép fel meghibásodás. Ugyanakkor a nagynyomású kisülőlámpa számára nem előnyös, ha kevesebb mint 50%-os kristályosságú, mivel ilyen esetben a korrózióval szembeni ellenálló képessége nem tökéletes (lásd később a 10. ábra kapcsán).

Az alábbi 1. táblázat azt a szituációt ismerteti, amikor egy kvarccsőbe kockákat helyeztünk el és 4000 órán keresztül 950 ’C hőmérsékleten Dyl₃ és Scl₃ hatásának tettük ki. Mindegyik kocka 5 mm oldalélű volt, és 46%, 54% és 75% kristályosságú kerámiavegyületből készült.

HU 225 633 Β1

1. táblázat

Ritkaföldfém-halid	0	5	10	15	20	40
Kristályossági fok (%)i
46	☆	©	O	Δ	Δ	Δ
54	☆	☆	©	©	O	O
75	☆	☆	☆	O	©	O

ahol:

Φ : a korróziós tartomány 5%-a alatti, ©: a korróziós tartomány 5-20%-a közötti, O: a korróziós tartomány 20-30%-a közötti, Δ : a korróziós tartomány 30-40%-a közötti.

Mint arra a korábbiakban már utaltunk, ha a hőállósági hőmérséklet nagyobb, mint 980 °C, vagy a kristályosság több, mint 50%, a korrózióval szembeni ellenállásra való hajlam nagyobb, mint a hőterhelés csők- 20 kentésére vonatkozó hajlam. Ha azonban az ionizálható fényemittáló közeg valamilyen ritkaföldfém-halid fő összetevőt tartalmaz, úgy előnyösen 50%-ot meghaladó kristályosságú lesz, függetlenül a höállósági hőmérséklettől, mivel a 980 °C alatti hőmérsékleteken a kor- 25 rózióra való hajlam viszonylag magasnak mondható.

A „fő összetevő” kifejezés alatt itt valamilyen ionizálható, fényemittáló anyagösszetevőt értünk, amely az indítóközeg kivételével az ionizálható fényemittáló közeg legalább 15 tömeg%-át alkotja. A találmány érteimé- 30 ben a höállósági hőmérséklet 1050 °C, ha a kristályosság 55%. Ennek eredményeképpen találmányunk nem csupán általános világítási célokra szolgáló lámpa esetében alkalmazható, hanem például járművek fényszóróiban is, ahol jó néhány hőterhelési ciklust és 35 1000 °C-ot meghaladó höállósági hőmérséklet a jellemző.

A találmány szerinti egyesített test különösen alkalmas nagynyomású kisülőlámpák megvalósításához.

Ilyen esetben az így előállított nagynyomású kisülőiám- 40 pák különösen stabilnak bizonyulnak az ismételt bekapcsolási és kikapcsolási ciklusokkal, valamint a kerámia 1 kisülőcső belső terében lévő korrozív gázokkal szemben.

A találmány szerint egyesített testnél a közbenső kerámiavegyület-réteg és az impregnált kerámiavegyület-réteg lényegében azonos összetételű. Ez azt jelenti, hogy mindkettő ugyanahhoz az alkotórészrendszerhez tartozik, és így egészében javítja az összekötő rész szilárdságát. A közbenső kerámiavegyület-réteg és az impregnált kerámiavegyület-réteg ezen túlmenően lényegében azonos vegyület. Ez annyit tesz, hogy a kerámiavegyület-réteg és az impregnált kerámiavegyület-réteg ugyanabból az anyagból vezethető le.

A közbenső kerámiavegyület-réteg és az impregnált kerámiavegyület-réteg kristályossági foka nincs korlátozva, de előnyösen akár 80% vagy annál több is lehet. Ilyen esetben a maximális érték sincs behatárolva, így az 100% is lehet.

Annak érdekében, hogy meg tudjuk vizsgálni a kristályossági fok és a korrózió közötti kapcsolatot, egy kvarccsőbe kockákat helyeztünk és 1000 °C hőmérsékleten az 5 mm-es élhosszúságú kockákat, amelyek 60%, 70% és 80% kristályossági fokú kerámiavegyületből készültek, DYI₃ és Scl₃ hatásának tettük ki. Az eredményt a 2. táblázatban foglaltuk össze.

2. táblázat

Idői	1000	2000	3000	4500	6000
Kristályossági fok (%)4
60	☆	©	O	Δ	Δ
70	☆	O	0	O	Δ
80	☆	©	0	©	O

ahol

ΪΓ : a korróziós tartomány 5%-a alatti, ©: a korróziós tartomány 5-20%-a közötti, o. a korróziós tartomány 20-30%-a közötti, Δ : a korróziós tartomány 30-40%-a közötti.

Mint a 2. táblán látható, a korrózióállóság növek- vakkal annyit tesz ki, hogy 70%-os kristályossági fok szik, ahogy a kristályossági fok növekszik. Ez más sza- 60 esetében a korrózióállóság nagyobb, mint 60%-os kris6

HU 225 633 Β1 tályossági fok esetében, és 80%-os kristályossági fok esetében a korrózióállóság ugyancsak meghaladja a 70%-os kristályossági fok esetén mért korrózióállóságot. Különösen, ha a kristályossági fok 80%, a korrózió nem haladja meg a 20%-ot, még akkor sem, ha a kockákat 6000 órát meghaladó időtartamra helyezzük a vizsgálókörnyezetbe.

A közbenső 48 kerámiavegyület-réteget alkotó kerámiákat, valamint az impregnált 13 kerámiavegyület-réteget alkotó kerámiákat úgy választjuk meg, hogy azok egy vagy több oxidot foglaljanak magukban az alábbi csoportból: AI₂O₃, Sc₂O₃, Υ₂θ3, l-3₂O₃, Gd₂O₃, Dy₂O₃, H₂O₃, Tm₂O₃, SiO₂, MoO₂ és MoO₃. Különösen előnyösnek bizonyulhat kettőnél nem kevesebb oxid keveréke is. A két eutektikus vegyület, Dy₂O₃-AI₂O₃, Sc₂O₃-AI₂O₃ még előnyösebb, mivel megközelítőleg 1800 °C nagyságrendbe eső, vagyis lényegében igen nagy olvadásponttal rendelkezik.

A nagynyomású kisülőlámpában lévő korrozív gázok által hosszú időn keresztül okozott korrózió meggátlása érdekében a viszonylag korrozív alkotóként számon tartott SiO₂-vegyület az egyes kerámiákban előnyösen 15 tömeg% vagy annál kevesebb lehet, és még előnyösebben legfeljebb 5 tömeg% lehet. Ennek eredményeképpen a kerámiák kristályosodását igen jól kézben tarthatjuk. A 11. ábrán a SiO₂ tömegszázaléka és a kerámia kristályossági foka közötti kapcsolatot tüntettük fel egy diagramon. Ez azt az esetet ábrázolja, amikor 15 percet vesz igénybe, hogy a hőkezelési hőmérsékletről 500 °C hőmérsékletre menjünk le. Mint a

11. ábrán látható, a kristályossági fok nem csökken 50% alá, ha a kerámia SiO₂-tartalmát 15 tömeg%-ot meg nem haladóra választjuk.

A SiO₂ egy bizonyosfajta kötőanyagként is szolgál, amely segít a kerámiaanyag alakjának a megtartásában, amikor előállítjuk a találmány szerinti egyesített testet. Így az alakmegtartó tulajdonság növelése szem előtt tartásával a SIO₂-ot előnyösen 5 ppm vagy nagyobb, előnyösebben 20 ppm vagy nagyobb mennyiségben alkalmazhatjuk.

Minden egyes kerámia előnyösen AI₂O₃-ot tartalmazhat. A nedvesíthetőség szempontjából minden kerámia tartalmazhat célszerűen a második elemet alkotó kerámia vagy cermet fő összetevőt. „Fő összetevő” alatt 70 tömeg% vagy azt meghaladó kerámia összetevőt, vagy 60 tömeg% vagy azt meghaladó cermet összetevőt értünk.

Az alábbiakban felsoroljuk az általunk előnyösnek tartott összetételi tartományokat:

(1)	AI₂O₃	10-80 tömeg%
	SÍ2O2	10 tömeg% vagy kevesebb (előnyösen 5 ppm vagy több)
	Y₂O₃	0-40 tömeg%
	Dy₂O₃	0-50 tömeg%
	B2O3	0-10tömeg%
	MoO₃	0-10 tömeg%
(2)	ai₂o₃	10-80 tömeg%
	SiO₂	0-10 tömeg%
	Y₂O₃	1 tí- 25 tömeg%
	Dy₂C>3	10-50 tömeg%

A 7 fémelemet molibdénből, volfrámból, réniumból, nióbiumból, tantálból és ezek ötvözetéből álló csoportból választott egy vagy több fémből állíthatjuk elő.

Ezek közül a nióbíum és a tantál hőtágulási együtthatója megegyezik a kerámia kisülőcsövet alkotó kerámia, különösen alumínium-oxid-kerámia hőtágulási együtthatójával. Az is ismert azonban, hogy a nióbíum és a tantál fém-halogének jelenlétében korrózióra hajlamos. Ezért célszerű, ha a 7 fémelem élettartamának a megnövelése céljából a 7 fémelemet molibdént, volfrámot, réniumot és ezek ötvözeteit tartalmazó csoportból kiválasztott fémből állítjuk elő. Azonban ezek a fém-halogénekkel szemben ellenálló fémek általánosságban kis hőtágulási együtthatóval rendelkeznek. Az alumínium-oxid-kerámia hőtágulási együtthatója 8*10^_6K^_1, a molibdén hőtágulási együtthatója βχΙΟ^Κ^-1, míg a volfrám és rénium hőtágulási együtthatója nem haladja meg a βχΙΟ^Κ^-1 értéket. Ilyen esetben, mint írtuk, a találmány szerinti egyesített test hatékonyan csökkenti a 7 fémelem és a kerámia kisülőcső vagy 4 tömítőelem hőtágulási együtthatóinak a különbségéből eredő igénybevételt.

A molibdén előnyösen alkalmazható a találmány szerinti egyesített testnél annyiban, hogy fémgőzökkel, különösen fém-halogén gázokkal szemben igen ellenálló, és kerámia esetében igen nagy a nedvesítőképessége.

Ha 7 fémelem anyagául molibdént használunk, akkor a molibdénhez előnyösen 0,1-2,0 tömeg% arányban La₂O₃ és CeO₂ legalább egyikét adalékolhatjuk.

A porózus 2 szerkezetet színtereit fémporból állítjuk elő. A fémpor előnyösen molibdénből, volfrámból, réniumból, nióbiumból, tantálból, ezek ötvözeteiből álló csoportból választott fémből állíthatjuk elő. A porózus 2 szerkezetnek halogénekkel szembeni ellenálló képessége további növelésére előnyös, ha fémpor anyagául szolgáló fémet molibdénből, volfrámból, réniumból és ezek ötvözeteiből álló csoportból választjuk ki.

A 7 fémelemet alkotó fémek és a porózus 2 szerkezetet alkotó fémek fő összetevője előnyösen ugyanaz az anyag lehet, például előnyösen molibdén, az ilyen fő összetevő azt jelenti, hogy az elem legalább 60 tömeg% fémet tartalmaz.

A porózus 2 szerkezet nyitott pórusainak porozitása legalább 15%, még előnyösebben legalább 40%, ezzel is erősítve a javasolt egyesített test szilárdságát. A porozitás előnyösen legfeljebb 80%, még előnyösebben 70%, miáltal a kerámia igen hatékonyan beleivódik a porózus 2 szerkezet nyitott pórusaiba, és a porózus 2 szerkezet ismétlődő hőterhelési ciklusokkal szembeni ellenálló képességének a javítása érdekében ezzel az igénybevételt jobban el tudjuk oszlatni a szerkezetben.

A 4 tömítőelem második tagja kerámiából vagy cermetböl készül. A kerámia előnyösen alumíniumból, magnéziumból, ittriumból, lantánból és cirkóniumból vagy ezek keverékéből álló csoportból választott anyagból állhat.

Bizonyos esetekben előnyös a javaslat értelmében, ha a 4 tömítőelemet a kerámia 1 kisülőcső anyagául

HU 225 633 Β1 szolgáló anyaggal azonos anyagból készítjük, de egyes esetekben az az előnyös, ha attól eltérő anyagból készítjük. Ha a villamos vezető nióbiumból vagy tantálból készül, a kerámia 1 kisülőcső és a 4 tömítőelem is ugyanebből az anyagból készülhet, mert ebben az esetben a villamos vezető hőtágulási együtthatója megközelíti a kerámia 1 kisülőcső és a 4 tömítőelem hőtágulási együtthatójának az értékét. Az ugyanaz az anyag kifejezés azt jelenti, hogy a kerámiaanyagok alapvető alkotóelemei megegyeznek, míg az adalék egy vagy több összetevő azonos vagy eltérő lehet.

Ha a 7 fémelemet molibdénből, volfrámból, réniumból vagy ezek ötvözetéből készítjük, a kerámia 1 kisülőcső és a 7 fémelem hőtágulási együtthatója közti különbség viszonylag megnő. Ezért előnyös, ha a 4 tömítőelem hőtágulási együtthatóját a villamos vezető hőtágulási együtthatójának értéke és a kerámia 1 kisülőcső 1a végrésze hőtágulási együtthatójának az értéke közé állítjuk be. Ennek érdekében a 4 tömítőelemet cermetből készíthetjük.

A cermet kerámia és fém vegyülete. A kerámia előnyösen alumíniumból, magnéziumból, ittriumból, lantánból és cirkóniumból álló csoportból választott önálló kerámia, vagy ezek keveréke lehet, még előnyösebben ugyanaz a kerámia, amelyből az 1 kisülőcső készült, ami lehetővé teszi, hogy az 1 kisülőcsövet és a 4 tömítőelemet egyidejűleg égessük ki. Ebből a szempontból a kerámia 1 kisülőcső, valamint a cermet kerámia alkotóelemei előnyösen alumínium-oxid-kerámiából készülhetnek.

A cermet fém összetevője nagy olvadáspontú és fém-halogénekkel szemben ellenálló fém, például volfrám, molibdén, rénium vagy más, vagy ezek ötvözete lehet, ami fokozottan jó ellenálló képességet biztosít a 4 tömítőelem számára a fém-halogénekkel szemben. A cermet a kerámia összetevő legalább 55 tömeg%-át és még előnyösebben legalább 60 tömeg%-át alkothatja (az egyensúlyt a fém összetevő biztosítja).

A közbenső 48 kerámiavegyület-réteget alkotó anyagok és az impregnált 13 kerámiavegyület-réteget alkotó kerámia olvadáspontja legfeljebb a második alkatrészt alkotó kerámia vagy cermet olvadáspontjánál 200 °C-kal kisebb értékű lehet. Ennek következtében a második alkatrészben igen ritkán történik kristályközi törés. Ebben az esetben az egyes anyagok olvadáspontja legalább 1500 °C lehet.

A fent vázolt egyesítést a kerámiacső mindkét végénél elvégezhetjük. Az 1 kisülőcső egyik 1a végrészénél azonban mindenképpen valamilyen cső alakú fémelemet kell elhelyeznünk, hogy annak belső terén keresztül ionizálható fényemittáló közeget tudjunk bejuttatni. Az 1 kisülőcsö másik 1a végrészében különböző alakú, például rúd, cső vagy hasonló alakú fém alkatrészt építhetünk be.

A kerámia 1 kisülőcső alakja nem különösen behatárolt, így cső, henger, hordó vagy más alakú lehet. Ha a fém alkatrész egy elektródrendszert tartó cső alakú elem, amelyen keresztül az ionizálható fényemittáló közeget bevezetjük az 1 kisülőcső belsejébe, akkor az elektródrendszert tartó alkatrészt lézerhegesztéssel vagy AVI-hegesztéssel zárjuk le tömítetten. Lézerhegesztés esetén például Nd-YAG lézert használunk. Ebben az esetben a fém alkatrész, valamint a belehelyezendő elektród között átmérőirányban 30-150 pm távközt állítunk be, hiszen ha ezt a távközt túlságosan nagyra hagyjuk, akkor a fényemittáló anyag hajlamos lesz ebben a térben összegyűlni, így tulajdonságai a későbbiekben egyenetlenül hatnak, míg ha a távköz túlságosan kicsi, akkor az elektródrendszer lényegében hozzáér az elektródrendszert tartó fém alkatrészhez, és az egyesített rész termikus igénybevétele annyira megnő, hogy sokkal könnyebben következhet be törés.

Fém-halogén nagynyomású kisülőlámpa esetében a kerámia 1 kisülőcső belsejébe semleges gázt, például argont, valamilyen fém-halogént és opcionálisan higanyt juttatunk be.

Az 1., 2., 3., 12., 13. és 14. ábrán a találmány szerinti lámpa 1a végrészeinek különböző lehetséges kialakításait vázoltuk.

A találmány szerinti egyesített test 6 összekötő részét a 4 tömítőelem és a 7 fémelem közé vezetjük be, hogy ezeket mind összekössük egymással, és ezen keresztül légtömör zárást biztosítsunk.

Mint a 12. ábrán látható, egy 18 elektródrendszer 27 tengelye előnyösen fémből készült 19 tömítődugóhoz kapcsolódik, és a 18 elektródrendszer a kerámia 1 kisüiőcső belső terébe nyúlik, míg a 19 tömítődugó a 7 fémelem belsejébe nyúlik bele. A 13. ábrán látható, hogy a 7 fémelem 7a végrészét a kerámia 1 kisüiőcső belső teréig is kivezethetjük, míg a 7 fémelemre kívül 48’ ütközőt helyezhetünk. A14. ábrán látható kialakítás értelmében a 19 tömítődugó 19a végrésze a fent említett hegesztéssel vagy más módon a 7 fémelemhez van erősítve, miáltal olyan 21 tömítőrészt kapunk, amellyel az ionizálható fényemittáló közeget és az indítógázt a kerámia 1 kisülőcső belső terében el tudjuk szigetelni a külső környezettől, míg a 19 tömítődugón keresztül a 18 elektródrendszer számára villamos táplálást tudunk biztosítani. A már említett 42 váll a 7 fémelemet pozícionálja, és a korrozlv tulajdonságú gáz áramlási útvonalát hosszabbítja meg.

A 15. ábrán a találmány szerinti nagynyomású kisülőlámpa egy előnyös kiviteli alakját vázoltuk. Egy nagynyomású kisülőlámpa- 23 rendszernek alapvetően kemény üvegből készült külső 30 csőburkolata van, amelyben egy találmány szerinti nagynyomású 1 kisülőcső van elrendezve. A külső 30 csőburkolat mindkét vége 22 kerámiadugóval tömítetten le van zárva. A 19 tömítődugók a 7 fémelemekbe vannak behelyezve, és egyesítve vannak azokkal. A 19 tömítődugók külső 19a végéhez egy-egy külső 25 vezető van csatlakoztatva.

A 16. ábrán vázolt kiviteli alak esetében a 4 tömítőelem belső 4a falfelületén nem található 42 váll, és a 7 fémelem és a 4 tömítőelem belső 4a falfelülete lényegében a 4 tömítőelem 46 átmenőfuratának teljes hossza mentén egyesített. Az ábrán látható 6A összekötő rész 13A közbenső üvegréteg és 14A főfázis is. A 17. ábrán bemutatott kiviteli alak esetében a kerámia

HU 225 633 Β1 kisülőcső 1a végrészének belső 1b falfelülete egyenesen a kerámia 1 kisülőcső főtengelye irányában húzódik. Az 1a végrész belső 1b falfelületének 1d végrészében 31 fészek van kialakítva. Ez a 31 fészek a 7 fémelem 7a végrészét tartja. Az 1 kisülőcső és a 7 fémelem között 6B összekötő rész helyezkedik el, amely a légtömör zárás biztosítása érdekében az 1 kisülőcsövet és a 7 fémelemet összeköti egymással a 31 fészekben. Az ábrán megfigyelhető még az 1a végrész belső 1 b falfelületén húzódó 32 fémezett réteg is.

A 18. ábrán a 17. ábrán bemutatott kiviteli alak 31 fészek környezetében található részletét tüntettük fel kinagyítva. Látható, hogy a 6B összekötő rész a 7 fémelemet, valamint az 1 kisülőcsővel kapcsolatban álló 13B kerámiavegyüiet-réteggel érintkezésben álló 14B főfázist tartalmaz. A 32 fémezett réteg az 1 kisülőcső 1a végrészének belső 1b falfelületét, továbbá a 31 fészek felületét fedi le, érintkezésben áll a 7 fémelem 7a végrészének élével, és egészen a 6B összekötő rész pereméig nyúlik.

A 19. ábrán bemutatott kiviteli alak esetében az 1 kisülőcső 1a végrészének belső 1b falfelületén semmilyen 42 váll nem található, így a belső 1b falfelület lényegében egyenesen húzódik. Az 1 kisülőcső 1a végrészének belső 1 b falfelülete és a 7 fémelem lényegében az 1a végrész 40 nyílásának teljes hosszában össze van kötve egymással. A bemutatott kiviteli alak esetében megfigyelhető 6C összekötő rész, 13C kerámiavegyület-réteg és 14C főfázis is.

Mindegyik fent bemutatott kiviteli alak esetében a találmány szerinti egyesített részt a 1 fémelem külső 7c felülete és a kerámia 1 kisülőcső 1a végrészének belső 1b falfelülete vagy a 4 tömítőelem között hozzuk létre. Ez más szavakkal annyit jelent, hogy a fent bemutatott találmány szerinti egyesítés eredményeképpen nem tömítjük le a kerámia 1 kisülőcső 1a végrészében lévő 40 nyílást vagy a 4 tömítőelem 46 átmenőfuratát, hanem amellett, hogy a találmány szerinti egyesítéssel igen nagy ellenálló képességet biztosítunk a korrózióval szemben, a kerámia 1 kisülőcső 40 nyílását az 1 kisülőcsővel magával tudjuk letömíteni úgy, hogy a közbülső 13C kerámiavegyület-réteget a 40 nyílás felé néző belső 1b falfelülettel hozzuk érintkezésbe, és a közbülső 13C kerámiavegyüiet-réteggel és a 14C főfázissal tömítjük le előre meghatározott légtömörség biztosítása mellett.

Egy alternatív megoldás értelmében a közbülső 13 kerámiavegyület-réteget a 4 tömítőelem 46 átmenőfurata felé néző belső 4a falfelülettel hozhatjuk érintkezésbe, hogy a 46 átmenőfuratot a közbülső 13 vegyületréteggel és a 14 főfázissal előre meghatározott légtömörség biztosítása mellett lezárjuk. Ezekben az esetekben a 7 fémelemet a 14 főfázishoz úgy erősítjük hozzá, hogy nem vezetjük keresztül az egyesített részen. A 20. és 21. ábra ilyen lehetséges kiviteli alakok jellemző részleteit vázolják.

A 20. ábrán látható kiviteli alak esetében egy nagynyomású kisülőlámpa kerámia 38 kisülőcsövének 38c végfelületével szomszédos belső 38b felületen belül egy első 37 tömítőelemet helyezünk be. A 38 kisülőcső külső 38a felülete hosszanti irányban egyenesen húzódik. A 38 kisülőcső vastagsága lényegében egyenletes. Az első 37 tömítőelem belsejében egy második hengeres alakú 39 tömítőelem van behelyezve. A 37 és 39 tömítőelemek kerámiából vagy cermetből készülnek, ugyanúgy, mint a korábban bemutatott 4 tömítőelemek. A találmány tárgyát alkotó 6D összekötő rész a második 39 tömítőelemen belül van kialakítva.

Amikor kialakítjuk a 6D összekötő részt, ennek során a második 39 tömítőelembe egy porózus szerkezetet helyezünk, amelyhez még annak felhasználását megelőzően előnyösen molibdénből készített, kifelé nyúló 35 fém alkatrészt és a 38 kisülőcsö 17 belső terébe nyúló fém- 27 tengelyt erősítünk. Ha a porózus szerkezet külső átmérője és a második 39 tömítőelem belső 39a falfelületének belső átmérője szigorúan ugyanolyan értékűre van kialakítva, adott esetben nem lehetséges a méretazonosság miatt a porózus szerkezet helyreillesztése. Ezért előnyösen 0,05-0,10 mm távközt biztosítunk a két említett elem között. így, amikor a porózus szerkezetet beillesztjük és kerámiaanyagot olvasztunk a helyére illesztett porózus szerkezetre, az abba impregnálódó kerámia létrehozza a 14D főfázist, és a porózus szerkezet és a második 39 tömítőelem közötti résben kialakul egy közbülső 13D kerámiavegyület-réteg.

Ennek következtében a 39 tömítőelem 46 átmenőfurata lényegében a 14D főfázissal van letömítve, és a közbülső 13D kerámiavegyület-réteg a 14D főfázis és a 39 tömítőelem belső 39a falfelülete közötti térközben alakul ki. Az említett 27 tengely a 14D főfázisnak a kisülőcső 17 belső tere felé néző felületéhez van erősítve, és a 14D főfázis külső felületéhez 35 fém alkatrész van erősítve.

Ezen túlmenően a 35 fém alkatrész és a második tömítőelem közötti térközben egy további 45 kerámiavegyület-réteg van kialakítva.

A 21. ábrán bemutatott kiviteli alak esetében, hasonlóan a 20. ábrán látható kiviteli alakhoz, a találmány szerinti 6E összekötő rész az 1 kisülőcső 1a végrészének 40 nyílásában van kialakítva.

A 6E összekötő rész kialakítása során egy porózus szerkezetet helyezünk az 1 kisülőcső 1a végrészének belső 40 nyílásába. Ezt megelőzően a porózus szerkezethez kifelé nyúló 35 fém alkatrészt és az 1 kisülőcső 17 belső terébe nyúló fém- 27 tengelyt erősítünk. A porózus szerkezet külső felülete és az 1 kisülőcső belső 1b falfelülete között előnyösen 0,05-010 mm nagyságú térközt biztosítunk. Amikor a porózus szerkezetet behelyezzük és erre ráolvasztjuk a kerámiaanyagot, a megolvadó kerámiaanyag beleimpregnálódik a porózus szerkezetbe, és így létrejön a 14E főfázis, valamint 13E közbenső üvegréteg az 1 kisülőcső és a 14E főfázis közötti térközben.

A porózus 2 szerkezet külső felülete, valamint az 1 kisülőcső belső 1b falfelülete közötti térköz, továbbá az elektród rendszer beépítése (beépítés könnyűsége), valamint a kerámiavegyület porózus 2 szerkezetben megjelenő teljessége közötti kapcsolatot az alábbi 3. táblázat mutatja.

HU 225 633 Β1

3. táblázat

Vizsgált paraméter-»	Behelyezés (könnyűség)	A kerámiavegyület teljessége a porózus 2 szerkezetben
térköz (mm))
0,03	Δ	o
0,05	O	©
0,08	O	o
0,10	o	o
0,12	0	Δ

O:jó

Δ '· átlagos

Ha térközt 0,03 mm-re választjuk, akkor a porózus 2 szerkezet külső felülete érintkezésbe lép az 1 kisülőcső belső 1b falfelületével, és (gy a porózus 2 szerkezet megsérülhet, ha az elektródrendszer behelyezés! irányához viszonyítva elferdül. Másrészt, ha a térközt 0,12 mm-re választjuk, akkor a kerámiavegyület nem töltődik a porózus 2 szerkezetbe, és így a kerámiavegyület lefolyhat.

Az alábbiakban a találmány szerint létrehozott nagynyomású kisülőlámpák előállításának néhány általunk különösen előnyösnek ítélt módját mutatjuk be. Ha 4 tömítöelemet használunk, akkor a 4 tömítőelemnek a por alakú alapanyagát (előnyösen alumínium-oxid-port) gyűrű alakú alakos testté formázzuk. Ennek során előnyösen 19,6133-29,42* 10⁶ N/m² nyomáson présformában előállított granulátum porlasztásos szárításával vagy hasonló módon előállított anyagot használunk, és az eredményül kapott alakos testet előnyösen paraffinmentesítjük, majd égetjük, hogy egy égetett testet kapjunk, amelyet ezt követően 1600-1900 °C hőmérsékleten -15 - +15 °C közötti harmatpontú redukált atmoszférában készre szinterelünk.

A paraffinmentesítő műveletet előnyösen 600-800 °C hőmérsékleten hajthatjuk végre, míg az égetést előnyösen redukált hidrogénatmoszférában, 1200-1400 °C hőmérsékleten végezhetjük. Az égetés bizonyos mértékű feszültséget hozhat létre a 4 tömítőelem alakos testében, és elősegíti annak kezelését. A szükséges üregeket, fészkeket, nyílásokat például gépi úton állíthatjuk elő.

Ezt követően a fémport összeállítjuk, zúzzuk, szárítjuk és őröljük valamilyen hozzáadagolt kötőanyaggal, például etil-cellulózzal, akril műgyantával vagy hasonlóval, hogy olyan pasztát kapjunk, amelyet azután a 7 fémelem 7a végrészének 7c felületére vihessünk fel, és amelyet a külső 7c felületre történő felvitelét követően 20-60 °C hőmérsékleten szárítunk. Az eredményül kapott égetett testet 20-50 °C harmatpontú redukált vagy semleges atmoszférában vagy vákuumban 1200-1700 °C hőmérsékleten szintereljük.

Ezt követően a kerámia 1 kisülőcső testét kialakítjuk, paraffinmentesítjük és égetjük, hogy megkapjuk a végső kiégetett kerámia 1 kisülőcsövet. A 4 tömítőelem előszinterelt testét behelyezzük az így kapott kiégetett 1 kisülőcső 1a végrészébe, előre meghatározott helyzetbe igazítjuk és 1600-1900 °C hőmérsékleten, -15 - +15 °C harmatpontú redukált atmoszférában készre szintereljük, hogy végül megkapjuk a kerámia 1 kisülőcsövet.

Port vagy frittet előre meghatározott kerámiavegyületté alakítunk, azt összezúzzuk, majd adalékolt kötőanyaggal, például poli(vinil-alkohol)-lal vagy hasonlóval granuláljuk, présöntéssel kialakítjuk, majd paraffinmentesítjük, hogy megkapjuk a présport. Alternatívaként kerámiaport vagy frittet megolvasztunk, majd megszilárdítjuk, hogy olyan szilárd anyagot kapjunk, amelyet ezt követően meg tudunk őrölni, majd valamilyen adalékolt kötőanyaggal együtt granuláljuk, présöntjük és paraffinmentes ítjük. Ebben az esetben a porhoz előnyösen 3-5 tömeg% kötőanyagot adagolunk, nyomás alatt présformázzuk, körülbelül 700 °C hőmérsékleten paraffinmentesítjük, majd végül 1000-1200 °C hőmérsékleten égetjük.

Az így létrehozott 1 kisülőcsövet, 4 tömítőelemet, 7 fémelemet, porózus 2 szerkezetet és présport az

1. ábrán látható módon összeállítjuk, majd nemoxidáló atmoszférában 1000-1600 °C hőmérsékletre hevítjük.

Az 1-7. ábrák segítségével bemutatott kerámia kisülőlámpát a fent vázolt eljárással állítottuk elő. A kerámia 1 kisülőcsövet és a 4 tömítőelemet alumínium-dioxid-kerámiából készítettük, és 7 fémelemként molibdénből készült csövet használtunk. A porózus 2 szerkezet céljára 3 pm átlagos részecskeátmérőjű molibdénport használtunk, kötőanyagként pedig etil-cellulózt alkalmaztunk. A molibdénpor rázás utáni sűrűsége 2,9* 10³ kg/m³ volt. Az impregnált kerámiafázis és a közbenső 13 kerámiavegyület-réteg összetételét 20 tömeg% diszprózium-oxid, 17 tömeg% lantán-oxid, 35 tömeg% alumínium-oxid, 20 tömeg% ittrium-oxid és 8 tömeg% szilícium-dioxid alkotta. Az eredményül kapott egyesített rétegben az azt alkotó kerámia kristályossági foka 80% volt.

Az így előállított kerámia 1 kisülőcsövet hőterhelésiciklus-tesztnek vetettük alá. Egy cikluson belül az 1 kisülőcső hőmérsékletét 15 percen keresztül szobahőmérsékleten tartottuk, majd 1040 °C-ra növeltük, ezen az értéken tartottuk 5 percig, majd vísszahűtöttük szobahőmérsékletre. Ezt a ciklust ezerszer ismételtük. Ezt követően héliumos tömítettségvizsgálatot végeztünk, hogy megállapítsuk a hélium szökését, és ennek során azt találtuk, hogy a hélium szivárgási sebessége kisebb, mint 1,01325*10^-11 Pa m³/s értékű.

850 °C a normál üzemi körülményekre jellemző hőmérséklet, míg 1050 °C egy túlterhelt üzemre jellemző hőmérsékleti érték. Az utóbbival szembeni ellenálló képesség azt jelenti, hogy az 1 kisülőcső biztonsággal képes megtartani a benne lévő indítógázt és az ionizálható fényemittáló közeget hosszabb időn keresztül is, még abban az esetben is, ha az indítógázt és a közeget a normálértéket meghaladó nyomáson juttattuk be az 1 kisülőcsőbe.

Emellett a letapogató típusú elektronmikroszkóppal felvett, a 4. és 5. ábrán látható fényképek a 7 fémelem belső 7b felülete és a 4 tömítőelem közötti kapcsolódási felület tartományát mutatják.

HU 225 633 Β1

Egy másik nagynyomású kisülőlámpát is előállítottunk a fenti eljárással. Ennek során azonban a kerámia összetételét 47 tömeg% diszprózium-oxid, 48 tömeg% alumínium-oxid, 1 tömeg% ittrium-oxid és 4 tömeg% szilícium-oxid alkotta. Az eredményül kapott egyesített rétegben az impregnált kerámia 14 főfázist és a közbenső 13 kerámiavegyület-réteget alkotó kerámia kristályossági foka 90% volt.

Ezt a kerámia 1 kisülőcsövet szintén alávetettük egy ciklusos hőterhelési vizsgálatnak. Ennek során egy cikluson belül az 1 kisülöcső hőmérsékletét 15 percen keresztül szobahőmérsékleten tartottuk, ezután megnöveltük 1050 °C-ra, ezen az értéken tartottuk 5 percig, majd hagytuk szobahőmérsékletre visszahűlni. A ciklust itt is ezerszer ismételtük. Ezt követően a hélium szökésének megállapítására héliumszivárgási vizsgálatot hajtottunk végre, amely az előbbivel azonos értéket adott.

Ha egy nagynyomású kisülőlámpában nem használunk 4 tömítőelemet, akkor a kerámia 1 kisülőcső testét kell alakosra kiképeznünk, amelyet azután paraffinmentesítünk, kiégetünk és készre szinterelünk. A fent leírt módon előállított fémpor pasztát felvisszük vagy felnyomtatjuk egy 7 fémelem felületére és hőkezelésnek vetjük alá, hogy megkapjuk a kívánt porózus 2 szerkezetet. Miután az 1 kisülőcsövet és a 7 fémelemet összeszereltük és a fenti anyagot is felvittük, a szerkezetet a fent leírt módon hőkezeljük, hogy nagynyomású kisülőlámpát kapjunk.

A találmány szerinti egyesített test és egyesítési módszer széleskörűen alkalmazható a nagynyomású kisülőlámpákon túl minden ilyen szerkezetű test esetében, mint például vákuumos kapcsolókészülékeknél, amelyek olyan vezetőrészt vagy szerkezeti egységet tartalmaznak, amelynek légtömörsége megközelítőleg 900 °C hőmérsékleten nem hanyagolható el.

Ugyan találmányunkat az általunk előnyösnek tartott kiviteli alak kapcsán és segítségével mutattuk be, a találmány azonban nem korlátozódik a bemutatott példákra, és a szabadalmi igénypontokban megfogalmazott oltalmi körön belül számos kiviteli alakban és variációban megvalósítható.

Napjainkban világszerte érezhető az a törekvés, hogy a nagynyomású kisülőlámpákban higany helyett nagynyomású xenongázt használjanak. A találmány szerinti nagynyomású kisülőlámpával elért emelt hőmérséklet miatt lehetőség van arra, hogy a higanyt nem tartalmazó nagynyomású kisülőlámpa begyújtásánál fellépő belső nyomás megemelkedését elviselhetővé tegyük. Ennek az eredményeképpen a találmány szerinti nagynyomású kisülőlámpát nemcsak általános világítási célokra, hanem például járművek fényszóróiban is alkalmazni lehet.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Egyesített test, amely egy fémből készült első elemből, valamint kerámiából vagy cermetből készült második elemből van összeállítva, amely az első elem és a második elem között, azok összeerősítésére kialakított összekötő résszel (6) rendelkezik; az összekötő rész (6) az első elemmel kapcsolódó főfázist (14), valamint a második elemmel érintkező és a második elem és a főfázis között elhelyezkedő közbenső kerámiavegyület-réteget (13) tartalmaz; a főfázis (14) fémporból színtereit, nyitott pórusokkal rendelkező porózus szerkezetet (2), valamint a porózus szerkezet (2) nyitott pórusaiba impregnált kerámiavegyület-réteget tartalmaz, azzal jellemezve, hogy a közbenső kerámiavegyület-réteg (13) és az impregnált kerámiavegyület-réteg 50%-ot meghaladó kristályosságú.
2. Az 1. igénypont szerinti egyesített test, azzal jellemezve, hogy a közbenső kerámiavegyület-réteg (13) és az impregnált kerámiavegyület-réteg a második elemet alkotó kerámia vagy cermet fő összetevőt tartalmaz.
3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti egyesített test, azzal jellemezve, hogy a porózus szerkezetet (2) alkotó fém az első elemet alkotó fém fő összetevőt tartalmaz.
4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti egyesített test, azzal jellemezve, hogy a közbenső kerámiavegyület-réteg (13) és az impregnált kerámiavegyület-réteg azonos alkotóelemekből álló kerámiaanyagból készült.
5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti egyesített test, azzal jellemezve, hogy a porózus szerkezet (2) nyitott pórusainak porozitása legalább 30% és legfeljebb 80%.
6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti egyesített test, azzal jellemezve, hogy a közbenső kerámiavegyület-réteg (13) és az impregnált kerámiavegyület-réteg kristályossága legalább 60%.
7. A 6. igénypont szerinti egyesített test, azzal jellemezve, hogy a közbenső kerámiavegyület-réteg (13) és az impregnált kerámiavegyület-réteg kristályossága legalább 70%.
8. A 7. igénypont szerinti egyesített test, azzal jellemezve, hogy a közbenső kerámiavegyület-réteg (13) és az impregnált kerámiavegyület-réteg kristályossága legalább 80%.
9. Az 1-8. igénypontok bármelyike szerinti egyesített test, azzal jellemezve, hogy a közbenső kerámiavegyület-réteget (13) alkotó kerámia, valamint az impregnált kerámiavegyület-réteget alkotó kerámia egy vagy több, az AI₂O₃-, Sc₂O₃-, Υ₂θ₃-, La₂O₃-, Gd₂O₃-, Dy₂O₃-, H₂O₃-, Tm₂O₃-, SiO₂-, MoO₂- és MoO₃-tartalmú csoportból kiválasztott oxidot tartalmaz.
10. A 9. igénypont szerinti egyesített test, azzal jellemezve, hogy a közbenső kerámiavegyület-réteget (13) alkotó kerámia, valamint az impregnált kerámiavegyület-réteget alkotó kerámia három vagy több, az AI₂O₃-, Sc₂O₃-, Y₂O₃-, La₂O₃-, Gd₂O₃-, Dy₂O₃-, H₂O₃-, Tm₂O₃-, SiO₂-, MoO₂- és MoO₃-tartalmú csoportból kiválasztott oxidot tartalmaz.
11. A 10. igénypont szerinti egyesített test, azzal jellemezve, hogy mindegyik kerámia legfeljebb 15 tömeg% SiO₂-tartalmú.
12. A 11. igénypont szerinti egyesített test, azzal jellemezve, hogy mindegyik kerámia legalább 5 ppm SiO₂-tartalmú.
13. Az 1-12. igénypontok bármelyike szerinti egyesített test, azzal jellemezve, hogy az első elem molibdénből, volfrámból, réniumból, nióbiumból, tantálból és

HU 225 633 Β1 ezek ötvözeteiből álló csoportból választott egy vagy több fémet tartalmaz.
14. Az 1-13. igénypontok bármelyike szerinti egyesített test, azzal jellemezve, hogy a második elem alumínium-oxidból, magnéziumból, ittriumból, lantánból és cirkóniumból álló csoportból kiválasztott kerámiát vagy kerámiát tartalmazó cermetet tartalmaz.
15. Az 1-14. igénypontok bármelyike szerinti egyesített test, azzal jellemezve, hogy a közbenső kerámiavegyület-réteget (13) alkotó anyag és az impregnált kerámiavegyület-réteget alkotó kerámia olvadáspontja legfeljebb a második elemet alkotó kerámia vagy cermet olvadáspontjánál 200 °C-kal alacsonyabb.
16. Nagynyomású kisülőlámpa, amely végrészekkel (1a) rendelkező kerámia kisülőcsövet (1) tartalmaz, amelynek belső tere (17) ionizálható, fényemittáló anyaggal, valamint indítógázzal van megtöltve, és a végrészekben (1a) egy-egy nyílás (40) van kiképezve, továbbá a belső térben (17) egy elektródrendszer (18) van elrendezve, és egy fémeleme (7) van, azzal jellemezve, hogy a fémelem (7) és a kisülőcső (1) között elhelyezkedő, az 1-15. igénypontok bármelyike szerinti egyesített testet tartalmaz, és a fémelem (7) az első elem, és a kisülőcső (1) a második elem.
17. Nagynyomású kisülőlámpa, amely végrészekkel (1a) rendelkező kerámia kisülőcsövet (1) tartalmaz, amelynek belső tere (17) ionizálható, fényemittáló anyaggal, valamint indítógázzal van megtöltve, és a végrészekben (1a) egy-egy nyílás (40) van kiképezve, továbbá a belső térben (17) egy elektród rendszer (18) van elrendezve, továbbá egy átmenőfurattal (46) ellátott, kerámiából vagy cermetből készült tömítőeleme (4) van, amely legalább részben a kerámia kisülőcső (1) nyílásában (40) van rögzítve, valamint egy fémeleme (7) van, azzal jellemezve, hogy a fémelem (7) és a tömítőelem (4) között elhelyezkedő, az 1-15. igénypontok bármelyike szerinti egyesített testet tartalmaz, és a fémelem (7) az első elem, és a tömítőelem (4) a második elem.
18. A 16. vagy 17. igénypont szerinti nagynyomású kisülőlámpa, azzal jellemezve, hogy a kisülőcső (1) hőálló hőmérséklete legalább 1000 °C.
19. A 16. vagy 17. igénypont szerinti nagynyomású kisülőlámpa, azzal jellemezve, hogy a közbenső kerámiavegyület-réteg (13) és az impregnált kerámiavegyület-réteg a kisülőcsövet (1) alkotó kerámia fő komponenst tartalmaz.
20. A 16-19. igénypontok bármelyike szerinti nagynyomású kisülőlámpa, azzal jellemezve, hogy a fémelem (7) cső alakú, és a fémelem (7) és a belehelyezendő elektród között átmérő irányában 30-150 pm tartományba eső méretű térköz van kiképezve.