JP4555417B2 - セラミック材料からなる中空体の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複雑な形状を有する高純度の中空セラミック体を製造する方法に関する。より詳細には、本発明は、放電ランプでアークチューブとして使用するために適当な複雑に成形された多結晶質アルミナ成形体を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多結晶質アルミナ（ＰＣＡ）アークチューブは、高圧ナトリウム（ＨＰＳ）ランプにおいて長年来使用されて来た。最近、このようなアークチューブは、非円筒体に成形されたチューブが改善された効率のための利点を示すメタルハライドランプのための重要な適用が見出された。このような非円筒体形状は、楕円形及び膨らんだ幾何学的形状を含む。
【０００３】
これらのアークチューブを製造するための従来の技術による方法は、冷間静水圧プレス、泥漿鋳込、テープ鋳込、射出成形、吹込成形、ゲル鋳込又は押出を使用した。これらの方法は、簡単な円筒体形状では十分に働いたが、複雑に成形されたワンピース及び複雑な部品は、しばしば内部形状を規定するために使用される構造用コア材料の除去が困難かつ時には不可能であるためにしばしば制限される。さらに、コア材料との接触によって惹起される汚染は、しばしば特に、高い純度が要求される光学セラミック製品においては問題を生じる。中空セラミック体の押出及び吹込成形は、湿った押出混合物の塑性流れに基づく反り、キャビティーの歪みもしくはさらに圧潰、又は直径膨脹もしくは材料硬さの変動に基づく不定の壁厚を生じることがある。プレス又は鋳込ワンピース部品は、マンドレル又はコアを除去することが不可能であることに基づき形状が制限される。鋳込をコア無しで実施すれば、内部形状が不定であり、しばしば費用のかかる焼結した部品のダイヤモンド研削が必要になる。
【０００４】
ＨＰＳ及びメタルハライドランプの放電容器として使用するために適当な複雑に成形されたアークチューブを製造するための工業生産で実施可能な方法が提供されれば当該技術分野において有利であろう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、従来の技術の欠点を排除することである。
【０００６】
本発明の別の課題は、複雑に成形されたセラミック体の製造を向上させることである。
【０００７】
本発明のなお別の課題は、残渣を残さない一時的コア材料の使用によってセラミック製品の成形方法及び製造を向上させることである。
【０００８】
本発明のさらに別の課題は、最終的に強化された製品への製造過程でセラミックの高純度及び本来の化学的及び物理的特性を維持することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、本発明の１つの態様によれば、中空体の内部形状に整合する形状を有する一時的コアを製造し、結合剤を含む、セラミック材料のビヒクルを製造し、一時的コアを前記セラミック材料で被覆し、セラミック材料をコアを取り囲む型内で圧縮して中間製品（sub-assembly）を成形し、中間製品を型から取り出し、中間製品を一定の速度及び時間かつ適当な雰囲気内で加熱して一時的コアを揮発させ、かつ引き続き中間製品を焼結して中空体を製造する工程からなる、セラミック材料からなる中空体の製造方法により解決される。
【００１０】
より特別の実施態様によれば、中空体を以下のようにして製造する：内側輪郭を規定する一時的コアと外側輪郭を規定するフレキシブルな弾性材料とからなる型を組み立てる。セラミック材料を含有するビヒクルを弾性型とコアの間の空間に注入し、該型、ひいては型に注入されたセラミック粉末を圧縮して中間製品を成形し、該中間製品を引き続き前記のようにして仕上げ加工する。
【００１１】
本発明の有利な実施態様によれば、一時的コアは高純度グラファイトから製造する。
【００１２】
この方法は、工業生産で実施可能な、コスト的に有効な方法でＨＰＳランプ及びメタルハライドランプにおける放電容器として使用するために適当なセラミックの複雑な形状の製造を可能にする。
【００１３】
【発明の実施の最良の形態】
本発明を、本発明の別の目的及びさらなる目的、利点及び可能性と共に、一層理解するために、以下の開示及び特許請求の範囲を参照されたい。
【００１４】
今や重要な特殊性について言及すれば、一時的コアを使用することにより、複雑に成形されたセラミック体を製造する。本発明の有利な１実施態様によれば、コアを高純度のグラファイトから形成する。高純度のグラファイトとは、少なくとも９９．９９％純粋な炭素である材料を意味する。
【００１５】
本発明によるアークチューブを製造するためには、酸素含有雰囲気中での加熱中に反応してＣＯ₂を形成する高純度のグラファイトから、所望の形状、例えば楕円形のコアを予め製造する。コアを製造するためには、伝統的なグラファイト加工方法を使用する。
【００１６】
適当な結合剤及び可塑剤を含有する成形体材料の水性スラリーのようなビヒクルを製造しかつ噴霧乾燥する。噴霧乾燥した材料、即ち今や流動性の粉末をグラファイトコアを備えたポリウレタンウエットバッグに注入しかつ１２，０００ｐｓｉ（８４３．６ｋｇ／ｃｍ²）に冷間静水圧プレスする。グラファイトコアを有する無傷のセラミック成形体を型から取り出しかつ３００℃／ｈの速度で空気中で１３２５℃に加熱しかつ温度を１３２５℃に全てのグラファイトが二酸化炭素に変換するために必要な時間保持する。殆どの適用のためには、この時間は約２４時間になる。今や中空の成形体を、次いで水素８％及び窒素９２％のような還元雰囲気内で１９００℃の温度で焼結する。
【００１７】
【実施例】
次に、実施例により本発明を説明するが、以下の実施例は本発明を制限するものではない。
【００１８】
例１
ポリビニルアルコールのような有機結合剤０．５ｗｔ％及びポリエチレングリコールのような可塑剤２．０ｗｔ％を含有する噴霧乾燥したアルミナ粉末を、楕円形に成形されたキャビティーを有し、かつ炭化タングステンマンドレルにねじ固定した小直径の楕円形に成形された高純度グラファイト（例えばBay Carbon, Inc. grade SPK）を備えたポリウレタンウエットバッグ型に充填した。結合剤含有アルミナ粉末は、ポリウレタンと中心部のグラファイトコアの間の空隙に充填した。アルミナを充填したウエットバッグをシールしかつ１２，５００ｐｉｓ（８７８．７５ｋｇ／ｃｍ²）で静水圧プレスしてグリーン成形体を成形した。プレス成形後に、殆どが封入されたグラファイトコアを有するアルミナグリーン成形体をウエットバッグ及びマンドレルから取り出し、かつ該成形体を、グラファイト及び結合剤が完全に揮発するまで空気中で１３２５℃で焼成した。予備焼結した、今や中空のセラミック成形体を、次いで水素８％、窒素９２％雰囲気中で１９００℃で２時間焼成することにより焼結させ、高輝度放電ランプの放電容器として使用するために好適な複雑に成形されたワンピースの透明中空体が生じた。高輝度放電ランプは、メタルハライドランプ及び高圧ナトリウムランプを含むが、但しこれらに制限されない。
【００１９】
例２
例１と同一の手順で実施したが、但しこの場合には結合剤の量を１．０ｗｔ％に増加させ、可塑剤を使用しなかった。得られたセラミック成形体は、また高輝度ランプにおける放電容器として使用するために適当であり、該方法は結合剤／可塑剤レベル及び比における変動に十分に耐えることを示した。
【００２０】
現時点で考えられる本発明の有利な実施例を示しかつ記載して来たが、当業者にとっては、特許請求の範囲により定義される範囲から逸脱することなく種々の変更及び修正を行うことができることは自明なことである。

Claims (3)

1. 放電ランプのアークチューブを製造する方法であって、その際、前記アークチューブがセラミック材料からなる中空体であり、かつ前記セラミック材料がアルミナを含む方法において、前記中空体の内部形状に整合する形状を有する一時的コアを製造し、結合剤を含む水性スラリーを製造しかつ噴霧乾燥することによって前記セラミック材料の流動性粉末を製造し、前記一時的コアを前記セラミック材料で被覆し、前記セラミック材料を前記コアを取り囲む型内で圧縮して中間製品を成形し、前記中間製品を前記型から取り出し、前記中間製品を一定の速度及び時間かつ適当な雰囲気内で加熱して前記一時的コアを揮発させ、その際、前記適当な雰囲気が酸素を含有しかつ前記コアを二酸化炭素に変換し、かつ引き続き前記中間製品を焼結して前記中空体を製造する工程を含み、その際、前記一時的コアが高純度グラファイトであり、かつ、予備焼結工程として、前記中間製品を空気中で３００℃／ｈの昇温速度で加熱して１３２５℃の保持温度にすることを特徴とする、放電ランプのアークチューブの製造方法。
2. 被覆の工程が、中空体の内側輪郭を規定する一時的コアと中空体の外側輪郭を規定するフレキシブルな弾性材料とからなる型を組み立て、セラミック材料を含有する流動性の粉末を弾性材料型とコアとの間の空間に注入することを含む、請求項１記載の方法。
3. 圧縮の工程を、セラミック材料を含有するスラリーを１２０００ｐｓｉ〜１２５００ｐｓｉの圧力（境界値を含む）で圧縮し、中間製品を形成させるというように行う、請求項１記載の方法。