KR100859235B1 - 전기 램프의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유리로 된 램프 전구와 그리고 또 램프 전구내에 눌러 넣어진 몰리브덴으로 된 또는 도트된 몰리브덴 합금으로 된 금속박을 가지는 전기 램프의 제조방법에 관한 것이다. 이를 위하여는 이 발명에 따라서 조금속박이 금속박표면의 적어도 5면적%에서 그리고 최대로 60면적%에서 상이한 표면조직의 조금속박으로부터 그리고/또는 몰리브덴 내지 그 합금으로 된, 타탄으로 된 또는 산화물 혼합산화물 및/또는 2000℃에서 10mbar 보다 그때 그때마다 더 작은 증기압과의 산화 화합물로 된, 대체로 서로 걸려있지 않으며 섬모양의 재료 응집체의 범위들이 발생하도록 하는 방법으로 재처리된다.

이로서 재처리된 금속박과 유리사이의 부착 강도와 그리고 역시 램프의 사용시간 거동이 분명히 개선된다.

Description

전기 램프의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING ELECTRIC LAMP}

본 발명은, SiO₂ 또는 SiO₂를 다량 함유한 유리로 제조된 램프 전구와, 몰리브덴 또는 몰리브덴을 소정의 물질로 도핑한(doped) 몰리브덴 합금의 금속박을 포함한 전류 공급부를 구비하는 전기 램프의 제조 방법에 관한 것이다. 이러한 금속박은 램프 전구 내에 삽입된다.

유리로 제조된 램프 전구를 구비하는 전기 램프의 경우에, 램프의 작동을 위해 필요한 전류는 특정 전류 공급부들을 거쳐서 램프 전구의 내부로 도입되어야 한다. 특히 일례로 할로겐 백열 램프, 금속 할라이드 램프, 고압 수은 증기 램프 또는 고압 크세논 램프와 같이 실리카 유리 또는 SiO₂를 다량 함유한 유리로 제조된 램프 전구를 구비하는 램프의 경우에, 상기한 유형의 전류 공급부는 유리 내로 삽입되는 외부 전류 도체를 포함한다. 또한, 전류 공급부는 유리 내에 진공 밀봉되어 삽입되거나 용입된 몰리브덴 금속박을 포함한다. 또한, 전류 공급부는 내부 전류 도체(일례로 지지 전선, 필라멘트, 전극)를 포함한다.

실리카 유리 또는 SiO₂를 다량 함유한 유리와 몰리브덴의 아주 상이한 열팽창 계수에도 불구하고 유리에 몰리브덴 금속박을 진공 밀봉된 상태로 삽입하거나 용입하기 위해서, 금속박은 아주 얇게(통상적으로 15 내지 50㎛) 형성되고 높은 폭 대 두께비(통상적으로 50 이상)를 가지며 칼날 형상으로 테이퍼지는 측방 에지들을 구비한다.

이러한 얇은 몰리브덴 금속박에는 금속박에 비해 상당히 두꺼운 외부 전류 도체 및 내부 전류 도체가 용접되어야 한다. 대부분의 경우에 내부 전류 도체는 텅스텐으로 형성된다. 특히 텅스텐으로 제조된 전류 도체의 경우에, 이는 매우 고온의 용접 온도를 수반하여 몰리브덴 합금의 취성을 초래하고 결과적으로 몰리브덴 합금의 파손을 초래할 수 있다.

또한, 금속박의 균열들이 삽입 과정 또는 용입 과정에서 발생할 수 있다. 이러한 균열들은 한편으로는 유리와 금속박 사이의 상대 운동으로 인하여 야기되며, 다른 한편으로는 유리의 응력 이완 온도 이하의 온도에서 냉각 공정 동안의 인장 응력에 의하여 야기된다.

몰리브덴 금속박의 기계적 강도를 향상시키기 위해서, 순수한 몰리브덴 대신에 몰리브덴을 소정의 물질로 도핑한 몰리브덴 합금들을 사용하였다.

독일 특허 공보 제29 47 230호에는 0.25 내지 1%의 이트륨 산화물 입자들이 분산되어 있는 몰리브덴 금속박이 개시되어 있다. 이러한 금속박이 보다 우수한 용접 거동을 가지며 용접 작업 동안의 열유입에 의하여 보다 덜 취화되는 이점을 갖는다. 상한치가 1%인 주요 이유는, 더욱 높은 분산질 함량을 갖는 금속박의 경우에 단지 제한된 정도로만 변형될 수 있어 과도하게 높은 금속박 강도를 초래하게 되기 때문이다. 이렇게 금속박 강도가 과도하게 높아지게 되면, 삽입 공정의 수행시 냉각 공정 중에 램프 캡 영역에서의 응력 이완에 악영향을 주게 되며 석영 유리에서의 균열을 야기시킬 수 있다.

유럽 특허 공보 제0 275 580호를 보면, 0.01 내지 2중량%의 Y₂O₃ 및 0.01 내지 0.8중량%의 몰리브덴 보라이드를 함유하는 용입 와이어용 몰리브덴 합금이 개시되어 있으며, 이는 칼륨-규소로 도핑한 몰리브덴 합금을 포함하는 용입 와이어에 비하여 개선된 재결정성 및 제조 특성을 갖는다.

하지만, 몰리브덴 금속박의 기계적인 특성 이외에도 사용 수명의 개선이 대단히 중요하다.

이러한 사용 수명은 한편으로는 몰리브덴 금속박의 내산화성에 의하여, 다른 한편으로는 실리카 유리 또는 SiO₂를 다량 함유한 유리와 몰리브덴 금속박 사이의 부착 강도에 의하여 정해진다.

유럽 특허 공보 제0 691 673호에는 추가로 0.03 내지 1중량%의 세륨 산화물을 포함하는 몰리브덴-이트륨 산화물계 전류 공급부가 개시되어 있으며, 이때 세륨 산화물 대 이트륨 산화물의 비는 0.1 내지 1이다. 이러한 조성을 갖는 금속박은 이트륨 산화물로 도핑한 금속박에 비하여 상당히 향상된 산화 거동을 갖는다.

또한, 이트륨으로 도핑한 모든 몰리브덴 재료는 향상된 금속박 부착성을 보이며, 이에 의하면 Y₂O₃ 와 SiO₂ 사이의 표면이 반응하면서 이트륨 실리케이트를 형성할 수 있다.

독일 특허 공보 제30 06 846호에 따르면, Ta, Nb, V, Cr, Zr, Ti, Y, La, Sc 및 Hf를 함유한 몰리브덴 금속박용 금속 커버를 제공함으로써 내산화성을 향상시킬 수 있지만, 여기서 SiO₂에 대한 상술한 금속들의 결합은 대단히 불량하여, Cr층을 제외한 상술한 커버들은 실제로 사용되지 못하였다.

크롬, 니켈, 니켈-크롬 합금 또는 몰리브덴 실리사이드를 포함하는 특정 형태의 내산화층이 독일 특허 공보 제21 52 349호에 개시되어 있다.

유럽 특허 공보 제0 309 749호는 몰리브덴과 유리질 재료 사이의 용입에 대하여 개시하고 있으며, 이때 산화성 분위기에 노출되어 있는 몰리브덴의 일부분이 알카리 금속 실리케이트로 덮여져 있다. 하지만, 이는 몰리브덴과 유리 사이의 결합에 바람직한 영향을 주지 않는다. 외측의 산화 방지를 위해서, 유럽 공개 특허 공보 제0 573 114호에 따른 몰리브덴 니트라이드 층, 유럽 특허 공보 제0 551 939호에 따른 포스파이드 층, 또는 독일 공개 특허 공보 제20 58 213호에 따른 SiO₂층이 공지되어 있다.

미국 특허 공보 제5,021,711호에 따르면, 이온 이식에 의하여 내산화성을 향상시키는 방안이 제시되었다. 하지만, 이러한 공정에는 대단히 비용이 많이 들며, Mo/SiO₂의 부착성을 향상시키지 않는다.

독일 공개 특허 공보 제196 03 300호에는 0.01 내지 1중량%의 알카리 부화 실리케이트 및 알카리토류 부화 실리케이트 및/또는 주기율표의 3b족 및/또는 4b족으로부터 선택된 하나 이상의 원소의 보레이트로 도핑한 몰리브덴 금속박이 개시되어 있다. 이러한 도핑 작업에 의하여, 몰리브덴-석영 유리 조합체에서의 높은 기계적인 응력에 의하여 초래되는 삽입 밀봉부에서의 균열 형성이 방지된다. 하지만, 이에 의해서는 Y₂O₃ 혼합 산화물 또는 Y 혼합 산화물로 도핑한 금속박에 비하여 금속박 부착성의 개선은 이루어지지 않는다.

또한, 유럽 공개 특허 공보 제0 871 202호에 따르면, 일례로 샌드 블라스팅에 의하여 금속박을 거칠게 함으로써 SiO₂/Mo 부착성을 향상시키는 방안이 개시되어 있다. 하지만, 이러한 공정은 대단히 고가이며, 몰리브덴 금속박에 내부 응력의 형성을 초래한다.

전체적으로 램프 산업 분야를 보면, 램프에 삽입되는 전류 공급부로서 Y₂O₃ 또는 Y 혼합 산화물로 도핑한 몰리브덴 금속박이 가장 널리 사용되고 있다고 할 수 있다. 하지만, 일례로 대단히 조밀한 금속 할라이드 램프와 같이 아주 높은 열부하에 노출된 램프의 경우에는, 상기한 전류 공급부로는 Mo/SiO₂ 부착에 불충분하다.

본 발명의 목적은, 전술한 단점들을 극복할 수 있는 전기 램프 제조 방법으로서, 유리로 제조된 램프 전구와 몰리브덴 또는 몰리브덴을 소정의 물질로 도핑한 몰리브덴 합금의 금속박을 포함한 삽입형 전류 공급부를 구비하는 전기 램프 제조 방법을 제공하는 데 있다.

이러한 목적은, 본 발명에 따르면, 소결 공정 및 성형 공정에 의해 제조한 금속박을 유리 전구 내에 삽입시키기 전에 재처리하되, 각각 2000℃에서 10mbar보다 작은 증기압을 갖는 몰리브덴 혹은 몰리브덴 합금, 티타늄, 실리콘, 산화물, 혼합 산화물 및 산화물 화합물 중 적어도 하나로 형성되는 재료 응집체로서 금속박과 다른 표면 구조 및 재료 조성 중 적어도 하나를 가지는 재료 응집체의 비접촉 섬형(insular) 영역이 재처리 후의 금속박 표면 면적의 5 내지 60 퍼센트에 형성되도록 재처리함으로써 달성된다.

이에 의하면, 삽입 혹은 용입 과정 중에 보다 큰 표면적을 활용할 수 있게 되어, 금속박과 유리 사이의 부착 강도와 램프의 사용 수명을 상당히 향상시킬 수 있게 된다. 놀랍게도, 용입 공정 전에 금속박 상에 존재하는 재료 응집체가 삽입 혹은 용입 공정 중에 완전히 혹은 부분적으로 실리카 유리 또는 SiO₂를 다량 함유한 유리 내에서 용해되면, 이러한 금속박 부착성은 또한 상당히 향상된다.

재료 응집체로서 적절한 재료에는 일례로 Al₂O₃, ZrO₂, Y₂O₃, TiO₂와 같은 산화물, 실리케이트, 알루미네이트, 그리고 Mo, Ti, Si 또는 이들의 합금들이 있다.

표면 면적의 최소 5 퍼센트 내지 최대 20 퍼센트가 비접촉 재료 응집체로 형성되는 금속박을 사용하는 것이 특히 바람직한 것으로 판명되었다.

개별적인 재료 응집체의 평균 크기는 바람직하게는 5㎛ 이하이다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 재료 응집체가 티타늄 산화물 또는 티타늄 혼합 산화물로 형성되는 금속박이 사용되면 바람직한 것으로 판명되었다.

비접촉 재료 응집체의 형성을 위해서, 슬립(slip)을 가하거나 증착 공정을 사용한 후에 500℃와 1400℃ 사이의 온도에서 후속 어닐링 처리하는 것이 바람직하다. 이에 의하면, 간단한 방법으로 재료 응집체에 또 다른 가공을 위한 충분한 부착 강도를 인가시킬 수 있다.

이하에서는 제조예들과 비교 측정예들을 중심으로 본 발명을 상세히 설명한다.

실시예 1

1차 입자의 평균 입자 크기가 230nm인 순도 99.5%의 이트륨 500g을 50g의 니트로셀룰로스와 750㎖의 알콜계 용제 내에 분산시켰다. 이렇게 제조한 슬립(slip)을 2.5㎜×0.025㎜ 크기의 에칭된 몰리브덴 금속박에 침적 기술을 이용하여 가하였다. 이어서, 이러한 금속박을 건조 수소 내에서 1200℃의 온도로 연속 공정으로 어닐링(annealing)하였다. 1.5㎛의 평균적인 Y₂O₃ 응집체 크기의 경우에 Y₂O₃의 면적비는 12%였다.

실시예 2

1차 입자의 평균 입자 크기가 630㎚인 순도 99.7%의 티타늄 실리케이트 분말 350g, 니트로셀룰로스 50g 및 알콜계 용제 750㎖를 갖는 슬립을 실시예 1에 기술한 바와 같이 마련하여, 2.5㎜×0.025㎜ 크기의 에칭된 Mo-Y 혼합 산화물 금속박(Y₂O₃ 함량: 0.48중량%, Ce₂O₃ 함량: 0.07중량%)에 가하였다.

이어서, 이러한 금속박을 1200℃의 온도로 건조 수소 내에서 연속 공정으로 어닐링하였다. 금속박 표면은 SEM/영상 분석에 의하여 특징지워지며, 이때 1.1㎛의 평균 티타늄 실리케이트 응집체 크기의 경우에 티타늄 실리케이트 입자의 면적비는 17%였다.

실시예 3

1차 입자의 평균 입자 크기가 840㎚인 순도 99.2%의 이트륨 실리케이트 분말 400g, 니트로셀룰로스 50g 및 알콜계 용제 750㎖를 갖는 슬립을 실시예 1에 기술한 바와 같이 제조하여, 2.5㎜×0.025㎜ 크기의 에칭된 Mo-Y 혼합 산화물 금속박(Y₂O₃ 함량: 0.48중량%, Ce₂O₃ 함량: 0.07중량%)에 가하였다. 이어서, 이러한 금속박을 건조 수소 내에서 1200℃의 온도로 연속 공정으로 어닐링하였다. 3.2㎛의 평균 이트륨 실리케이트 응집체 크기의 경우에 이트륨 실리케이트 입자의 면적비는 29%였다.

실시예 4

1차 입자의 평균 입자 크기가 210㎚인 순도 99.9%의 실리콘 분말 250g, 니트로셀룰로스 50g, 알콜계 용제 750㎖를 갖는 슬립을 실시예 1에 기술한 바와 같이 제조하여, 2.5㎜×0.025㎜ 크기의 에칭된 Mo-Y 혼합 산화물 금속박(Y₂O₃ 함량: 0.48중량%, Ce₂O₃ 함량: 0.07중량%)에 가하였다. 이어서, 이러한 금속박을 건조 수소 내에서 950℃의 온도로 연속 공정으로 어닐링하였다. 2.3㎛의 평균 Si/MoSi₂ 응집체 크기의 경우에 Si/MoSi₂ 입자의 면적비는 13%였다.

실시예 5

1차 입자의 평균 입자 크기가 1.5㎛인 순도 99.98%의 몰리브덴 분말 1000g, 니트로셀룰로스 50g 및 알콜계 용제 750㎖를 갖는 슬립을 실시예 1에 기술한 바와 같이 제조하여, 금속박의 측방 에지가 기계적인 변형에 의하여 칼날 에지 형상으로 형성된(에지 각도 25°) 2.5mm ×0.025mm 크기의 Mo-Y 금속박(Y₂O₃ 함량: 0.48중량%, Ce₂O₃ 함량: 0.07중량%)에 가하였다. 이어서, 이러한 금속박을 건조 수소 내에서 1400℃의 온도로 연속 공정으로 어닐링하였다.

Mo 입자의 면적비는 2.9㎛의 평균 Mo 응집체 크기의 경우에 약 50%였다.

실시예 1 내지 실시예 5에 의한 본 발명에 따른 금속박에 의해서, 20개의 이른바 MR 16 할로겐 램프들을 제조하였다. 비교를 위해서, 실시예 2 내지 실시예 4에 따른 피복된 금속박의 제조에 사용된 바와 같은 표준 에칭 Mo-Y 혼합 산화물 금속박들을 또한 20개의 MR 16 할로겐 램프의 제조를 위하여 피복되지 않은 상태에서 사용하였다. 각각의 경우에, 10개의 램프를 캡 온도가 400℃인 표준 작업 조건하에서, 나머지 10개의 램프를 캡 온도가 450℃인 가혹 작업 조건하에서 이들의 고장시까지 작동시켰다.

얻어진 내구 시간을 표 1에 기재하였다.

표 1로부터 피복되지 않은 몰리브덴 금속박을 갖는 종래 기술에 의한 램프들에 비하여 피복된 몰리브덴 금속박을 갖는 본 발명에 따른 램프들이 35%만큼 상승된 내구 시간을 갖는 것을 명확히 파악할 수 있다.

금속박	400℃의 캡 온도에서의 내구 시간[h]*	450℃의 캡 온도에서의 내구 시간[h]*
Mo-0.48중량% Y2O3 0.07중량%Ce2O3	760	380
실시예 1	980	510
실시예 2	990	500
실시예 3	1,010	490
실시예 4	820	450
실시예 5	790	440

*10개의 측정치의 평균치

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 전기 램프의 제조 방법에 의하면, 삽입 또는 용입 과정의 경우에 더욱 큰 표면이 존재하게 되며, 이로 인하여 금속박과 유리 사이의 부착 강도와 램프의 사용 수명이 명백히 향상되는 효과가 있다.

Claims (6)

1. SiO₂ 또는 SiO₂를 함유한 유리로 제조된 램프 전구를 구비하며, 몰리브덴의 금속박 또는 몰리브덴을 소정의 물질로 도핑하여 제조한 몰리브덴 합금의 금속박으로서 램프 전구 내에 삽입되는 상기 금속박을 포함한 전류 공급부를 구비하는 전기 램프의 제조 방법에 있어서,

   소결 공정 및 성형 공정에 의해 제조한 금속박을 유리 전구 내에 삽입시키기 전에 재처리하되, 각각 2000℃에서 10mbar보다 작은 증기압을 갖는 몰리브덴 혹은 몰리브덴 합금, 티타늄, 실리콘, 산화물, 혼합 산화물 및 산화물 화합물 중 적어도 하나로 형성되며 금속박과 다른 표면 구조 및 재료 조성 중 적어도 하나를 갖는 재료 응집체의 비접촉 섬형 영역이 재처리 후의 금속박 표면 면적의 5 내지 60 퍼센트에 형성되도록 재처리하는 것을 특징으로 하는 전기 램프 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,

   표면 면적의 최소 5 퍼센트 내지 최대 20 퍼센트가 비접촉 재료 응집체로 형성되는 금속박을 삽입하는 것을 특징으로 하는 전기 램프 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   개별적인 재료 응집체의 평균 크기가 5㎛보다 작은 금속박을 삽입하는 것을 특징으로 하는 전기 램프 제조 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   재료 응집체를 이트륨 산화물 또는 이트륨 혼합 산화물로 형성하는 것을 특징으로 하는 전기 램프 제조 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   슬립을 가하거나 증착 공정을 사용한 후에 500℃와 1400℃ 사이의 온도에서의 후속 어닐링에 의하여 비접촉 재료 응집체가 형성되는 금속박을 삽입하는 것을 특징으로 하는 전기 램프 제조 방법.
6. 전기 램프에서의 사용을 위해 제1항 또는 제2항에 따른 전기 램프 제조 방법으로 재처리되는 몰리브덴 금속박.