KR920010667B1

KR920010667B1 - 몰리브덴의 내산화성을 향상시키는 방법 및 몰리브덴과 유리물질 사이를 밀봉시키기 위해 이를 전기 램프 내에 사용하는 방법

Info

Publication number: KR920010667B1
Application number: KR1019880012542A
Authority: KR
Inventors: 마리에 에소크 다이아나; 프랜시스 말리노프스키 리차드
Original assignee: 제너럴 일렉트릭 캄파니; 아더 엠. 킹
Priority date: 1987-09-29
Filing date: 1988-09-28
Publication date: 1992-12-12
Also published as: KR890005804A; CA1329880C; AU2248788A; AU604967B2; JPH07105212B2; EP0309749A1; JPH01163956A; US4835439A; DE3878374T2; DE3878374D1; EP0309749B1

Abstract

내용 없음.

Description

몰리브덴의 내산화성을 향상시키는 방법 및 몰리브덴과 유리물질 사이를 밀봉시키기 위해 이를 전기 램프 내에 사용하는 방법

제1도는 내부 리드와 외부 리드에 접속된 몰리브덴 밀봉 박막을 포함하는 내화 금속 인리드 구조물을 갖고 있는 석영 엔벨로프 핀치 밀봉물을 도시한 도면.

제1a도는 제1도를 부분적으로 절단하여 도시한 측면도.

제2도는 석영 엔벨로프내에 기밀 핀치 밀봉된 2개의 인리드 구조물을 갖고 있는 일단형 텅스텐-할로겐 램프를 도시한 도면.

제3도는 본 발명에 유용한 각 단부에 석영-몰리브덴 기밀 핀치 밀봉물을 포함하는 양단형 텅스텐-할로겐 램프를 도시한 도면.

제4도는 본 발명에 유용한 각 단부에 석영-몰리브덴 기밀 핀치 밀봉물을 포함하는 아크 방전 램프를 도시한 도면.

제5도는 본 발명에 유용한 반사경과 텅스텐-할로겐 램프 결합물을 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10,28 : 석영 엔벨로프 11,26 : 텅스텐-할로겐 램프

12,12´,34,36 : 외부 리드 14,14´ : 내부 리드

16,16´,30,32,50,50´ : 몰리브덴 박막 18,18´ : 공동

19,41,42 : 교차부(또는 접합부) 20,39,40 : 외부면

24 : 텅스텐 필라멘트 44,44´ : 대향 단부

60 : 반사경 64,64´ : 페룰

본 발명은 몰리브덴의 내산화성(oxidation resistance)을 향상시키는 방법 및 몰리브덴과 유리 물질 사이를 밀봉시키기 위해 이것을 전기 램프내에 사용하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 약 250-600℃사이의 온도에서 산화 환경에 노출된 몰리브덴의 내산화성을 향상시키기 위한 방법 및 이러한 밀봉물을 사용하여 몰리브덴과 전기 램프 사이의 기밀 밀봉물의 수명을 증가시키기 위한 방법에 관한 것인데, 산화 환경에 노출된 밀봉 영역내의 몰리브덴 부분은 알칼리 금속 규산염으로 피막되어 있다.

석영 램프 엔벨로프용으로 핀치 밀봉물 및 진공 성형 밀봉물과 같은 유리 물질로 기밀 밀봉물을 형성하기 위해 몰리브덴 박막(foil)을 사용하는 것은 오래된 것이고, 본 분야에 숙련된 기술자들에게 공지되어 있다. 몰리브덴은 산화에 민감한 물질이어서, 약 350℃이상의 온도에서 공기와 같은 산화 환경 내에서 신속하게 산화된다. 몰리브덴 박막이 기밀 핀치 및 진공 선형 밀봉물용으로 사용된 경우에, 이 산화는 회로의 개방 상태를 발생시킬 수 있거나, 밀봉물을 균열(crack)개방시킬 수 있는데, 이 2가지 현상은 램프 고장을 유발시킨다. 여러가지 경우에, 램프가 전류원에 접속될때에 발생하는 힘에 견딜 수 있도록 밀봉 영역 내에 깊숙히 로크(lock)되어야 하는 외부 전류 도체용으로 몰리브덴 와이어를 사용하는 것이 바람직하다. 대부분의 석영-몰리브덴 기밀 밀봉물들은 약 350℃의 밀폐온도까지는 안전하다. 약 350℃이상의 온도에서, 대기 내의 산소와 몰리브덴 박막 사이의 산화 반응률은 크게 증가하여, 몰리브덴과 유리 물질 사이에 기밀 밀봉물을 사용하는 램프의 유효 수명을 상당히 감소시킨다. 밀봉 작업중에, 유리 물질이 냉각될때에는 극히 작은 통로가 리드 와이어 주위에 형성되기 때문에, 산화 반응이 일어난다. 이 통로 또는 균열은 램프 밀봉물의 박막 영역으로 산소가 들어갈 수 있게 한다.

석영과 같은 유리 물질로 핀치 밀봉물 또는 진공 밀봉물을 형성할때, 석영은 최소한 부분적으로 점성이 비교적 높기 때문에 비교적 굵은 외부 및 내부 리드 와이어에 완전히 부착되지 못한다. 외부 리드 와이어를 따라 존재할 뿐만 아니라, 램프의 횡축에 수직인 박막부(foiliated portion)의 연부를 따라 존재하는 극히 작은 통로가 형성되는 다른 이유는 일반적으로 텅스텐 또는 몰리브덴인 내화 금속 외부 리드 와이어의 열 팽창 계수와 석영의 열 팽창 계수가 상당한 차이가 있기 때문이다.

이 밀봉물들은 항상 잠재적인 조기 램프 고장의 근원이었고, 더 양호한 밀봉물을 형성하기 위한 많은 시도가 행해져 왔다. 핀치 밀봉물 내에 형성된 통로로 인해 대기 산소에 노출되는 몰리브덴 박막 영역 부분의 산화를 방지하기 위한 노력이 과거에 행해져 왔다. 한가지 이러한 시도는 크롬 박막으로 몰리브덴 박막의 외부 절반을 피막시키는 것이다(미합중국 특허 제3,420,944호). 이것은 2개의 몰리브덴 박막 편(piece)으로 박막 밀봉물을 형성함으로써 달성되었다. 한개의 편은 크롬으로 도금되고, 다른 한개의 편은 도금되지 않았다. 그 다음, 2개의 편은 함께 택(tack)용접되었다. 이것이 몇가지 산화 문제점들을 해결하였지만, 감소된 기계적 강도 및 박막 편평도(flatness)와 관련된 다른 문제점들을 발생시켰다. 또한, 크롬 피막이 너무 두꺼우면, 램프 엔벨로프 외부로부터 도금되지 않은 박막 부분으로 산소를 통과시키게 되었다. 따라서, 미합중국 특허 제3,793,615호에 기술된 다른 시도가 행해졌다. 이 특허에는 몰리브덴 박막의 약 절반만이 크롬층으로 피막된 몰리브덴 박막 상에 핀치 밀봉물을 갖고 있는 텅스텐-할로겐 램프가 기술되어 있다. 도금부는 웨지(wedge) 또는 테이퍼(taper)형태로 되는데, 최대 두께의 크롬층이 박막 부분의 외연부에 있게 되고, 비교적 얇은 부분이 박막과 석영 사이의 기밀 밀봉물의 일부를 형성하는 박막 부분상에 배치된다. 또한, 이 특허는 크롬막이 니켈, 이규산화(disilicide)몰리브덴 및 크롬과 니켈의 합금으로 대체될 수 있다고 제안하고 있다.

미합중국 특허 제4,015,165호에서, 핀치 밀봉물과 함께 석영 유리 램프 엔벨로프를 갖고 있는 전기 램프들의 몰리브덴 외부 전류도체의 산화 문제점에 대해 제안된 해결 방법은 니켈 도금 놋쇠와 같은 내산화성 물질의 피막 또는 슬리브(sleeve)로 몰리브덴 외부 도체를 덮는 것이다. 미합중국 특허 제4,539,509호에는 외부 리드와 석영 사이의 작은 공간 또는 통로에 밀봉 유리 조성물을 인가시키는 방법이 기술되어 있다. 이 밀봉 유리는 약 350℃의 온도에서 용융되므로, 석영과 도체 사이에 기밀 밀봉물을 형성한다.

공기에 노출된 몰리브덴 박막 밀봉물의 산화 문제점을 더욱 경감시키기 위한 최근의 시도들은 핀치 밀봉 물용으로 상당히 긴 스템(stem)부분을 갖고 있는 석영 엔벨로프를 포함하는 백열등과 방전 램프에 관련된 미합중국 특허 제4,677,338호 및 제4,682,071호에 기술되어 있다. 긴 밀봉 영역 스템의 외부면이나 표면은 광원으로부터 입사되는 방사선의 일부가 박막 및 단자 도체의 인접 영역으로부터 떨어져 보내지도록 연마되거나 피막되고, 리브(rib)되며, 트위스트되거나 그렇지 않으면 변형된다. 이것은 외부에서 밀봉 영역의 온도를 감소시킴으로써, 몰리브덴의 산화성을 감소시키기 위해 행해진다. 또한, 이 특허에는 몰리브덴의 산화로 인한 램프 고장이 약 250℃만큼 낮은 온도에서 발생될 수 있다는 문제점을 기술하고 있다.

한 해결 방법에도 불구하고, 박막과 공기 공유 영역에서의 몰리브덴 박막 밀봉물, 약 350℃이상의 온도에서 산화 환경에 노출된 몰리브덴 또는 몰리브덴 피막 도체 및 다른 물체들의 산화 방지와 관련된 심각한 문제점이 여전히 존재한다. 그러므로, 이러한 몰리브덴 산화 문제점에 대한 실용적이고 용이한 해결 방법이 여전히 요구된다.

본 발명은 규산 칼륨과 같은 최소한 한가지 알칼리 금속 규산염으로 몰리브덴 표면을 피막시킴으로써, 약 600℃까지의 온도에서 산화 환경에 노출된 몰리브덴의 내산화성을 향상시키기 위한 방법에 관한 것이다. 그러므로, 몰리브덴은 알칼리 금속 규산염으로 몰리브덴 표면을 피막시킴으로써 더욱 향상된 내산화성을 갖게된다.

본 발명은 약 600℃를 초과하지 않는 상승 온도에서 공기와 같은 산화 환경에 노출될 때에 내산화성이 크게 향상된 석영-몰리브덴 기밀 밀봉물을 생성시켰고, 이러한 상승 온도에서 산화 환경에 노출되는 이러한 밀봉물들을 이용하여 램프 수명을 연장시켰다. 그러므로, 본 발명의 한 실시예는 600℃를 초과하지 않는 상승 온도에서 산화 환경에 노출될 때에 수명이 증가되는 몰리브덴과 유리 물질 사이의 밀봉물에 관한 것으로서, 상기 산화 환경에 노출되는 밀봉물 내의 몰리브덴 부분은 최소한 한가지 알칼리 금속 규산염으로 피막된다.

본 발명의 다른 실시예는 최소한 한 단부내에 밀봉되고, 유리 엔벨로프 내로 연장되는 몰리브덴 박막 부분을 포함하는 내화 금속 인리드(inlead)구조물을 갖고 있는 유리 엔벨로프를 포함하는 전기 램프에 관한 것이다. 이러한 적합한 인리드 구조물의 도시적이고 비제한적인 예들은 첫째로, 외부 단자 리드, 유리 엔벨로프를 갖고 있는 기밀 밀봉물을 형성하는 중간 몰리브덴 밀봉 박막 및 엔벨로프 내로 연장되는 내부 리드를 포함하는 구조물을 포함하며, 이때, 내부 및 외부 리드들은 밀봉 박막의 대향 단부에 접속된다. 둘째로, 유리 엔벨로프를 갖고 있는 기밀 밀봉물을 형성하는 박막으로된 몰리브덴이 금속 리드 상의 몰리브덴 박막 플랜지와 같은 리드를 가로 지르고, 산화 환경에 노출되는 외부 단자 리드에 인접한 상기 몰리브덴 박막 부분이 최소한 한가지 알칼리 금속 규산염으로 피막된 구조물을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예는 속이 비어 있는 가늘고 긴 공동부내에서 종단되는 전방 반사부를 갖고 있는 반사경 부재 및 광원이 상기 반사경 부재의 촛점 상에 배치되도록 접착제(cement)로 상기 공동부 내에 영구 고착된 텅스텐-할로겐 램프와 같은 램프를 포함하는 수명이 연장된 반사경과 램프 결합물에 관한 것이다. 이 램프는 한 단부 내에 핀치 밀봉되고, 엔벨로프 내로 연장되는 내화 금속 인리드 구조물을 갖고 있는 석영 엔벨로프를 포함하게 되는데, 상기 인리드 구조물은 외부 단자 리드, 석영 엔벨로프를 갖고 있는 기밀 밀봉물을 형성하는 중간 몰리브덴 밀봉 박막 및 상기 엔벨로프 내로 연장되는 내부 리드를 포함하고, 상기 내부 및 외부 리드들은 상기 밀봉 박막의 대향 단부에 접속되며, 산화 환경에 노출되는 상기 외부 단자 리드에 인접한 상기 몰리브덴 박막 부분은 최소한 한가지 알칼리금속 규산염으로 피막된다.

특히 양호한 실시예에서, 밀봉을 금속 외부 리드, 양호하게는 텅스텐 또는 몰리브덴과 같은 내화 금속은 석영 또는 다른 유리 물질에 접착되지 않은 니켈과 같은 금속으로 피막되거나 도금된다. 이것은 알칼리금속 규산염 수용액이 밀봉 영역 내로 스며 들게 하고, 몰리브덴 박막 밀봉물의 외부 부분을 피막시키기에 더욱 용이한 방법을 제공하는 것으로 알려졌다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하겠다.

상술한 바와 같이, 상승 온도 및 산화 조건하에서, 몰리브덴 및 석영과 같은 유리 물질 사이의 기밀 밀봉물 내의 몰리브덴의 산화는 램프 산업에 장해가 되었다. 그러므로, 상승 온도에서 산화 환경에 노출된 몰리브덴에 알칼리 금속 규산염을 인가시키면, 몰리브덴의 내산화성이 향상된다는 점에 착안한 본 발명은 본 분야에 상당한 진보를 유도하였고, 특히 이것은 램프 엔벨로프 또는 아크관의 유기 물질과 몰리브덴 밀봉 박막 사이에 기밀 밀봉물을 사용하여 전기 백열등 및 아크 방전 램프의 유효 수명을 연장시키게 하였다.

일반적으로, 유리 물질은 석영과 같은 물질 또는 알루미노 규산염 유리와 같은 비교적 고온의 유리 조성물을 의미한다. 그러나, 몰리브덴으로 기밀 밀봉물을 형성하기에 적합한 것은 소정의 유리 물질이다. 문제점으로 되는 몰리브덴 산화가 시작되는 상승 온도는 최소한 약 250℃의 온도를 의미한다. 상승 온도는 약 250-600℃로 될 수 있다. 몰리브덴 산화율은 약 350℃의 온도에서 크게 증가하는 것으로 알려졌다. 따라서 본 발명은 특히 약 350-600℃범위의 온도에서 산화 환경에 노출된 몰리브덴의 내산화성을 향상시키는데 유용하며, 몰리브덴 밀봉 박막과 엔벨로프의 유리 물질 사이에 기밀 밀봉물을 갖고 있는 램프의 유효 수명을 크게 증가시킨 것이다. 본 발명은 약 600℃를 초과하는 온도에서는 효과가 없다는 것이 판명되었다.

밀봉 영역 내의 몰리브덴에 알칼리 금속 규산염을 인가시키는 작업은 밀봉물의 외단부에 알칼리 금속 규산염 수용액을 인가시킴으로써 간단히 달성될 수 있다. 습윤력 및 모세관 작용은 산화 환경에 노출된 몰리브덴 박막 부분을 적시거나, 피막시키기 위해 유리 물질과 내화 금속 외부 리드들 사이의 공동 또는 공동들내로 알칼리 금속 규산염 용액을 스며 들게 하도록 작용한다.

이것은 전형적인 석영-몰리브덴 기밀 핀치 밀봉물을 도시한 제1도 및 제1a도를 참조함으로써 용이하게 이해할 수 있다. 기밀 밀봉물은 단부 내에서 밀봉되고, 몰리브덴 밀봉 박막(16)의 대향 단부에 접속된 외부 리드(12) 및 내부 리드(14)를 포함하는 내화 금속 인리드 구조물을 갖고 있는 석영 엔벨로프(10)을 포함한다. 핀치 밀봉물이 형성되고, 석영 및 금속 성분이 냉각된 후의 몰리브덴과 석영 사이의 열 팽창 계수의 차이로 인해, 개구(설명을 하기 위해 확대 도시한) 또는 공동(18)이 외부 리드(12)와 석영 엔벨로프 사이에 형성된다. 이 공동은 최소한 부분적으로, 비교적 얇은 박막에 부착된 비교적 두꺼운 외부 리드의 존재로 인해, 밀봉물의 외단부(20)으로부터 몰리브덴 박막(16)의 외단부로 연장된다. 일반적으로, 외부 및 내부 리드(12 및 14)의 직경은 약 30밀(mim)이고, 몰리브덴 박막은 일반적으로 약 2밀 미만의 두께를 갖고 있는데, 이것의 단부는 석영 엔벨로프와 함께 기밀 밀봉물을 형성하기 위해서 칼날형 에지(knife edge)를 형성하도록 에칭된다. 내부 리드(14)는 아크 방전 램프용 전극에 접속될 수 있거나 전극부를 형성할 수 있고, 텅스텐-할로겐 램프와 같은 램프용 텅스텐 필라멘트와 같은 필라멘트에 접속될 수 있거나 필라멘트부를 형성할 수 있다. 외부 리드(12)는 전류원과 전기 접속을 실행하는데 필요한 기계적 내구력 및 강도를 제공하기 위해서 두꺼운 페룰(ferrule)로 덮히거나, 이 페룰에 접속될 수 있다. 알칼리 금속 규산염 수용액은 공동(18)의 최외부인 외부 리드(12)의 외부면(20)의 교차부(19)에서 석영 엔벨로프의 외부면에 용이하게 인가될 수 있다. 상술한 바와 같이, 습윤력과 모세관 작용의 조합은 알칼리 금속 규산염 수용액을 공동(18)내로 스며들게 하여 공동을 채움으로써, 모든 노출된 몰리브덴을 적시고 피막시킨다. 이때, 공동내의 알칼리 금속 수용액은 주위 조건에서 건조되거나, 상승온도에서 건조될 수 있다.

본 발명은 요약 부분에 상술한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에서, 금속 외부 리드 또는 외부 리드 와이어 들은 밀봉물 형성중에 램프 엔벨로프(또는, 아크관)의 유리 물질에 접착되지 않는 금속으로 피막되거나 도금될 수 있다. 이것은 외부 리드와 주변 유리 물질 사이에 보다 용이한 갭(gap) 또는 개구를 제공하는 것으로 알려졌다. 이때에 적합한 금속은 니켈이었다. 또한, 소정의 경우에, 석영에 접착되지 않는 니켈과 같은 금속의 피막과 함께 이러한 램프 구조 내에 전형적으로 사용되는 두께, 즉 약 30밀보다 상당히 두꺼운(즉, 40밀 이상)두께의 금속 외부 리드들을 사용하는 것이 바람직하다. 이것은 대기에 노출될 몰리브덴 박막의 외부 단부를 알칼리 금속 규산염 수용액으로 보다 신속하고 완벽하게 피막시키게 한다.

몰리브덴 밀봉 박막의 외부에 접속된 비교적 두꺼운 외부 리드를 사용하고, 램프 엔벨로프의 유리 물질에 접착되지 않는 물질로 리드를 양호하게 피막시키는 본 발명의 실시예는 가능한 빈틈없이 핀치 밀봉물 또는 진공 밀봉물을 형성하고, 밀봉물의 외부 리드를 포함하는 종래의 실시예와 역으로 실행된다. 이것은 밀봉 영역의 외부를 가능한 기밀(airtight)하게 형성하기 위해 수행된다. 그러나, 소정의 균열 또는 공동은 밀봉 영역 내의 몰리브덴 밀봉 박막의 외부로 공기가 통하게 하는 외부 리드 주위에 항상 존재한다.

제2도는 본 발명의 실시에 유용한 전형적인 텅스텐-할로겐 램프를 도시한 것이다. 이 램프는 중간 몰리브덴 밀봉 박막(16 및 16´)의 대향 단부에 각각 접속된 외부 단자 리드(12 및 12´) 및 내부 단자 리드(14 및 14´)를 포함하는 2개의 핀치 밀봉 인리드 구조물을 갖고 있는 석영 엔벨로프(10)을 포함한다. 텅스텐 필라멘트(24)의 한 단부는 내부 리드(14)에 부착되고, 다른 단부는 내부 리드(14´)에 부착된다. 알칼리 금속 규산염 수용액은 외부 리드(12 및 12´)의 접합부(19 및 19´)에서 램프 엔벨로프(10)의 외단부(20)에 인가된다. 이것은 알칼리 금속 규산염 수용액을 외부 리드(12 및 12´)주위의 공동(18 및 18´) 및 중간 몰리브덴 밀봉 박막(16 및 14´)의 외부로 스며들게 해준다.

제3도는 본 발명의 실시에 유용한 양단형(double ended type)백열등 또는 텅스텐-할로겐 램프를 도시한 것이다. 여기서, 램프(26)은 대향 단부에서 핀치 밀봉된 중간 몰리브덴 밀봉 박막(30 및 32)를 갖고 있는 석영 엔벨로프(28)을 포함한다. 박막(30 및 32)는 외부 리드(34 및 36)에 각각 접속되는데, 텅스텐 필라멘트(38)은 각각 박막(30 및 32)의 다른 단부에 접속된다. 알칼리 금속 규산염 수용액은 외부 리드(34 및 36)의 외부면의 교차부 또는 접합부(41 및 42)에서 램프(26)의 핀치 밀봉물의 상기 외부면(39 및 40)에 인가되므로, 밀봉 박막(30 및 32)의 외부 노출 부분을 통해 외부 금속 리드(34 및 36)과 유리질 엔벨로프 사이의 공동(도시하지 않음)으로 이 용액을 스며들게 해준다.

제4도는 본 발명의 실시에 유용한 또 다른 형태의 램프를 도시한 것이다. 제4도는 대향 단부(44 및 44´)에 석영-몰리브덴 핀치 밀봉물을 갖고 있는 석영 엔벨로프(42)를 포함하는 금속 할로겐 화합물인 아크방전 램프(40)을 도시한 것이다. 핀치 밀봉물은 외부 리드(48 및 48´)에 각각 접속되는 몰리브덴 밀봉 박막(46 및 46´)을 포함하는 내화 금속 인리드 구조물을 각각 갖고 있는데, 내부 리드(50 및 50´)는 박막(46 및 46´)의 대향 단부에 각각 접속된다. 내부 리드(50 및 50´)는 구형(balled)단부(52 및 58)을 각각 갖고 있고, 내부 리드(50)은 단부에 스퍼드(spud)되며, 내부 리드(50)의 구형 단부(52)내의 먼(distal)단부에서 종단되는 텅스텐 나선(54)도 갖고 있다. 석영 엔벨로프의 공동은 아르곤 또는 다른 비활성 개스 및 SCI₃및 ThI₄와 같은 금속 할로겐 화합물과 함께 수은을 포함하는 장입물(charge)을 갖고 있다. 알칼리 금속 규산염 수용액은 외부 리드(48 및 48´)의 접합부에서 핀치 밀봉부 또는 스템(44 및 44´)의 단부에 각각 인가된다. 또한, 이것은 몰리브덴 밀봉 박막(46 및 46´)의 외부 노출 부분을 통해 외부 리드와 석영 사이의 공동 또는 공동들(도시하지 않음)로 알칼리 금속 규산염 수용액을 스며들게 해준다.

제5도는 본 발명을 이용한 반사경 또는 램프 결합물의 부분 절단도를 도시한 것인데, 램프는 제2도에 도시된 형태이다. 그러므로, 제5도를 참조하면, 성형된 유리 반사경(60)은 접착제(62)에 의해 상기 반사경 내에 접착된 텅스텐-할로겐 램프(11)을 갖고 있다. 램프(11)은 한 단부가 외부 리드에 접속되고, 다른 단부가 석영 엔벨로프의 공동 내부의 텅스텐 필라멘트에 접속되며, 내부 리드에 접속된 중간 몰리브덴 밀봉 박막(16 및 16´)를 포함하는 2개의 내화 금속 인리드 구조물로 한 단부에서 핀치 밀봉된 석영 엔벨로프(10)을 포함한다. 페룰(64 및 64´)는 외부 리드에 접속되어, 반사경(60)내에 램프(11)를 고착시키는 접착제(62)를 통해 램프의 핀치 밀봉물 단부의 외단부로부터 연장된다. 램프(11)은 외부 리도 위치에서, 반사경 내에 조립되기 전에 배면 단부에 인가되는 알칼리 금속 규산염 수용액을 갖고 있다. 이것은 외부 리드와 석영 엔벨로프 사이의 공동(도시하지 않음)으로 수용액을 스며들게 하며, 상기 수용액은 핀치 밀봉 처리후에 상기 유리 물질이 냉각될때에 유리질 엔벨로프 물질을 냉각시킴으로써 밀봉부 내에 형성된 공동내에 노출된 몰리브덴 밀봉 박막(16 및 16´)의 외부를 피막시키기 위해 피막(16 및 16´)의 외단부에서 공극(void)에 스며 들게 되어 이 공극을 채운다.

상술한 설명이 밀봉 영역의 종축에 평행한 몰리브덴 박막 밀봉물을 사용하는 핀치 밀봉물에 관한 설명이지만, 본 발명은 다른형태의 밀봉물에도 사용될 수 있다. 또한, 미합중국 특허 제4,161,672호에는 적합한 기밀 밀봉물이 진공 성형될 수 있다는 것이 기술되어 있다. 또한, 본 발명은 몰리브덴과 유리 물질 사이의 밀봉물에도 유용한데, 몰리브덴 박막은 밀봉물의 종방향으로 가로지르는 플랜지(flange)와 같은 리드에 장착된다. 예를들어, 이러한 밀봉물의 도시적이고 비제한적인 예들은 미합중국 특허 제2,518,944호, 제2,607,981호, 제2,699,847호, 제2,630,471호 및 제3,664,180호에 기술되어 있다.

예를들어, 도면을 참조한 상기 설명은 도시적인 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다 또한, 본 발명은 다음 실시예들을 참조하면 더욱 용이하게 이해된다.

[실시예 1]

이 실험에서는 석영 엔벨로프 및 핀치 밀봉물을 갖고 있는 양단형 텅스텐-할로겐 램프들이 사용되었다. 이 램프들은 밀봉물이 진공 성형된다는 것을 제외하고는 제3도에 도시된 것과 설계면에서나 전체 구조면에서 유사하였다. 진공 밀봉물은 몰리브덴 내부 및 외부 리드 와이어에 각각의 단부가 접속된 몰리브덴 박막으로 형성된다. 칼륨 규산염 수용액은 몰리브덴 박막 밀봉부의 외부를 통해 석영과 외부 리드 사이의 공동으로 알칼리 금속 규산염 수용액을 스며 들게 하기 위해 외부 리드 와이어에서의 각 밀봉물의 외부 단부에 인가되었다. 알칼리 금속 규산염 용액은 공동을 채워서 공동 내의 몰리브덴을 적셨다. 그후, 이렇게 처리된 램프들은 170℃에서 20분 동안 노에서 건조되었다.

칼륨 규산염 수용액은 알칼리성(pH 11), 저점성 및 백색 수용액이었고, 19.5%의 이산화규소(SiO₂) 및 9.4%의 산화 칼륨(K₂O)를 함유하였다. 그러므로, 이 용액 내의 SiO₂/K₂O의 몰(mole)비는 3.25였다. 이 물질은 듀 퐁(Du Pont)사 제품인 Potassium Silicate Electronics #200에서 얻어졌다.

그 다음, 처리하여 건조된 램프들은 450℃오븐내에 배치되어 주기적으로 검사되었다. 8개의 램프중에서 871시간 후에 1개의 밀봉물이 고장났다. 이 검사는 더 이상의 고장이 없이, 450℃에서 총 1479시간 후에 종료되었다.

이와는 대조적으로, 칼륨 규산염 수용액으로 처리되지 않은 동일 형태의 다른 램프는 450℃에서 단지 143시간 후에 밀봉물 고장을 발생시켰다.

이 실험은 증류수 내에서 나트륨 메타 규산염(Na₂SiO₃·9H₂O)를 용해시킴으로써 형성된 25wt.%의 나트륨 규산염 수용액을 사용하여 반복되었다. 밀봉물 고장의 징후는 450℃에서 350시간 후에도 전혀 나타나지 않았다.

[실시예 2]

램프들이 600℃오븐 내에 배치되었다는 것을 제외하고는, 실시예 1의 실험과 유사한 다른 실험이 실행되었다. 4개의 램프들이 동일한 칼륨 규산염 수용액으로 처리되어, 칼륨 규산염 수용액이 밀봉 영역에 인가되지 않는 제어부와 함께 600℃오븐내에 배치되었다. 이 제어부는 600℃에서 66시간 후에 밀봉물 고장을 발생시켰다. 이와는 대조적으로, 4개의 처리된 램프는 검사가 완료된 후, 600℃에서 1053시간 후에도 밀봉물 고장을 전혀 발생시키지 않았다.

[실시예 3]

실시예 1의 처리된 램프들 중 한개의 램프는 검사 완료후에 파괴되었고, 밀봉물의 처리된 박막 부분은 Debye Scherrer 박막 기술을 사용하여 X선에 의해 분석되었다. X선은 몰리브덴 박막의 처리된 표면상에서 Mo, MoO₂, K₂MO₃O₁₀및 MoO₃의 존재를 발견하였다.

[실시예 4]

이 실시예에서, 실시예 1의 칼륨 규산염 수용액은 내부 및 외부 리드에 접속된 몰리브덴 박막상의 핀치 밀봉물을 사용하는 제2도에 도시된 형태의 20개의 750W석영 엔벨로프 텅스텐-할로겐 램프 상의 밀봉 영역에 인가되었다. 외부 리드들은 30밀 몰리브덴 와이어였다. 칼륨 규산염 수용액은 외부 리드와 밀봉 영역 단부의 접합부에서 극미량 주사기(hypodermic syringe)를 사용하여 밀봉 영역에 인가되었다. 이 용액이 24시간 동안 공기 건조되거나, 약 360℃에서 15분 동안 구워진 후에, 램프들은 가속 수명 검사를 위해 활성화 되었다. 이때의 램프의 평균 수명은 1000시간 보다 상당히 길었다. 알칼리 금속 규산염 밀봉 보호부가 없는 동일 램프들의 평균 수명은 약 100-200시간 미만이었다.

[실시예 5]

이 실험에서는 제5도에 도시되어 있고, 본 출원사와 미합중국 특허 제4,021,659호에 기술된 형태의 다수의 반사경과 램프 결합물들이 준비되어, 가속 수명 검사 실행을 위해 활성화되었다. 이 램프들은 실시예 4에서 사용된 램프들과 동일한데, 100개의 램프들은 30밀 직경의 몰리브덴 외부 와이어 리드들을 갖고 있고, 115개의 램프들은 60밀 직경의 니켈 도금된 몰리브덴 외부 리드들을 갖고 있었다. 유리 반사경 부재 내에 램프를 접착시키기 전에, 실시예 1의 칼륨 규산염 수용액이 제어부로서 사용된 30밀의 외부 리드 와이어를 갖고 있는 19개의 램프를 제외한 모든 램프들의 밀봉 영역에 인가되었다. 이 램프들은 반사경 내에 접착되기 전에 24시간 동안 공기 건조되거나, 300℃에서 15분 동안 구워졌다. 소정의 결합물 내에 사용된 접착제는 실리카 입자와 칼륨 규산염 수용액의 혼합물이었지만, 다른 결합물 내에서는 알루미늄 인산염 접착제였다. 최종 결합물들은 가속 수명 검사 실행을 위해 활성화되었다.

[30밀의 리드]

30밀의 리드를 갖고 있고, 실리카/칼륨 규산염 접착제로 반사경내에 접착된 램프들은 데이타의 상당히 넓은 스캐터(scatter)를 반사하였다. 칼륨 규산염 수용액이 밀봉 영역에 인가되지 않은 램프들은 약 1000시간의 평균 수명을 나타냈다. 칼륨 규산염 수용액이 밀봉 영역에 인가된 램프들은 수용액이 300℃에서 15분 동안 구워진 경우에는 1,500시간의 평균 수명을 가졌고, 수용액이 램프 내에 접착되기 전에 48시간 동안 공기 건조된 경우에는 1,800시간의 평균 수명을 가졌다.

알루미늄 인산염 접착제로 유리 반사경 내에 접착된 30밀의 리드를 갖고 있는 램프는 칼륨 규산염 수용액이 밀봉 영역에 인가되지 않은 때에는 단지 400시간의 평균 수명을 가졌고, 수용액이 인가되고 유리 반사경 내에 접착되기 전에 300℃에서 15분 동안 구워진 때에는 약 1,500시간의 평균 수명을 가졌다. 수용액이 반사경 내에 접착되기 전에 실온에서 48시간 동안 공기 건조된 램프의 평균 수명은 2,000시간을 초과하였는데, 처음 8개의 램프들중 3개의 램프는 3,500시간후 까지도 계속 동작하였다.

[60밀의 니켈 도금 리드]

60밀의 닉켈 도금된 몰리브덴 외부 리드를 갖고 있는 램프들에 대한 결과는 30밀의 리드를 갖고 있는 램프들에 대해 얻어진 결과보다 우수하였다. 그러므로, 칼륨 규산염 수용액이 조립전에 밀봉 영역에 인가되지 않은 램프들중 실리카/칼륨 규산염 접착제로 유리 반사경 내에 접착된 램프들의 경우에는 처음 8개 램프 그룹중 2개의 램프만이 3,200시간 후에도 계속 동작하였다. 그러나, 수용액이 밀봉 영역에 인가된 경우에는 처음 19개 및 20개의 램프 그룹중 16개의 램프들은 3,200시간 후까지 계속 동작하였다.

알루미늄 인산염 접착제로 반사경 내에 접착된 램프들은 규산염 접착제로 접착된 램프들만큼 양호하게 동작을 수행하지 못하였다. 그러므로, 밀봉 영역이 칼륨 규산염 처리를 받지 않은 20개 램프 그룹의 평균 수명은 단지 약 900시간이었다. 처리된 램프들의 평균 수명은 2,000시간을 초과하였지만, 3,200시간 미만내에 고장났는데, 처음 19개 및 20개 램프 그룹중 5개 및 8개의 램프들은 각각 3,200시간후까지 계속 동작하였다.

Claims

최소한 약 250℃의 상승 온도에서 산화 환경에 노출될 때 수명을 연장시킨 몰리브덴과 유리 물질 사이의 밀봉물에 있어서, 상기 산화 환경에 노출된 상기 밀봉물의 상기 몰리브덴 부분이 균일한 알칼리 금속 규산염의 수용액으로 피막되는 것을 특징으로 하는 밀봉물.
제1항에 있어서, 상기 산화 환경에 노출된 상기 몰리브덴 부분이 균일한 상기 알칼리 금속 규산염 피막을 포함하는 것을 특징으로 하는 밀봉물.
제1항에 있어서, 상기 유리 물질이 석영 또는 고온 유리이고, 상기 상승 온도가 600℃를 초과하지 않으며, 상기 알칼리 금속이 칼륨, 나트륨 및 그 혼합물을 혼합하고, 상기 밀봉물이 기밀 밀봉되는 것을 특징으로 하는 밀봉물.
최소한 한 단부에서 기밀 밀봉된 최소한 한개의 금속 인리드 구조물을 가지며, 엔벨로프 내부로 연장되는 최소한 한개의 개구를 통해 상기 단부내로 연장되는 유리질 엔벨로프(10,82)를 포함하는 전기 램프(11,26,80)에 있어서, 상기 인리드 구조물이 외부 금속 리드(12,12´;34,36;48,48´), 상기 유리질 엔벨로프를 갖고 있는 상기 기밀 밀봉물을 형성하는 중간 몰리브덴 밀봉 박막(16;30,32;46,46´) 및 상기 엔벨로프 내로 연장되는 내부 리드(14;50,50´)를 포함하고, 상기 내부 및 외부 리드들이 상기 밀봉 박막에 접속되며, 상기 외부 단자 리드에 인접해 있는 상기 밀봉 박막의 표면부가 산화 환경에 노출되어, 알칼리 금속 규산염의 수용액으로 피막되는 것을 특징으로 하는 전기 램프.
제4항에 있어서, 상기 전기 램프가 텅스텐-할로겐 램프(11,28) 또는 아크 방전 램프(80)을 포함하고, 상기 내부 및 외부 금속 리드들이 내화 금속을 포함하며, 상기 유리질 엔벨로프(10)이 석영 또는 알루미노 규산염 유리이고, 상기 외부 리드가 상기 유리질 엔벨로프에 접착되지 않는 금속으로 피막되는 것을 특징으로 하는 전기 램프.
최소한 한 단부에서 핀치 밀봉된 최소한 한개의 내화 금속 인리드 구조물을 갖고 있고, 상기 엔벨로프 내부로 연장되는 최소한 한개의 개구를 통해 상기 단부내로 연장되는 유리질 엔벨로프(10,82)를 포함하는 전기 램프(11,26,80)에 있어서, 상기 인리드 구조물이 외부 단자 리드(12,12´;34,36;48,48´), 상기 석영 엔벨로프를 갖고 있는 기밀 밀봉물을 형성하는 중간 몰리브덴 밀봉 박막(16;30,32;46,46´) 및 상기 엔벨로프 내로 연장되는 내부 리드(14;50,50´)를 포함하고, 상기 내부 및 외부 리드들이 상기 밀봉 박막의 대향 단부에 접속되며, 상기 외부 단자 리드에 인접해 있는 상기 몰리브덴 밀봉 박막 부분의 표면이 산화 환경에 노출되어, 알칼리 금속 규산염의 수용액으로 피막되는 것을 특징으로 하는 전기 램프.
제6항에 있어서, 상기 유리질 엔벨로프가 석영 및 고온 유리 조성물을 포함하고, 상기 알칼리 금속이 칼륨 및 나트륨을 포함하며, 상기 램프(80)이 텅스텐-할로겐 램프 또는 아크 방전 램프(11 ; 26)이고, 상기 밀봉물이 기밀 밀봉되는 것을 특징으로 하는 전기 램프.
유리질 반사경 부재로부터 후방으로 돌출되는 속이 비어 있는 가늘고 긴 공동 부분 내에서 종단되는 전방 반사 부분을 갖고 있는 상기 유리질 반사경 부재(60), 광원이 상기 반사경 부재의 촛점 주위에 배치되도록 접착제로 상기 공동 부분내에 영구 고착되는 텅스텐-할로겐 램프(1) 및 상기 텅스텐-할로겐 램프가 최소한 한 단부 내에 기밀 밀봉된 최소한 한개의 내화 금속 인리드 구조물을 갖고 있는 유리질 엔벨로프(10)을 포함하는 반사경과 램프 결합물에 있어서, 상기 인리드 구조물이 외부 단자 리드(64,64´), 상기 유리질 엔벨로프를 갖고 있는 상기 기밀 밀봉물을 형성하는 중간 몰리브덴 밀봉 박막(16,16´) 및 상기 엔벨로프 내로 연장되는 내부 리드를 포함하고, 상기 내부 및 외부 리드가 상기 밀봉 박막의 대향 단부에 접속되며, 상기 외부 단자 리드에 인접해 있는 상기 몰리브덴 박막 부분의 표면이 산화 환경에 노출되어, 알칼리 금속 규산염의 수용액으로 피막되는 것을 특징으로 하는 반사경과 램프 결합물.
제8항에 있어서, 상기 외부 리드가 상기 유리질 엔벨로프에 접착되지 않는 물질로 피막하고, 최소한 40밀의 직경을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 반사경과 램프 결합물.
250-600℃의 온도에서 내산화성이 향상된 몰리브덴에 있어서, 몰리브덴의 표면을 알칼리 금속 규산염의 수용액으로 피막시키고, 상기 온도에서 상기 몰리브덴을 노출시키기 전에 건조시킨 것을 특징으로 하는 몰리브덴.
250-260℃의 온도에서 내산화성을 향상시키기 위한 방법에 있어서, 알칼리 금속 규산염의 수용액을 몰리브덴의 표면에 인가되는 단계 및 상기 몰리브덴의 표면 상에 알칼리 금속 규산염의 피막이 형성되도록 상기 수용액을 건조시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 몰리브덴의 내산화성 향상방법.
제8항에 있어서, 상기 알칼리 금속이 칼륨, 나트륨 또는 그 혼합물로 구성되는 그룹으로 부터 선택되는 것을 특징으로 하는 반사경 및 램프 결합물.
제12항에 있어서, 상기 알칼리 금속이 칼륨으로 구성되는 것을 특징으로 하는 반사경 램프 결합물.
제10항에 있어서, 상기 알칼리 금속이 칼륨, 나트륨 또는 그 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 몰리브덴.
제14항에 있어서, 상기 알칼리 금속이 칼륨으로 구성되는 것을 특징으로 하는 몰리브덴.
제11항에 있어서, 상기 알칼리 금속이 칼륨, 나트륨 또는 그 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로하는 몰리브덴의 내산화성 향상방법.
제16항에 있어서, 상기 알칼리 금속이 칼륨으로 구성되는 것을 특징으로 하는 몰리브덴의 내산화성 향상방법.
제6항에 있어서, 상기 외부 리드가 상기 램프 엔벨로프에 부착되지 않은 금속으로 피막되는 것을 특징으로 하는 전기 램프.
제6항에 있어서, 상기 알칼리 금속 규산염이 칼륨 규산염, 나트륨 규산염 또는 그 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 램프.