NL7901479A - Hogedrukkwikontladingslamp. - Google Patents

Description

* 26.2.1979 1 ΡΗΝ 9362 11,7, Philips* Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

”Ho ge drukkwikontladingslamp"

De uitvinding heeft betrekking op een hoge-drukkwikontladingslamp met een vakuumdicht gesloten kwarts-glazen lampvat met kneepafdichting, in welke kneepafdichting een met een tweede metaal beklede metaalfolie is op- g genomen, waaraan een inwendige stroomgeleider naar een binnen het lampvat opgestelde elektrode en een uitwendige stroomgeleider zijn bevestigd, welk lampvat is voorzien van een vulling die kwik, edelgas en metaalhalogenides bevat.

Een dergelijke lamp is bekend uit het Britse octrooischrift 1.521,129. Bij de bekende lamp bevindt zich in de kneepafdichting een molybdeenfolie, die bekleed is met een laag wolfraam. De wolfraambekleding is aangebracht, omdat metaalhalogenides de kneepafdichting 15 zouden binnendringen, de molybdeenfolie zouden aantasten en de hechting van het kwartsglas aan de molybdeenfolie teniet zouden doen. Een wolfraamlaag van twee ƒurn zou aantasting van de folie voorkomen of vertragen. De wolfraamlaag zou bij voorkeur tot tien of meer /urn dik zijn, mits 20 de totale dikte van de folie de vorming van een vakuumdichte kneep niet in de weg staat.

Gebleken is, dat het bekleden van molybdeen-folies met wolfraam geen betrouwbaar middel vormt om het voortijdig uitvallen van hogedrukkwiklampen met metaal- 790 1 479

/ · V

26.2.1979 2 PHN 9362 halogenide toevoegingen te voorkomen,

De uitvinding beoogt nu metaalhalogenides bevattende hogedrukkwiklampen te verschaffen, •waarbij 5 de gasdichtheid van de kneepafdichting behouden blijft.

Deze doelstelling wordt volgens de uitvinding bij hoge drukkwiklampen van de in de openingsparagraaf gewenste soort daardoor bereikt, dat de metaalfolie bekleed is met een tweede metaal, dat is gekozen uit de 10 groep bestaande uit Ta, Nb, V, Cr, Zr, Ti, Y, La, Sc en Hf.

Bij gebruik van een dergelijke,beklede folie is het de vermindering van de lichtopbrengst, tengevolge van het ontstaan van zwarting op de wand van het lampvat, 15 die de, ekonomische, levensduur van de lampen bepaalt.

Aan de uitvinding ligt een inzicht ten grond-• slag, dat hieronder uiteengezet zal worden. Ter inleiding volgen eerst enkele opmerkingen.

De kneepafdichting van een lamp is, onmiddel-20 lijk na zijn vervaardiging vakuumdicht over het deel van de lengte van de metaalfolie gelegen tussen het einde van de inwendige stroomgeleider en het einde van de uitwendige stroomgeleider. Rondom beide stroomgeleiders strekt zich in de kneepafdichting een kapillair kanaal uit. Via het 25 kanaal rondom de inwendige stroomgeleider kunnen bestanddelen uit de vulling van het lampvat, via het kanaal rondom de uitwendige stroomgeleider bestanddelen uit de het lampvat omgevende atmosfeer tot de folie in de kneep doordringen.

30 Als metaalfolies kunnen zowel molybdeen- als wolfraamfolies worden toegepast. Deze hebben van nature een oxydehuid, die van belang is voor een goede hechting van kwartsglas aan de folie.

Hogedrukkwiklampen met metaalhalogenides be-35 vatten een of meer alkalimetalen, zoals natrium en lithium, en een of meer andere metalen zoals indium, thallium, scandium, cadmium, zink, lood en tin uit groep IIB, UIA, IIIB en IYA van het periodiek systeem.

790 1 4 79 26.2.1979 3 ΡΗΝ 9362 ί %

Volgens het inzicht, dat aan de uitvinding ten grondslag ligt kunnen nu in de kneepafdichting de volgende reakties verlopen: 5 2Si02 + Mo02 + 4NaHal ^-» 2Na?Si03 + MoHal^ (l)

MoHal^ + 4 In --»Mo + 4lnHal (2).

Hierin is Na een representant van de alkalimetalen, In een representant van de andere metalen en staat Hal voor 10 een halogeen, bijvoorbeeld jodium. Het evenwicht (1) ligt sterk naar links, omdat de verandering van de vrije enthalpie positief is (Δ&^ > 0). Het evenwicht (2) ligt evenwel zeer sterk naar rechts, omdat AG2<£< 0. In de lamp verlopen beide reakties, omdat + AG2 0. Het 15 effekt van deze reakties is niet, zoals in het genoemde Britse octrooi gezegd, .erosie van de molybdeenfolie, maar een reduktie van de oxydehuid daarvan, die tot verminderde hechting van de folie aan het kwartsglas en het lek worden van het lampvat leidt. Voorts hebben de reak-20 ties de vorming van natriumsilikaat tengevolge, waaruit gemakkelijk cristobaliet ontstaat, een kristallijne vorm van kwarts van geringere mechanische sterkte. De vorming van cristobaliet kan sprong van de kneepafdichting tengevolge hebben.

25 Gebleken is, dat deze reakties ook verlopen, zij het dat hun effekt vertraagd tot uitdrukking komt, als de koncentratie van een metaal als bijvoorbeeld indium in het gasmengsel zeer laag is, zoals wanneer een overmaat halogeen aanwezig is. In dat geval kan in de lamp namelijk 30 vrij indium ontstaan door ontlading van ionen aan de elektrodes.

Door volgens de uitvinding met behulp van een tweede metaal een scheiding aan te brengen tussen de metalen folie en het kwartsglas wordt het verlopen van de 35 reaktie (l) onmogelijk gemaakt. Het tweede metaal dient echter wel een oxydehuid te hebben om een goede hechting aan het kwartsglas te bewerkstelligen. Bovendien dient het tweede metaal niet een vergelijkbare reaktie (1) aan te 790 1 479 26.2.1979 4 PHN 9362 gaan. De volgens de uitvinding gebruikte tweede metalen hebben dan ook een zo stabiel oxyde, dat bij toepassing van die metalen Δ >) O en ^.G·^ + Δ G·,, > 0. Wolfraam 5 voldoet niet aan deze eis. De met een tweede .metaal beklede metaalfolies behoeven geen speciale bewerking te ondergaan om daarop een oxydehuid te vormen. Ze krijgen die vanzelf bij de normale processen bij het vervaardigen van een lamp, zoals dat ook bij niet beklede folies van 10 molybdeen of wolfraam het geval is.

Sommige van de in hogedrukkwikontladingslampen toegepaste metaalhalogenides zijn sterk hygroscopisch.

Om de introduktie van water te vermijden wordt daarom wel in plaats van het metaalhalogenide het metaal plus kwik— 15 halogenide gedoseerd, waaruit dan in het lampvat bij verhoogde temperatuur het metaalhalogenide ontstaat. Het is daarbij echter praktisch onmogelijk metaal en halogeen in de stoechiometrische verhouding te doseren.

Gezien het feit, dat door de maatregel volgens 20 de uitvinding een metaal, zoals indium, geen nadelig effekt meer kan uitoefenen op de hechting van kwartsglas aan de metaalfolie, kunnen dergelijke metalen nu in een overmaat ten opzichte van halogeen worden gedoseerd. Het gunstige effekt daarvan is, dat, nadat de lamp eenmaal op hoge 25 temperatuur is geweest, er geen kwikhalogenide meer in de lamp aanwezig is. Yan kwikhalogenide is namelijk bekend, dat het de ontsteekspanning en de herontsteekspanning van een lamp, reeds bij zeer lage partieeldrukken, verhoogt.

Het gebruik van overmaat metaal kan er ook toe dienen te 30 voorkomen, dat zich gedurende de levesnduur van de lamp kwikhalogenide vormt tengevolge van reaktie van de vulling van het lampvat met verontreinigingen in de wand daarvan.

In een speciale uitvoeringsvorm bestaat het in de kneepafdichting gelegen deel van de uitwendige stroom-35 geleider althans aan het oppervlak eveneens uit een metaal gekozen uit de groep bestaande uit Ta, Nb, V, Cr,

Zr, Ti, Y, La, Sc en Hf. Het is uiteraard mogelijk de uitwendige stroomgeleider ook waar hij buiten het lampvat 7901479 26.2.1979 5 PHN 9362 uitsteekt met dit metaal te bekleden, dan -wel het in de kneepafdichting gelegen deel of de gehele uitwendige stroomgeleider massief uit een of meer der genoemde me-5 talen te doen bestaan. In het algemeen zal men een bekleding minimaal 0,01 ^um dik kiezen.

Deze uitvoeringsvorm heeft het voordeel, dat alkalisilikaat-vorming rondom de uitwendige stroomgelei- der voorkomen wordt. Gebleken is namelijk dat alkali- 10 metalen (bijvoorbeeld natrium en lithium) in staat zijn, zonder de hechting aan te tasten, langs het grensvlak van de metaalfolie en het kwartsglas te migreren naar de uitwendige stroomgeleider. Wel-is-waar hebben deze migratie en de vorming van alkalisilikaat geen ondichtheid 15 van de kneepafdichting tengevolge, omdat zich rondom de uitwendige stroomgeleider reeds een kapillaire ruimte bevindt, maar wel onttrekken zij alkalimetaal aan de ontlading. Dientengevolge kan de kleur van de ontlading zich tijdens de levensduur van de lamp wijzigen.

20 Verrassenderwijs is gebleken, dat zeer dunne op de metaalfolie lagen tweede metaal/reeds het gewenste effekt sorteren.

In het algemeen worden lagen toegepast van 0,01 tot 0,2^um dik, in het bijzonder van 0,05 - 0,1^um dik.

De bekleding kan onder andere door opdampen, 25 sputteren, elektrolyse, ion-plating, chemical vapour deposition worden verkregen.

Aangezien aantasting van de kneepafdichting van het lampvat zich niet alleen voordoet bij toepassing van versmolten siliciumoxyde, maar ook bij gebruik van glazen 30 met een siliciumdioxydegehalte van minstens 95 gew.$> en de uitvinding ook daarop van toepassing is,wordt hierin onder kwartsglas glas met een siliciumdioxydegehalte van minstens 95 Sew.$ verstaan.

Een uitvoeringsvorm van een lamp volgens de 35 uitvinding wordt in de tekening getoond.

Daarin is fig. 1 het zijaanzicht van een lamp in een buitenballon, fig. 2 een detail van fig. 1.

790 1 4 79 26.2.1979 6 PHN 9362

In fig. 1 is een ontladingslamp 1 tussen stroom-toevoergeleiders 2 en 3 opgesteld in een buitenballon 4, die van een lampvoet 5 is voorzien. Stroomtoevoer-5 geleider'3 is door een keramische buis 6 omgeven. De ontladingslamp 1 heeft een kwartsglazen lampvat 10 afgesloten met kneepafdichtingen 11 en 12, waarin een metaal·? folie 13 resp. 14 is opgenomen. Aan de metaalfolies 13 en 14 zijn een inwendige stroomgeleider 15 resp. 16 naar 10 een binnen het lampvat opgestelde elektrode 17 resp. 18 en een uitwendige stroomgeleider 19 resp. 20 gelast;

In fig. 2 is met 30 de zone tussen de uiteinden van de inwendige 16 en de uitwendige 20 stroomgeleider aangeduid, waarin de kneepafdichting 12 over zijn gehele 15 breedte vakuumdicht is. Rond de inwendige stroomgeleider 16 en rond de uitwendige stroomgeleider 20 strekt zich een kapillaire holte 31 resp. 32 uit. De uitwendige stroomgeleider 20 kan reeds onmiddellijk na het maken van de kneepafdichting 12, terwijl hij nog op hoge tempe-20 ratuur is, over zijn volle lengte in aanraking komen met zuurstof en vocht uit de lucht en daarbij oxyderen. De uitwendige stroomgeleider 20 bestaat uit molybdeen. Het in de kneepafdichting 12 gelegen deel 33 dat in aanraking kan zijn met het glas is bedekt met tantaal. De folie 14 25 bestaat eveneens uit met tantaal bedekt molybdeen.

Voorbeeld:

In een konkreet geval was een kwartsglazen lampvat gevuld met 36 mg Hg, 5330 Pa Ar, 30 mg NaJ, 3»7 mg TIJ, 0,3 mg InJ en 2 mg In. De molybdeenfolies en de molybdeen 30 uitwendige stroomgeleiders van de lamp waren bedekt met 0,05^um Ta. De lamp nam bij bedrijf op 220 V een vermogen op van 400 ¥. De kneepafdichtingen van de lamp bleven vakuumdicht en cristobalietvorming werd niet waargenomen.

35 790 1 479

Claims (3)

26.2.1979 "f' pHN 9362

1. Hogedrukkwikontladingslamp met een vakuumdicht gesloten, kwartsglazen lampvat met kneepafdichting in welke kneepafdichting een met een tweede metaal beklede metaalfolie is opgenomen, waaraan een inwendige stroomgeleider 5 naar een binnen het lampvat opgestelde elektrode en een uitwendige stroomgeleider zijn bevestigd, welk lampvat is voorzien van een vulling die kwik, edelgas en metaal-halogenides bevat, met het kenmerk, dat de metaalfolie bekleed is met een tweede metaal, dat is gekozen uit de 10 groep bestaande uit Ta, Nb, V, Cr, Zr, Ti, Y, La, Sc en Hf.

2. Hogedrukontladingslamp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het in de kneepafdichting gelegen deel van de uitwendige stroomgeleider althans, aan het oppervlak bestaat uit een metaal gekozen uit de groep bestaande uit 15 Ta, Nb, Y, Cr, Zr, Ti, Y, La, Sc en Hf.

3· Hogedrukontladingslamp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het tweede metaal een laagdikte heeft liggend tussen 0,2 en 0,01 yrum. 790 1 4 7 9 20