專利名稱：用于高壓短弧放電燈的密封管材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及在用于高壓短弧放電燈的密封管結構中使用鉬錸合金。
本發(fā)明涉及在高密度多晶陶瓷主體內(nèi)的密封管，尤其涉及高壓放電燈的密封。特別是，本發(fā)明涉及由鉬錸合金制成的密封管，其用于密封高壓放電燈例如高壓電弧放電燈。
背景技術：
放電裝置(例如高壓短弧燈)通常使用由氧化鋁形成的透明或半透明的高溫耐熔管。在該氧化鋁管中，電弧在兩個電極之間延伸，電流通過密封的引入端組件導入。因為氧化鋁和鈮金屬具有相似的熱膨脹系數(shù)，該熱膨脹系數(shù)是選擇用于高壓短弧放電燈的鈮引入端以便經(jīng)氧化物電弧管的端部導入電流的一個因數(shù)。
近來，對于短弧放電燈存在著更大的光照功率的需要。為了滿足這個需要，必需增大密封在發(fā)光管內(nèi)的氣體量，例如汞的量，這導致這樣的問題，即，當密封在短弧放電燈的發(fā)光管內(nèi)的氣體量增大時，密封在發(fā)光燈泡內(nèi)的氣體的壓力增大到145psi或更高，并且當燈發(fā)光時可能高達2500psi。因此，增大了對于能承受在這種燈中產(chǎn)生的高壓的材料的要求。此外，這種材料還必須能耐受在放電燈的化學劑量中所使用的鹵化物的侵蝕。
由于鉬可耐受在短弧放電燈的化學劑量中通常使用的鹵化物的侵蝕，所以可在用于高壓放電燈的密封管的制造過程使用純的鉬。然而，純的鉬沒有足夠的展延性使得通過機械壓接來密封該密封管。由于純的鉬在機械壓接過程中具有較大的變形應變，所以純的鉬通常在機械壓接以便密封該密封管時出現(xiàn)破裂。
如上所述，相對于用于制成高壓含鹵素的放電燈中所使用的密封管的材料，存在對新材料的要求，其中該材料可耐受鹵化物侵蝕，可承受在放電燈內(nèi)產(chǎn)生的高壓和高溫，并且具有足夠的變形展延性，以便在機械壓接操作以形成該密封管的氣密密封時不破裂。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種由鉬錸合金構造成的密封管。
本發(fā)明的另一方面涉及一種用于含鹵素的高壓放電燈的密封管，該高壓放電燈例如為短弧高壓放電燈和陶瓷金屬氧化物燈，其中該密封管由鉬錸合金構造成。
本發(fā)明的再一方面涉及一種包含35-55％重量百分比的錸的鉬錸合金。
本發(fā)明的又一方面涉及一種用于通過將鉬與錸組合以形成鉬錸合金從而增大鉬的線性熱膨脹系數(shù)的方法。
本發(fā)明的另一方面涉及一種用于改變鉬錸合金的延展性和硬度的方法，其包括對該鉬錸合金進行熱處理。
本發(fā)明的再一方面涉及高壓放電燈，其包括含短弧鹵化物的高壓放電燈和陶瓷金屬氧化物燈，該放電燈包括由鉬錸合金構造成的密封管。
通過閱讀并理解本發(fā)明的詳細描述，使本發(fā)明的這些和其它方面清晰呈現(xiàn)出來。


本發(fā)明采用不同的部件和部件布置的形式，以及不同步驟和步驟組合的形式。在附圖中，相同的附圖標記表示相同的部件，附圖僅僅是示意性的而不是限定本發(fā)明。
圖1示出了真空密閉組件的截面圖，該真空密閉組件包括依據(jù)本發(fā)明的密封管。
圖2示出了真空密閉組件的替代實施例的截面圖，該真空密閉組件包括依據(jù)本發(fā)明的密封管。
圖3是鉬、鉬錸合金、和氧化鋁隨溫度變化的線性熱膨脹系數(shù)的圖表。
具體實施例方式
具有一空腔的多晶陶瓷主體(例如高壓放電管)由鉬合金和密封材料進行密封，以便形成真空密閉組件。多晶氧化鋁在溫度為25-1000℃之間具有8.1×10-6/℃的平均熱膨脹系數(shù)，多晶氧化鋁通常用于高壓放電燈的放電管。氧化釔在溫度為25-1000℃之間具有8.5×10-6/℃的平均熱膨脹系數(shù)，氧化釔也可用于放電管的制造。另外，釔鋁石榴石或YAG在溫度為25-1000℃之間具有8.35×10-6/℃的平均熱膨脹系數(shù)，釔鋁石榴石或YAG也可用于放電管的制造。
高壓放電燈的密封區(qū)域的工作溫度通常在室溫25℃或大約到700-1400℃之間，當燈關斷時處于室溫25℃，當燈完全升溫時處于700-1400℃。為了避免在陶瓷主體與封閉件之間的氣密密封的破裂或其它破壞，必需使得封閉件和密封材料的熱膨脹系數(shù)與陶瓷主體的熱膨脹系數(shù)在密封區(qū)域的工作溫度范圍內(nèi)精密地匹配。盡管高壓放電燈的工作溫度通常為大約25-1400℃之間，但是依據(jù)本發(fā)明的真空密閉組件可承受更高或更低的工作溫度范圍，因此需要在相應的更高或更低的工作溫度范圍內(nèi)使得熱膨脹系數(shù)匹配。該封閉件和該密封材料的熱膨脹系數(shù)應接近陶瓷主體的熱膨脹系數(shù)，以便提供可靠的密封并消除由于熱膨脹系數(shù)不同而引起的機械應力。
依據(jù)本發(fā)明，提供了放電燈組件10，其包括陶瓷、金屬陶瓷、或金屬板端塞12，該端塞具有密封管14，以便形成如圖1所示的真空密閉組件。由例如為鎢的材料制成的電極桿16從密封管14延伸到放電燈10的氣體填充腔20中。該電極可焊接到密封管14中。連接引線18從密封管1 4的在放電燈組件10外側的一部分中延伸出來。在用氣體填充該燈并且隨后點焊之后，該密封管被壓接。在替代實施例中，該密封管可簡單地焊接，而沒有壓接。
在替代實施例中，提供了放電燈組件28，其包括如圖2所示的偏置密封管30(或化學劑量配送部分)。電極32可由例如鎢(W)的材料制成。端塞38借助密封材料34來密封陶瓷電弧管的一端。在對該放電燈進行化學劑量配送之后，密封管30隨后通過在密封管端部40處進行機械壓接從而被密封，并且其后對該機械壓接部進行點焊。
依據(jù)本發(fā)明，鉬與錸形成合金，以便形成用于放電燈的密封管。鉬是難熔金屬，鉬的熱膨脹系數(shù)低于錸的熱膨脹系數(shù)。通過在合金中適當?shù)剡x擇所使用的鉬和錸的比率，使得鉬的熱膨脹系數(shù)增大。因此，該合金的增大的熱膨脹系數(shù)接近在放電燈制造中所使用的材料的熱膨脹系數(shù)，該材料例如為氧化鋁和其它陶瓷材料。圖2示出了純的鉬、50％-50％重量百分比的鉬-錸合金的混合物、和多晶氧化鋁的線性熱膨脹系數(shù)。此外，鉬-錸(Mo-Re)合金提供增強的延展性，同時錸(Re)在熱膨脹方面具有有利的效果。
其中錸的含量在35-55％重量百分比范圍內(nèi)的鉬錸合金適于這種應用。鉬錸合金的選擇基于幾個原因。盡管純的鉬可耐受鹵化物的侵蝕，但是其沒有足夠延展性，以便使得通過鉬管的壓接來進行密封。鉬管由于產(chǎn)生較大的變形應變所以在壓接時破裂。鉬錸合金可耐受鹵化物的侵蝕，并且具有比純鉬更高的延展性。在冷拔成的狀態(tài)下，鉬錸合金比純鉬管具有非常高的延展性，但是其延展性對于壓接仍然不足夠大。
為了實現(xiàn)氣密壓接密封，必需對鉬錸合金進行某種熱處理，以便獲得足夠的延展性并且消除由于例如拉制和擠壓的機械加工而產(chǎn)生的加工硬化。4小時的1200℃的熱處理對于明顯改變鉬錸合金的延展性和硬度來說是不足夠的。大約0.5-4小時的處于大約1200-1900℃的處于干氫氣環(huán)境(露點＜-50℃)的熱處理可導致具有更大延展性的鉬錸合金，其可以進行壓接，并且沒有破裂的跡象，且可承受至少2000psi(每平方英寸磅)的壓力。在熱處理之后，該鉬錸合金在制造用于放電燈的密封管時是有用的。
測試結果顯示出，進行了大約0.5-4小時的處于大約1200-1900℃的處于干氫氣環(huán)境(露點＜-50℃)的熱處理的鉬錸管可成功地進行壓接，并且沒有破裂的跡象。對于壓接成的管的破裂試驗顯示出，該密封可承受100-1700psi壓力，這取決于所用的壓接壓力。壓接密封在壓接位置處用激光焊接進行固定，該壓接密封可承受超過8500psi的壓力。這些結果表明，如以下示例所述，鉬錸合金管的密封與使用在常規(guī)高壓鈉制品中的鈮管中實現(xiàn)的密封一樣地良好。鉬錸合金超越鈮的優(yōu)點是其具有增強的鹵化物耐受性。
以下數(shù)據(jù)表明在形成依據(jù)本發(fā)明的可進行機械壓接的密封管的過程中使用鉬錸合金的能力。
示例1mm外徑×0.5mm內(nèi)徑的鉬錸合金管包含47.5％重量百分比的錸，該管在壓接密封之前在1800℃時熱處理2小時。一些情況下，對壓接區(qū)域進行激光焊接，以便強化機械密封。該鉬錸合金管的密封在一設備內(nèi)進行測試，該設備在該管內(nèi)施加達到1000psi的水壓。當發(fā)現(xiàn)水經(jīng)密封逸出時，記錄該壓力作為以下的破裂壓力。
表1壓接的鉬錸管與壓接的鈮管的破裂壓力結果比較

*在機械壓接/激光焊接部破裂之前，密封管的其它部分裂開盡管鈮管與本發(fā)明的鉬錸管相比具有稍微增大的抗破裂性，但是鉬錸管與鈮管相比具有增強鹵化物耐受性，同時可承受與鈮管相當?shù)膲毫Α?br> 通過使用本發(fā)明的鉬錸合金可獲得其它的優(yōu)點，而且不限于在壓接進行氣密密封的過程中變形而不破裂以及能夠承受在放電燈內(nèi)產(chǎn)生的高溫的能力。
盡管已經(jīng)對本發(fā)明的幾個優(yōu)選實施例進行了描述，但是，本領域普通技術人員應該理解的是，可在不脫離本發(fā)明的原理和精神的基礎上對實施例進行改變，本發(fā)明的保護范圍是由權利要求及其等同形式限定的。
附圖標記10放電燈12端塞14密封管16電極18連接引線20氣體填充腔28放電燈30密封管32電極34密封材料36陶瓷電弧管38端塞40密封管端部
權利要求
1.一種由包含鉬錸合金的材料構造成的密封管(14)。
2.如權利要求1所述的密封管(14)，其特征在于，該鉬錸合金包含的錸的含量大約為35-55％重量百分比。
3.如權利要求1或2所述的密封管(14)，其特征在于，該密封管(14)具有機械壓接密封或焊接密封。
4.如權利要求1-3所述的密封管(14)，其特征在于，該密封管(14)可承受至少大約2000psi的壓力，優(yōu)選為可承受至少9000psi的壓力。
5.如權利要求1-5所述的密封管(14)，其特征在于，該鉬錸合金在溫度為大約0-1200℃的范圍內(nèi)具有的線性熱膨脹系數(shù)大于純鉬的熱膨脹系數(shù)。
6.一種包括如權利要求1-5所述的密封管(14)的放電燈(10)。
7.如權利要求6所述的放電燈(10)，其特征在于，其包括鹵化物放電材料。
8.一種通過在大約1200-1900℃下對鉬錸合金進行大約0.5-4小時的熱處理從而改變該鉬錸合金的延展性和硬度的方法，其中該鉬錸合金的延展性增大，并且其硬度降低。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，該鉬錸合金在所述熱處理之前擠壓到管中。
10.如權利要求8或9所述的方法，其特征在于，該熱處理在露點低于-50℃的氣體環(huán)境下進行。
11.一種用于增大鉬的線性熱膨脹系數(shù)的方法，其包括將鉬與錸組合以形成鉬錸合金。
全文摘要
本發(fā)明涉及在構造用于高壓放電燈(10)密封管(14)中使用鉬錸合金。
文檔編號H01J7/22GK1516228SQ20031012423
公開日2004年7月28日 申請日期2003年12月29日 優(yōu)先權日2002年12月27日
發(fā)明者L·E·艾里奧, B·A·科諾森, B·P·比尤利, J·S·瓦圖里, T·J·薩默爾, L E 艾里奧, 比尤利, 瓦圖里, 科諾森, 薩默爾 申請人:通用電氣公司