專利名稱：一種用于對高壓放電燈的不含氧化釷的鎢電極的熱處理方法
本申請涉及一種用于對高壓放電燈的不含氧化釷的鎢電極的熱處理方法、一種不含氧化釷的這種鎢電極、一種制造至少具有一個不含氧化釷的這種鎢電極的高壓氣體放電燈的方法、一種至少具有一個不含氧化釷的這種鎢電極的高壓氣體放電燈，和一種至少具有一個這種高壓氣體放電燈的照明單元。
直到現(xiàn)在，對于汽車前燈一直使用具有包括氧化釷的鎢電極的氣體放電燈。這種摻雜尤其會導(dǎo)致電極的再結(jié)晶溫度升高。根據(jù)電極的熱預(yù)處理和隨后的密封工藝，所述電極依然易于再結(jié)晶。
通常，在制造高壓氣體放電燈中的密封或夾緊工藝中，鎢電極連接到石英材料等，這些可能發(fā)生在通常方式中的幾個工藝步驟中。常常通過熱處理進行這些工藝步驟，借助這些工藝步驟尤其可以通常的方式將電極表面上的雜質(zhì)除去。
然而，氧化釷具有這樣的一些特性，其至少導(dǎo)致制造工藝中的處理更困難，并且負面地影響燈的性能。釷是一種放射性金屬，并對環(huán)境有害，因此對該材料的處理包含特別的測量，并因此經(jīng)常增加成本。
再結(jié)晶后的電極具有易碎的機械特性。這導(dǎo)致了已在制造燈的工藝中，以及隨后在燈的運行過程中，尤其在沖擊負載時，不期望的故障增多。另外，在密封或者夾緊制造后，這種電極導(dǎo)致周圍的石英材料中的毀滅性的裂縫。比如，毀滅性裂縫是該石英材料中的通道，其在石英中從與電極相對的接觸表面延伸直到外表面，由此導(dǎo)致在燈內(nèi)不期望的泄漏。
JP-2002056807A公開了一種用于短弧燈，如氙燈的鎢制陽極，除主要成分鎢之外，還包含鑭、釔、鈰，它們中的每一種都是氧化物形式(La2O3、Y2O3和CeO2)。陽極的主要材料可以是純鎢，或者可替代的也可以是添加了鋁、鉀和硅的鎢。
為陽極選擇的材料成分，尤其是在其中包含有高熔點的氧化物，用于抑制在燈運行過程中，凸出到放電空間中的鎢陽極部分也就是不是通過夾緊緊密圍繞的部分再結(jié)晶。這樣的目的是提高再結(jié)晶溫度，對于通常的陽極材料，其大約是1600℃至1800℃，對于這種陽極大約是1800℃至2000℃。鑭、釔和鈰是稀有材料，并且昂貴。在氣體放電時，放電空間中主要的極高溫度使得不可能阻止這些稀有物質(zhì)部分被游離并且進入到放電空間，它們負面地影響燈的運行。
本發(fā)明的目的是提供一種用于高壓放電燈的不含氧化釷的鎢電極，該電極保護燈的可操作的可靠性，因為至少直到燈運行時防止了電極的再結(jié)晶，其中應(yīng)該指定這種鎢電極可獲得的方式。
本發(fā)明的另一個方案涉及一種具有根據(jù)本發(fā)明的這種鎢電極的高壓氣體放電燈和其制造方法。并且，根據(jù)本發(fā)明的鎢電極和具有這種鎢電極的相應(yīng)的高壓放電燈，應(yīng)該能以簡單和有效的方式大規(guī)模工業(yè)制造。
本發(fā)明的目的可以通過如權(quán)利要求1描述的特征實現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明，用于對高壓放電燈的不含氧化釷的鎢電極的熱處理方法，其特征在于，鎢電極由純鎢或者至少摻鉀的鎢構(gòu)成，其中所述電極具有纖維狀的微觀結(jié)構(gòu)，并且熱處理中的最高溫度低于鎢電極的材料的再結(jié)晶溫度。重要的是微觀結(jié)構(gòu)都保持這種原狀直到燈的第一次運行。可以驚訝的發(fā)現(xiàn)，直到燈第一次運行，得到的微觀結(jié)構(gòu)對電極的機械易碎性和燈的趨勢具有主要影響，以顯示在制造和操作時以及燈運行時在密封或者夾緊工藝中的毀滅性裂縫。
通常在通過夾緊緊密圍繞的鎢電極的部分中以及在燈運行時將發(fā)現(xiàn)沒有高于根據(jù)本發(fā)明的鎢電極的再結(jié)晶溫度的溫度。測試表明，在這種情況中，通常不會超過約1400℃的值。實際上，可以通過通常的構(gòu)造改變以簡單的形式產(chǎn)生這種情形。
根據(jù)本發(fā)明的材料選擇，其還包括對有關(guān)微觀結(jié)構(gòu)的觀察，和根據(jù)本發(fā)明在隨后的熱處理方法的工藝，令人驚訝地獲得了可以不需要添加劑，如氧化釷、氧化鑭、氧化釔和氧化鈰。由于這個問題已經(jīng)存在很長時間，并且這樣簡單的解決方案同樣需求了很長的時間，因此更加令人驚訝。
在本發(fā)明意義中的高壓放電燈特征尤其在于，它們具有一個以真空密閉方式封閉大的半透明的燈體，其中包含可電離填充物，特別的是稀有氣體和金屬鹵化物，鎢電極被設(shè)置在其中，用來啟動氣體混合物和在燈運行時為氣體放電提供電流。例如從披露給公眾的文件DE3341846可以知道這種高壓放電燈。作為例子，可能提到了用于機動車輛前燈的氙氣放電燈，但在某種意義上這不認為是限制性的。
從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的有利的進一步的實施例。
優(yōu)選的是，優(yōu)選在標準大氣壓下的無氧氣氛中進行的熱處理方法，至少包括以下順序的步驟從環(huán)境溫度加熱到最高處理溫度，保持在最高處理溫度，冷卻至室溫。對用于高壓放電燈的不含氧化釷的鎢電極的熱處理方法在無氧氣氛中進行使得防止由氧化重新產(chǎn)生雜質(zhì)。處理順序，即，尤其是，持續(xù)時間和溫度曲線應(yīng)該與以通常方式要除去的雜質(zhì)的本性和范圍相適合。
更優(yōu)選的，該方法在包含氫的氣氛中進行。
對于鎢電極材料選擇，優(yōu)選的鎢電極材料包含摻雜有最多500ppm的鉀、最多300ppm的硅和最多100ppm的鋁的鎢。
具有大約1800℃的再結(jié)晶溫度的所述的鎢電極材料，優(yōu)選的，被加熱到最高約1500℃的處理溫度。
進一步地為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，在如權(quán)利要求1至5所述的工藝中處理不含氧化釷的鎢電極。
借助于具有不含有氧化釷的鎢電極的高壓氣體放電燈進一步實現(xiàn)本發(fā)明的目的，其中該不含氧化釷的鎢電極的一部分通過密封或者夾緊封閉，并且不含氧化釷的鎢電極通過密封或者夾緊封閉的該部分具有纖維狀的微觀結(jié)構(gòu)。
進一步地為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，一種根據(jù)本發(fā)明的制造高壓氣體放電燈的方法具有至少一個這種不含氧化釷的鎢電極，該方法包括至少一種如權(quán)利要求1所述的熱處理不含氧化釷的鎢電極的方法。
從優(yōu)選實施例的描述，本發(fā)明的特點、特征和優(yōu)點將變得明顯。
鎢電極所用的材料是摻鉀的鎢(AKS-鎢或者叫做不下垂鎢(non-sagtungsten))。這種材料的特征在于鉀的含量為大于0且小于500ppm、硅的含量為大于0且小于300ppm和鋁的含量為大于0且小于100ppm。這種材料具有大約為1600℃至1800℃的再結(jié)晶溫度。
在標準大氣壓下的氫氣氛下進行的用于對高壓氣體放電燈的不含氧化釷的鎢電極熱處理的方法，包括以下順序的步驟——將鎢電極從室溫加熱到最高處理溫度(約1500℃)，其中約5分鐘后溫度達到約600℃，再過10分鐘后溫度達到1500℃，——保持在最高處理溫度30分鐘，和——在90分鐘內(nèi)冷卻至室溫。
鎢電極的熱預(yù)處理在總共105分鐘后完成。在稱為烘烤或者排氣過程中的最高溫度為1500℃，因此仍然可以可靠地除去最穩(wěn)定的鎢氧化物，也就是說對電極表面進行了最佳清除。避免了微結(jié)構(gòu)變化(也就是再結(jié)晶)，因此纖維狀的微觀結(jié)構(gòu)可以保持原狀。
任何鎢材料原則上均可以作為電極材料，只要熱處理的最高溫度與所述材料的再結(jié)晶溫度相適應(yīng)，也就是說，熱處理的最高溫度必須不高于再結(jié)晶溫度。
權(quán)利要求
1.一種用于對高壓放電燈的不含氧化釷的鎢電極的熱處理方法，其特征在于，鎢電極由純鎢或者至少摻鉀的鎢組成，所述電極具有纖維狀的微觀結(jié)構(gòu)，熱處理中的最高溫度低于鎢電極的材料的再結(jié)晶溫度。
2.一種如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在標準大氣壓下的無氧氣氛中進行的該方法至少包括以下順序的步驟從室溫加熱到最高處理溫度，保持最高處理溫度，和冷卻至室溫。
3.一種如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于該方法在含氫氣氛中進行。
4.一種如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該鎢電極由摻有最多500ppm的鉀、最多300ppm的硅和最多100ppm的鋁的鎢組成。
5.一種如權(quán)利要求1、2、3和4所述的方法，其特征在于鎢電極的材料的再結(jié)晶溫度為約1600℃到1800℃，并且最高處理溫度為約1500℃。
6.一種由如權(quán)利要求1至5任一項所述的方法熱處理的不含氧化釷的鎢電極。
7.一種制造至少具有一個不含氧化釷的鎢電極的高壓氣體放電燈的方法，至少包含一種如權(quán)利要求1所述的用于對不含氧化釷的鎢電極的熱處理方法。
8.一種為汽車前燈設(shè)計的并用由如權(quán)利要求7所述的方法制造的具有至少一個不含氧化釷的鎢電極的高壓氣體放電燈。
9.一種高壓氣體放電燈，具有不含氧化釷的鎢電極，其中通過密封或者夾緊封閉不含氧化釷的鎢電極的一部分，其特征在于通過密封或者夾緊封閉的該不含氧化釷的鎢電極的該部分具有纖維狀微觀結(jié)構(gòu)。
10.一種照明單元，包含至少一個如權(quán)利要求9所述的高壓放電燈。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對用于高壓放電燈的具有纖維狀微觀結(jié)構(gòu)的、不含氧化釷的鎢電極的熱處理方法，一種不含氧化釷的鎢電極，一種制造至少具有一個不含氧化釷的這種鎢電極的高壓氣體放電燈的方法，一種至少具有一個不含氧化釷的這種鎢電極的高壓氣體放電燈，和一種至少具有一個這種高壓氣體放電燈的照明單元。
文檔編號H01J61/073GK1942999SQ200580011896
公開日2007年4月4日 申請日期2005年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月21日
發(fā)明者G·赫賓豪斯, J·默西 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司