專利名稱：復(fù)合式hid電弧管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明設(shè)備中使用的電弧管，特別涉及高壓氣體放電 燈(HID)中所使用的復(fù)合式HID電弧管。
背景技術(shù)：
通常，選用熔融石英玻璃作為HID電弧管的制作材料，這是由 于這種玻璃制作的電弧管在高溫工作狀態(tài)下具有很好的耐壓特性，可 以承受大約200-300個(gè)大氣壓；另一方面，采用石英玻璃制作的電弧 管容易封接。然而，石英玻璃同時(shí)存在明顯的缺點(diǎn)， 一方面石英玻璃 電弧管是高溫下熱熔靠外模擠壓同時(shí)內(nèi)腔吹入高壓風(fēng)成型，其內(nèi)腔尺 寸成了無(wú)法控制的自由工差；這樣可導(dǎo)致在高溫狀態(tài)下工作的電弧管 隨燈燃點(diǎn)角度的改變(最大可達(dá)360° )色溫最大變化達(dá)1000K;另 一方面，石英玻璃難以承受HID燈工作在電弧狀態(tài)下造成的高溫熔蝕 (尤其為了提高光效電弧管內(nèi)引入鈉元素之后，大大加強(qiáng)了電弧電離 高溫對(duì)管壁石英材料硅的滲透和析出以及鈉自身?yè)p失的雙向作用)， 從管壁熔蝕析出的硅附隨鹵鎢循環(huán)氣流進(jìn)入一對(duì)電極間的放電區(qū)，電 弧電離沖擊狀態(tài)下的高溫氣流導(dǎo)致硅瞬態(tài)熔化，這種液態(tài)硅膜最終像 電焊渣一樣沉積在電極的表層，導(dǎo)致電極不可逆轉(zhuǎn)的劣化現(xiàn)象，嚴(yán)重 影響了燈的發(fā)光效率和有效壽命。
近年來(lái)，特別是小功率陳列照明用燈的石英玻璃電弧管，開(kāi)始 被多晶氧化鋁(PCA)陶瓷電弧管所替代，從而大大提高了光色的均 勻度及穩(wěn)定性。陶瓷電弧管替代石英電弧管金屬鹵化物燈(MH)顏色 一致性的改善，其原因之一是由于陶瓷電弧管制作胚胎是在常溫下模 壓或灌漿成型，其幾何尺寸得到嚴(yán)格控制，而另一原因是陶瓷電弧管 提高了管壁的工作溫度在管壁溫度很高的情況下，對(duì)其相關(guān)色溫與 管壁溫度曲線上可觀察到極小值，陶瓷電弧管完全能適應(yīng)于在這一相
應(yīng)色溫極小值區(qū)域工作(而對(duì)石英電弧管，這個(gè)區(qū)域出現(xiàn)在石英玻璃 能承受的合理工作溫度之上)，尤其當(dāng)燈中填充劑為鈉與稀土鹵化物
時(shí)，更高的工作溫度使燈具有優(yōu)良的顯色性(Ra>80)，并提高了發(fā) 光效率(>901nr W—。多晶氧化鋁結(jié)構(gòu)的另 一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是在壽命 期間，燈內(nèi)鈉金屬損失大大減少，確保光色比傳統(tǒng)的石英電弧管的金 屬鹵化物燈產(chǎn)品更穩(wěn)定。
專利號(hào)為98115658. 4的中國(guó)專利公開(kāi)了一種高壓氣體放電燈的 陶瓷殼組件，殼體結(jié)構(gòu)PCA殼和特殊設(shè)計(jì)的軸向分層的氧化鋁-金屬 陶瓷多層結(jié)構(gòu)。其中多零件端塞的最后零件不用任何密封材料而直接 燒結(jié)到相關(guān)的穿通線上，同時(shí)保持一定的熱膨脹系數(shù)。但事實(shí)上，由 于燈的高工作溫度和強(qiáng)烈的熔融金屬鹵化物及蒸汽的腐蝕，這種封接 方式也很難提供長(zhǎng)期可靠的密封和較長(zhǎng)的壽命。
美國(guó)專利US 6， 313， 582B1也公開(kāi)了一種陶瓷燈，其放電管采用 半透明陶瓷制成，密封管部分采用基于Dy203-Al20:,-Si02的密封材料 進(jìn)行端口封接。這種由陶瓷制成的電弧管由于PCA自身的耐壓差(只 能承受大約3-5個(gè)大氣壓)的缺點(diǎn)，實(shí)際封裝電極很難，在排氣過(guò)程 之中的真實(shí)狀態(tài)下既要往電弧內(nèi)填充金鹵丸、注汞、充入各種惰性氣
體、又要靠填充玻璃焊料把電極的外引線與陶瓷材料之間達(dá)到氣密性 封接并非易事，往往走到制作電弧管這最后一步而失敗，使前功盡棄， 嚴(yán)重影響了制作陶瓷電弧管的綜合合格率，不僅使成本居高不下。而 且，目前的技術(shù)也僅僅能夠150w以下中小功率的電弧管，對(duì)250W 以上至幾個(gè)KW的大功率還未見(jiàn)到有普及商業(yè)化應(yīng)用的范例，因此， 也使這項(xiàng)先進(jìn)的制燈技術(shù)還未得到推廣與普及。
上述專利文獻(xiàn)公開(kāi)的技術(shù)方案被作為背景技術(shù)在此引作參考。

發(fā)明內(nèi)容
因此，針對(duì)石英玻璃和半透明多晶氧化鋁材料的優(yōu)點(diǎn)和不足， 以及封接方面的問(wèn)題，本發(fā)明將兩種材料的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，同時(shí)彌補(bǔ)了 各自的缺點(diǎn)，提出了一種新穎的電弧管。
本發(fā)明的目的是提供一種復(fù)合式HID電弧管，其主要特點(diǎn)是用
石英玻璃或拜可(Vycor)石英玻璃吹制成型的電弧管內(nèi)部分地涂敷 一層半透明多晶氧化鋁，然后經(jīng)高溫胚燒成型為熔融石英玻璃與半透 明多晶氧化鋁或拜可石英玻璃與半透明多晶氧化鋁復(fù)合式HID電弧 管。這種復(fù)合式HID電弧管保留了石英玻璃封接容易，能夠承受高氣 壓工作，采用內(nèi)套成型模灌漿涂敷半透明多晶氧化鋁，使電弧管內(nèi)腔 尺寸受到嚴(yán)格控制，提高了電弧管內(nèi)壁工作溫度，并有效防止了鈉滲 透現(xiàn)象。用這種復(fù)合式HID電弧管制作的金屬鹵化燈可以將燈內(nèi)充氣 壓力比普通多晶氧化鋁制作的陶瓷金鹵燈的充氣壓力提高20%-50%。 因此，光效可提高25%左右，尤其可以采用這種復(fù)合式HID電弧管技 術(shù)去制作超高壓汞燈(UHP)光源的電弧管，能有效克服現(xiàn)有UHP石 英電弧管因內(nèi)壁溫度過(guò)高重結(jié)晶和失透而降低了耐壓強(qiáng)度早期失效 的問(wèn)題。
根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合式HID電弧管，包括放電管、兩根引出管， 其特征在于
放電管是由熔融石英玻璃或拜可石英玻璃吹制成外殼，并且內(nèi) 涂敷半透明多晶氧化鋁層構(gòu)成的復(fù)合式雙層殼體，并且
引出管由熔融石英玻璃或拜可石英玻璃構(gòu)成，其中在引出管內(nèi) 靠電弧腔體的兩端，部分地內(nèi)涂敷有多晶氧化鋁層。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，在上述復(fù)合式HID電弧管中，放電管的 電弧腔體呈橄欖型或橢球型。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在上述復(fù)合式HID電弧管中，電弧腔 體的內(nèi)壁以及靠近腔體兩端3 8mm引出管的內(nèi)壁均勻涂敷有0. 2 0. 5mm厚的半透明多晶氧化鋁層。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，上述復(fù)合式HID電弧管的導(dǎo)出管采用 兩種不同方式進(jìn)行封接。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，在上述復(fù)合式HID電弧管中，其中， 在所述引出管位置內(nèi)涂敷有多晶氧化鋁的部位，采用A1203， Dy203，Si02 的混合物為主體的玻璃焊料封接，所述引出管由石英玻璃構(gòu)成的位 置，采用煤氧火加熱后壓封。
另外，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合式HID電弧管，其中，多晶氧化鋁層
通過(guò)以下方式涂覆而成采用耐熱硅膠精密制成的內(nèi)膽塞入放電管電 弧腔體及引出管內(nèi)，再注入一定壓力的空氣，使硅膠內(nèi)膽成之為一精 密的內(nèi)襯膜，再往內(nèi)襯膜與所述外殼之間的縫隙注入高純氧化鋁粉末 與少量粘接劑、晶粒生產(chǎn)抑制劑、增塑劑充分拌勻的陶瓷粉漿，灌漿
成型之后要經(jīng)過(guò)室溫固化、脫模，50(TC 60CTC低溫增壓胚燒，1000
x:中溫預(yù)燒，然后加精密氧化鋁外模、內(nèi)襯模套防止石英玻璃高溫變
型，經(jīng)180(TC真空高溫鍛燒3-4小時(shí)，再迅速將工件移出高溫爐強(qiáng)
風(fēng)冷卻。
本發(fā)明與已有技術(shù)相對(duì)照，其效果是積極和明顯的。具體地說(shuō)， 相比較石英玻璃材料的不耐高溫，而且容易產(chǎn)生鈉金屬損失，以及多 晶氧化鋁材料不耐高壓以及不易氣密性封裝的缺點(diǎn)來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的復(fù)
合HID電弧管既保留了石英玻璃的電弧管容易成型，好裝配封口，耐 壓特性好，工作氣壓高，又吸收了半透明多晶氧化鋁(PCA)電弧腔體
內(nèi)幾何尺寸規(guī)范，耐高溫，抗鈉滲透性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。因此，本發(fā)明的復(fù)
合式HID電弧管可以提高工作氣壓和溫度，防止鈉滲透以及電極表面 液態(tài)硅膜形成的變形損壞，提高了 HID，尤其是MH燈的光色穩(wěn)定性 和光效，并延長(zhǎng)了燈的使用壽命。
本發(fā)明的目的、特征及優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)實(shí)施例并結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì) 說(shuō)明。


圖1是本發(fā)明一種復(fù)合式HID電弧管示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面，將參考附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述。
如圖1所示，本發(fā)明的一種復(fù)合式HID電弧管，具有放電管l、 電極2、鉬引線3、鉬箔4、鉬外引線5，電極2設(shè)置在所述的放電管 1的電弧腔體13內(nèi)，鉬引線3、鉬箔4、鉬外引線5依次與電極2連 接，并分別設(shè)置在放電管1兩端的兩根引出管14中，其中，放電管 1由熔融石英玻璃或拜可石英玻璃11吹制外殼，內(nèi)涂敷半透明多晶 氧化鋁(PCA) 12構(gòu)成的復(fù)合式雙層殼體，放電管1的電弧腔體13 兩邊設(shè)置有兩根細(xì)而長(zhǎng)的引出管14，引出管14內(nèi)靠電弧腔體13的 一端也分別涂敷有半透明多晶氧化鋁層12，由所述的電弧腔體內(nèi)13 向外依次是所述的電極2、鉬引線3、鉬箔4和鉬外引線5，與所述 的鉬引線3對(duì)應(yīng)的引出管14位置是內(nèi)涂敷有多晶氧化鋁12的部位， 采用Al203，Dy203，Si02的混合物為主體的玻璃焊料15封接，與鉬箔4 相對(duì)應(yīng)的引出管14是石英玻璃11構(gòu)成的單層玻管位置，采用煤氧火 加熱后壓封，所述的放電管1根據(jù)不同的品種充填有各種不同的金屬 鹵化物，汞或汞的替代物，高純氬氣，氬氖混合氣，氪氣或氤氣。
進(jìn)一步的，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合式HID電弧管，其中，放電管的 電弧腔體13呈橄欖型或橢球型，電弧腔體13的內(nèi)壁以及靠近腔體兩 端約3 8mm引出管14的內(nèi)壁均勻涂敷有0. 2 0. 5mra厚的半透明多 晶氧化鋁層12。
進(jìn)一步的，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合式HID電弧管，其中采用第一段 和第二段分段封接的方法對(duì)電極2進(jìn)行封接。
進(jìn)一步的，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合式HID電弧管，其中，放電管的 電弧腔體13的內(nèi)壁及靠近腔體兩端約3 8mm引出管14的內(nèi)壁均勻 涂敷半透明多晶氧化鋁層12，涂敷時(shí)采用耐熱硅膠精密制成的內(nèi)膽 塞入放電管內(nèi)腔13及引出管14內(nèi)，再注入一定壓力的空氣，使所述 的硅膠內(nèi)膽成之為一精密的內(nèi)襯膜，再往內(nèi)襯膜與所述的放電管1 的熔融石英玻璃或拜可石英玻璃外殼11之間的縫隙注入高純氧化鋁 粉末與少量粘接劑、晶粒生產(chǎn)抑制劑、增塑劑充分拌勻的陶瓷粉漿。
進(jìn)一步的，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合式HID電弧管，其中，電弧腔體 13的內(nèi)壁靠近腔體兩端約3 8mm引出管14的內(nèi)壁均勻半透明多晶 氧化鋁層12，灌漿成型之后要經(jīng)過(guò)室溫固化、脫模，50(TC 60(TC 低溫增壓胚燒，100(TC中溫預(yù)燒，然后加精密氧化鋁外模、內(nèi)襯模套 防止石英玻璃11高溫變型，經(jīng)180(TC真空高溫鍛燒3-4小時(shí)，再迅 速將工件移出高溫爐強(qiáng)風(fēng)冷卻，以防止石英玻璃外殼11失透。
進(jìn)一步的，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合式HID電弧管，其中，電極2采 用第一段和第二段分段封接的方法，其中，在靠近電弧管電弧腔體
13兩端距離約3 8mm引出管14的一段為第一段，由此段再往外延 伸10 20mm的引出管14稱之為第二段，第一段引出管14內(nèi)壁與電 弧腔體13內(nèi)壁一樣涂敷有半透明多晶氧化鋁層12，封接時(shí)采用以 八1203，07203，5102的混合物為主體的玻璃焊料15封接，第二段是石英 玻璃或改進(jìn)型石英玻璃11，如拜可石英玻璃，鉬阻玻璃，采用鉬箔4 非匹配性封接，或?qū)f桿加工后進(jìn)行匹配性封接，以增加燈工作在超 高氣壓，如100 200atm時(shí)的氣密性。
在圖1所示的實(shí)例中，電弧管1優(yōu)選采用橢球型電弧管外殼11 由羥基含量《10卯ra的高純?nèi)廴谑⒉Ａ?1吹制而成，最大直徑為 4)18.5mm，平均壁厚1. 8mm，最薄的地方》1. 5mm，內(nèi)涂敷并燒結(jié)而 成的半透明氧化鋁(PCA)層12，平均厚O. 2mm，最薄處>0. 15腿， 最厚處《0.25mra;電極2采用釷鎢材料制作，有良好的發(fā)射性能，燈 的金鹵充填物選取Scl3-Cel3-lnl3-T11-Nal，因此管壁負(fù)載Ws約為 20W/cra2，燈標(biāo)稱功率150W。
在燈管匹配高頻方波電流、電壓及衡功率輸出的電子鎮(zhèn)流器情 況下測(cè)試初始光效》1101m/w，平均光效951m/w，顯色指數(shù)Ra>85， 色溫4200K,壽命20,000小時(shí)，而且燈壽命期間內(nèi)的光色的一致性 比石英鈧鈉燈有很大的改善。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，為了說(shuō)明的目的，采取了金屬鉬作為引 線以及箔片來(lái)與電極連接，但是本發(fā)明并不限于金屬鉬，也可以采用 其他適合的金屬或者合金來(lái)替換。
可以利用本發(fā)明的電弧管來(lái)制作陶瓷金屬鹵化物燈， 一般采用 雙端或者單端方式來(lái)制作。雙端方式是在燈外殼的兩端設(shè)置有導(dǎo)線連
接到電弧管的兩端，燈外殼一般可選用圓柱型或者圓錐型等。而單端 方式是只在燈外殼的一端設(shè)置導(dǎo)線，電弧管兩端的引線都通過(guò)這個(gè)導(dǎo) 線引出，燈外殼一般可選用球型或橢球型等。
以上引用的所有專利均以全文復(fù)制的方式引入本文以供參考。 雖然為了有助于說(shuō)明本發(fā)明的各個(gè)方面，上文詳細(xì)描述了本發(fā)明的具 體實(shí)例，但是應(yīng)當(dāng)理解，這并不旨在將本發(fā)明限制于實(shí)例中所給出的 具體內(nèi)容。相反，其目的在于涵蓋附帶的權(quán)利要求書(shū)中限定的本發(fā)明
的精神和范圍內(nèi)的所有修改形式、實(shí)施例和替代實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合式HID電弧管，包括放電管(1)、兩根引出管(14)，其特征在于所述放電管是由熔融石英玻璃或拜可石英玻璃吹制成外殼(11)，并且內(nèi)涂敷半透明多晶氧化鋁層(12)構(gòu)成的復(fù)合式雙層殼體，并且所述引出管由熔融石英玻璃或拜可石英玻璃構(gòu)成，其中在所述引出管內(nèi)靠電弧腔體的兩端，部分地內(nèi)涂敷有多晶氧化鋁層。
2. 如權(quán)利要求1所述的復(fù)合式HID電弧管，其特征在于所述 電弧腔體的內(nèi)壁以及靠近腔體兩端3 8mra引出管的內(nèi)壁均勻涂敷有 0. 2 0. 5mra厚的半透明多晶氧化鋁層。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合式HID電弧管，其特征在于 所述放電管的電弧腔體呈橄欖型或橢球型。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合式HID電弧管，其特征在于 所述引出管采用兩種不同方式進(jìn)行封接。
5. 如權(quán)利要求3所述的復(fù)合式HID電弧管，其特征在于所述 引出管采用兩種不同方式進(jìn)行封接。
全文摘要
一種復(fù)合式HID電弧管，包括放電管、兩根引出管，其中放電管是由熔融石英玻璃或拜可石英玻璃吹制成外殼，并且內(nèi)涂敷半透明多晶氧化鋁(PCA)層構(gòu)成的復(fù)合式雙層殼體，并且引出管由熔融石英玻璃或拜可石英玻璃構(gòu)成，其中在所述引出管內(nèi)靠電弧腔體的兩端，部分地內(nèi)涂敷有多晶氧化鋁層。電弧管經(jīng)高溫?zé)Y(jié)之后采用分兩段封裝電極的方法，引出管內(nèi)涂敷有PCA的第一段采用玻璃焊料封接，第二段石英玻璃采用鉬箔壓封封接。上述結(jié)構(gòu)的HID電弧管，既保留了石英玻璃電弧管容易成型，耐壓特性好，又具有PCA電弧腔體內(nèi)幾何尺寸規(guī)范、耐高溫、抗鈉滲透性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可以提高HID，尤其是MH燈的光色穩(wěn)定性和光效，并延長(zhǎng)燈的使用壽命。
文檔編號(hào)H01J61/36GK101373698SQ20081009722
公開(kāi)日2009年2月25日 申請(qǐng)日期2008年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月21日
發(fā)明者陳宗烈 申請(qǐng)人:陳宗烈