高压放电灯的制作方法

专利名称：：高压放电灯的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的高压放电灯。
背景技术：
：由US-A5861714和US-A5742123已知一种高压放电灯，在该高压放电灯中陶瓷放电容器在其端部上使用轴向分层的金属陶瓷件以用于密封。在US-A5742123中，带螺纹的钨销插入金属陶瓷件中，该金属陶瓷件的各个层厚度向外增大。钼焊料覆盖金属陶瓷件上的凸缘。层数约为10。第一层被直接放置在放电容器的末端上，最后一层借助于钼焊料与凸缘和钨销以密封的方式相连接。在US-A5861714中，最后一层和引线之间的密封通过直接烧结和必要时借助于玻璃焊接的支持来建立。在两种情况中金属陶瓷件的制造成本都高。由于较少的分级并且由于在最后一层中引线的密封的想法，使用寿命不令人满意。
发明内容本发明的目的是提供一种带陶瓷放电容器的高压放电灯，该高压放电灯的密封基于轴向的梯度金属陶瓷的想法并且首次确保了足够的用于一般照明的使用寿命。该目的通过权利要求1的特征部分实现。特别有利的构造在从属权利要求中可以得到。在具有陶瓷放电容器，尤其是具有腐蚀性金属卤化物_填充物的汞_高压放电灯中的密封技术由于各个部件的不同热膨胀系数仍旧是一个未圆满解决的问题。在此，首先在电连接区域内形成裂痕，因为不同的热膨胀系数在接通和断开过程中的加热和再次冷却期间彼此差别非常大。用于放电容器的Al2O3具有典型地为8.3XKT6IT1的热膨胀系数，常见的金属陶瓷件的热膨胀系数为6至7XΙΤΓ1。Mo销具有约SXKr6IT1的热膨胀系数。根据本发明密封系统如此构造，使得使用带毛细管端部的陶瓷放电容器。具有轴向梯度的管状金属陶瓷件连接于毛细管，该金属陶瓷件的内径和外径约等于毛细管的内径和外径。金属陶瓷管在毛细管端部的连接通过高温焊料实现，该高温焊料在约1500至1800°C下熔化并且在此实现牢固的界面连接。或者通过烧结借助于细颗粒的烧结活化的Al2O3粉末实现连接。由钼制成且带有中央孔的护帽设置在金属陶瓷管上。该帽尤其是装有沿轴向向外的中央凸缘。钼销作为引线部件至少使用在外端上。该钼销的直径典型地处于0.6至1.2mm的范围内。为了密封，将钼销焊接于护帽。护帽在金属陶瓷管上的连接借助于基于金属的焊料通过焊接实现。优选使用钼焊料。或者也能够选择烧结活化的连接。PCA(容器或者还有毛细管)、金属陶瓷管和护帽的不连续变化的热膨胀系数的问题通过使用金属陶瓷管来解决，该金属陶瓷管使用多个层。代替目前最大约十层能够首次使用更多层，例如使用50个薄层，典型地使用100至200层。这通过多层技术可以实现，该多层技术用于制造具有从20至100μm条带厚度的薄片。金属陶瓷管由不同成分的Mo-Al2O3层组成。金属陶瓷管的第一层放置在陶瓷放电容器端部的端面或者毛细管端部的端面上，该第一层富含Al2O3并且少含Mo。典型地，Al2O3和Mo之间的体积比例为从90/10至98/2。但是也能够在第一层中仅使用ai2O3。金属陶瓷管在优选各个层的恒定厚度时以分级的方式构造成，其中各个层中的Mo的比例向外逐渐增加。护帽最后焊接于富含Mo的最后一层，该最后一层的Mo比例典型地为95体积百分比。所述最后一层与第一层一样优选比中间层厚以便改善机械耐用性。分级金属陶瓷管的制造通过多层技术实现。为此制造具有不同MoAl2O3比例的薄片。该薄片的Mo比例典型地处于5和95体积百分比之间。也能够使用类似Mo的金属如W或者Re来代替Mo。薄片随后按照其增加的Mo含量堆叠且层压成形。随后空心圆柱体管由层压的且与平板连接的薄片冲压出来，该空心圆柱体管因此沿着其纵轴具有层压的构造。在烧结空心圆柱体后，由此形成的分级的管借助于高温焊料或者活化的烧结粉末被安装在毛细管的端部并且焊接于它的具有高Mo比例的薄片的另一端。这种构造不仅保证了从毛细管的Al2O3到护帽的钼的热膨胀系数的准连续的变化，而且也保证了两个端面的安全连接。目前，这种较细的分级既不被认为是必要的，更不用说提供用于其的合适的制造方法，金属陶瓷管在其他部件上的安全连接也没有得到。优选地，除了在第一和最后位置的两个覆盖薄片外各个薄片具有相同厚度，这简化了制造。此外有利的是，如果在金属陶瓷上的Mo的比例从薄片到薄片在第一和最后一个薄片之间尽可能均勻地变化，以避免形成不连续或者裂缝。在第一或最后一个薄片中的Mo的比例约为5或95体积百分比，因为该混合物的热膨胀系数非常接近于邻近的材料Mo或Al2O30通过多层技术制造金属陶瓷管的优点是，即用于制造薄片的砂浆成分能够以任意期望的MoAl2O3比例实现。因此热膨胀系数的极细分级是可能的，这对于改善密封有重大贡献。此外，各个薄片(条带)的厚度因此可能仅为20至100μm。在给定各个薄片的分级和总数时，各个薄片的更大厚度导致分级管的过大厚度。各个薄层的厚度最终确定了金属陶瓷管中的热膨胀系数的分级程度。总体想法的特殊优点是，即用于密封技术的各个部件的制造可以单独完成。完全的密封以模块化的方式构造成。通过在1600至2000°C中且在如N2、氩、组成气体或者H2的保护气体下的烧结过程将金属陶瓷管的各个薄片以不透气的方式彼此相互连接，其中获得不同成分的各层之间的紧密连接。由此，由于机械应力将裂缝减小到最小程度并且几乎被避免。在一种特别的实施形式中将毛细管的端面倒角。这有助于在使用寿命期间第一金属陶瓷层和放电容器的PCA之间更好地对中心和延迟脱层。在陶瓷接合技术中，倒角边缘在各种情况下都比直的平面应力低。与之相匹配地，也将金属陶瓷管的面向毛细管的端面倒角。为此，第一个薄片原本特别厚，典型地达300μm,并且倒角被压入金属陶瓷管的所述第一区域中。该倒角能够由未烧结的分级管通过机械加工制造成。陶瓷放电容器优选由Al2O3，例如PCA形成。能够使用常见的诸如MgO的掺杂。作为终端层，PCA也可以为管的一体的组成部分。作为玻璃焊料能够使用高温玻璃焊料，比如由Al2O3和尤其是Dy2O3的稀土氧化物组成的混合物，参见EP-A587238中详述的实施例。该混合物比常见的焊料更耐热，但是为了较好的连接需要比通常在熔化过程中更长的时间。优选使用由Al2O3和Dy2O3组成的混合物的高温玻璃焊料，其中Al2O3的比例为95至80体积百分比，其余为Dy203。典型的烧结温度是1750至1950°C。为了在PCA-毛细管和分级的金属陶瓷之间进行焊接，混合物由原材料Al2O3和Dy2O3制成并且随后在1600和1900°C之间的温度下转化成低共熔的熔化物。固化的熔化物在烧结后被磨碎成具有处于1和5μm之间的粒度d50的细粉末，也称为熔料。由此制成适用于分配器的膏状物。为了PCA材料和分级金属陶瓷的接合将膏状物的薄层涂在PCA毛细管的端面上并且随后将分级金属陶瓷的富含Al2O3的一侧放置且定位于还湿润的膏状物中。膏状物的烘干在处于60和80°C之间的温度中实现。在烧结炉中在处于1500和1900°C之间的温度下以至少五分钟的停留时间且在隔绝氧气的情况下实现毛细管和金属陶瓷之间的连接。使用真空或者N2或者Ar或者H2或者组成气体(N2/H2)作为烧结气氛。该焊料的特别的特性是，用于连接的保持温度远远高于AlDy焊料的熔化温度。这得到下列优点由于高于焊接温度的保持温度，该焊料的粘度低于常见的焊料。焊料因此能够由于毛细作用力而渗入极细的小孔中并且成功地将该小孔持久密封。在高于焊接温度下延长停留时间导致焊料的结晶，其中主要结晶析出Al2O315由于在熔化物中缺乏Dy2O3而出现Al2O3结晶化。因为所述Dy2O3能够通过其更高的灵活性扩散到Al2O3结晶界限上，不仅PCA-毛细管的Al2O3而且金属陶瓷的Al2O315这导致接缝在热处理后在晶界上由带有较少比例Dy2O3的结晶的Al2O3形成。因此这生成Al2O3-金属陶瓷，来自焊料的AlO3和来自毛细管的Al2O3的连续的Al2O3-过渡。由于Al2O3与Dy2O3的相对比例的广泛的可能性，焊接温度能够在较宽范围的温度下调节。此外，用于密封技术的各个部件的制造能够单独完成。接下来根据实施例详述本发明。附图示出图1示出具有陶瓷放电容器的反光灯；图2示出部分切掉的陶瓷放电容器的分解图；图3示出通过放电容器的横截面。具体实施例方式图1中示意性地示出反光灯1。该反光灯1具有陶瓷放电容器2，该陶瓷放电容器2固定在灯头3中并且在放电容积中具有两个电极5。引线7从放电容器伸出。反射体4固定在灯头上，放电容器轴向设置在该反射体4中。放电容积包含典型地具有金属卤化物和汞的填充物。图2示出基本上由Al2O3制成的放电容器2，该放电容器2具有鼓起的中央件8，电极和带有金属卤化物的填充物安置在该中央件8中。毛细管10—体化连接在中央件上。引线11通入该毛细管10中，该引线例如由Mo销形成或者以熟知的方式由几部分构成，电极销分别焊接在该引线11上。但最重要的是，引线的后端为Mo销。该Mo销的直径典型地为1mm。典型地由50层薄片形成的金属陶瓷管15连接于毛细管10。该薄片的厚度分别典型地为50μm,其中第一个薄片和最后一个薄片可能例外，其厚度在200至300μm之内。在毛细管和金属陶瓷管之间引入高温焊料16。由钼制成的带弯曲边缘18的护帽17邻接于金属陶瓷管15的外端，其中在金属陶瓷管和护帽之间引入用于密封的钼焊料19。护帽17为具有典型地200至500μm的厚度的Mo薄板。护帽17焊接于穿过护帽的中央孔20的引线11。优选地，为了提高引线11的可焊接性将护帽在内开口21上向外拱起。典型地，在Mo引线11和毛细管10之间保持50至IOOym宽的间隙不变。类似地适用于金属陶瓷管15和Mo引线11之间的间隙。用于这种灯的典型填充物例如在EP-A587238中所述。Mo在面向毛细管的第一层中的比例为3至15体积百分比并且在最后一层中为85至97体积百分比，其余为Al2O315位于其之间例如有30至100层且厚度分别约为50μm。Mo的比例在此优选以恒定的比例从第一层到最后一层增大。安全密封的关键是，从薄片到薄片在金属陶瓷管中和在其两个端部上能够保持热膨胀系数变化非常小。通过这种技术该热膨胀系数变化处于IO-8IT1的范围内。在特别优选的实施形式中，径向层如此构成，使得不仅热膨胀系数很好地分级并且匹配，而且不同层的收缩特性也几乎相同。满足该要求的关键是使用的粉末的粒度。为了成功地密封，各个组分——作为毛细管材料Al2O3和Mo销——的不同热膨胀系数必须成功地彼此相互匹配，其中Al2O3的热膨胀系数为8.3XIO-6K-1,Mo销的热膨胀系数为5XICT6IT1tj这通过轴向的金属陶瓷构件实现。在此，由MoAl2O3层形成的金属陶瓷管安装在由Al2O3形成的毛细管的端面上。第一层包含尽可能多的Al2O3，以保证到毛细管的过渡。Mo的比例向外逐渐增加。Mo销优选焊接于富含Mo的外部的最后一层。这种设置的优点是_用于制造薄层(也可称为薄片)的砂浆成分能够以任意的MoAl2O3比例实现。极细的分级是可能的，这涉及热膨胀系数。-具有处于20和ΙΟΟμπι之间的厚度的条带可以用于制造薄片。各个薄片的条带厚度确定了金属陶瓷中的热膨胀系数的分级程度。-密封的各个部件的制造可以单独地进行。也可以为模块化构造。-具有分级的成分的不透气金属陶瓷体通过烧结获得。在此实现了不同材料区域之间的紧密连接，即条带之间的连接。由于热机械应力因此避免了裂缝。-通过在毛细管的端部使用分级的金属陶瓷结构可以缩短毛细管。这导致了紧凑的放电容器并且因此也导致了更有效的光输出，因为在灯工作时也达到了更高的温度。分级的金属陶瓷的制造通过多层技术实现。为此制造具有不同的MoAl2O3比例的薄片并且随后按照增加的Mo含量堆叠和层压成形。因为原材料Mo和Al2O3具有不同的烧结温度并且因此也具有不同的收缩特性，分级的多层堆叠在烧结时变形并且将平的堆叠最终弯成拱形。这最后导致各个层连接的脱层。关键的是找到具有尽可能均勻的烧结收缩的设置。这然后导致在分级的金属陶瓷的横截面上的均勻烧结收缩并且避免弯成拱形和脱层。此外，这导致烧结堆叠中的固有应力的减小。为了实现该目的，采用具有不同粒度的材料并且以不同的方式将其混合。只有通过这种方式才可以调整各个层的预定收缩并且因此控制整个分级金属陶瓷的收缩。在此，根据表1的金属陶瓷提供了具有18士0.5%的表面收缩的分级金属陶瓷并且表2提供了具有20士0.5%的表面收缩的分级金属陶瓷。这些数据具体涉及1900°C的烧结温度且在N2气氛中超过一个小时。如此制成的金属陶瓷保持烧结后还是平的结构并且为紧凑的。使用的粉末在表3中示出。在此，富含Mo的金属陶瓷薄片通常为烧结活化的并且因此必须通过更细粉末的更高比例来实现。表1和表2在第一列示出层数以及M0-Al2O3(Al0X)的体积比。第二列示出由Mo颗粒和具有不同的平均颗粒直径的多个Al2O3颗粒组成的构造。接下来的列以克为单位给出了颗粒的比例。最后一列以百分比给出了表面收缩S(x,y)。表3详细地阐述了不同的颗粒。在此，令人惊奇的是，在合适地选择Mo粉末的平均直径的情况下可以做到仅使用一种Mo颗粒，并且然后通过仅最多两种Al2O3颗粒能够达到期望的特性。可能的表面收缩的选择在此是重要的成功保证。示出，应当选择具有1.5至2.6μm的d50的粉末作为Mo颗粒。d50的更大值不能达到目的。更小值也不合适。此外示出，必须考虑选择具有不同d50值的粉末作为Al2O3颗粒，以同时满足对匹配的热膨胀系数的严格要求和均勻的表面收缩。在此使用一组四种不同的粉末，所述粉末的平均颗粒直径d50的范围从约0.01至大于1.0μm，即超过两个数量级。给出的粉末可以从商业供货商得到，例如从德古砂公司(Degussa)。示出的具有9层的实施例能够很容易地转化为具有更多层的实施例，例如通过以合适的方式此外插入分别给出的成分。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表3<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>权利要求具有陶瓷放电容器和纵轴的高压放电灯，其中电极分别借助于引线从所述放电容器经过毛细管向外引出，其特征在于，管状的金属陶瓷件连接在所述毛细管上，所述金属陶瓷件由轴向连续分层的不同成分的各个层组成，其中每层包含Mo和Al2O3，其中Mo的比例在面向所述毛细管的第一层中为3至15体积百分比并且在最后一层中为85至97体积百分比，并且其中由钼制成的护帽位于所述金属陶瓷件的端部上，所述护帽尤其具有用于所述引线的孔，其中所述护帽焊接于所述引线，并且其中所述护帽借助于含金属的焊料与所述金属陶瓷件相连接，并且其中毛细管和金属陶瓷件之间的连接借助于高熔点的玻璃焊料或者烧结活化的Al2O3粉末实现。2.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，所述金属陶瓷件由至少5个，优选至少8个，特别优选至少30个不同层组成，所述不同层的Mo比例从内向外增加。3.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，除了第一层和最后一层，所述金属陶瓷件的各个层均为20至100μm厚。4.根据权利要求3所述的高压放电灯，其特征在于，所述层的层厚度基本上均相同。5.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，将所述毛细管的外部端侧在其内部和/外部的边缘上倒角并且所述金属陶瓷件的面向所述毛细管的端侧与其相匹配。6.一种用于制造根据权利要求1所述的管状金属陶瓷件的方法，其特征在于以下方法步骤a)制造薄片，尤其是具有20至IOOym的层厚度的薄片，所述薄片分别由所述组分Mo和Al2O3的金属陶瓷形成，使得Mo的所述体积比例处于3%和97%之间；b)将一捆至少五个薄片堆叠并且层压成形，所述薄片的Mo含量从一个到另一个薄片增加，其中第一薄片具有3至15体积百分比的Mo比例并且最后一层具有85%至97%的Mo比例，其中除了所述第一个薄片和最后一个薄片，所述薄片的层厚度位于20和100μm之间，使得形成层板；c)由所述层板冲压出管状件，因此所述管状件沿着其纵轴具有逐渐不同的Mo含量。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，如此选择所述组分Mo和Al2O3，使得所述各个薄片的收缩特性以最大彼此相互不同。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，具有1.5至2.6μm的平均颗粒直径d50的均勻颗粒的粉末用于所述组分Mo。9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，由多达四种不同的粉末-颗粒混合在一起的粉末用于所述组分Al2O3，其中所述不同的颗粒具有不同的平均颗粒直径d50，所述平均颗粒直径d50位于0.01μm和1.5μm之间。全文摘要高压放电灯(1)具有陶瓷放电容器(8)，其中两个电极(5)借助于引线从所述放电容器向外通到两个毛细管(10)上。管状金属陶瓷件(15)连接在所述毛细管上，所述管状金属陶瓷件(15)典型地由30至50层由Mo和Al2O3制成的薄片组成。Mo的比例从内到外逐渐增加。单个所述薄片的层厚度为20至100μm。所述金属陶瓷件(15)终止于由Mo制成的护帽(17)。所述引线为穿过所述护帽的Mo销(11)。文档编号H01J9/32GK101802973SQ200880108015公开日2010年8月11日申请日期2008年8月21日优先权日2007年9月19日发明者庆·范·嘉,斯特凡·云斯特,斯特凡·克特,斯特芬·沃尔特,罗兰·许廷格申请人:奥斯兰姆有限公司