专利名称：连接体与高压放电灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及连接体，特别涉及采用陶瓷放电管的高压放电灯。
高压放电灯有一陶瓷放电管，它有两个端部，其中分别插入密封构件(通常称为陶瓷塞)，以密封各自的端部。在每个密封构件中形成一通孔，并在通孔中插入一金属构件，在金属构件上装以预定的电极系统。在放电管的内部空间中入可离子化的发光材料并将管密封。已知的高压放电管包括高压钠蒸汽灯和金属卤化物灯，后者显示出较卓越的颜色协调。通过用陶瓷材料形成放电管，该灯可用在高温条件中。
在这种放电灯中，需要在陶瓷放电管的端部与用于支承电极系统的构件之间进行气密的密封。陶瓷放电管有一主体，其形状为一有两个细的端部的管，或一圆筒或一直管。陶瓷放电管例如用刚玉烧结体制造。
日本专利申请No.178,415/1990(EPO EP0982278，A1)的说明公开了下列结构。陶瓷放电管的端部与用于支承电极系统的构件之间的连接部分包括与放电管接触的主灯相和与支承构件接触并位于支承构件与主灯相之间的中间陶瓷层。主灯相由多孔性骨架和陶瓷相组成，骨架具有敞开的小孔并用金属粉末的烧结产品制成，而陶瓷相则浸渍入上述多孔性骨架的敞开的小孔中。由此，这种连接结构有改进的气密性和耐腐蚀能力，重复的热循环不会造成连接结构的破裂。
本发明进一步考察了上述密封结构，并且因此做到能提供一种连接结构，它具有抗疲劳与抗断裂的能力，即使该结构受到例如1000℃的高温与室温之间的重复的热循环。
也就是说，本发明的目的为提供一连接结构，它具有抗疲劳与抗断裂的能力，即使该结构受到例如1000℃的高温与室温之间的重复的热循环。
本发明的另一目的为将这种连接结构用于高压放电灯上，以改进抵抗腐蚀性气体如金属卤化物的能力，改进气密性，并避免连接结构由于重复的开、关循环而引起的破裂。
本发明提供一用金属制造的第一构件和用陶瓷或金属陶瓷做的第二构件的连接体。该连接体包括一介于第一构件与第二构件之间，以用于连接第一构件和第二构件的连接部分，其特征为，连接部分包括与第一构件接触的主灯相和与第二构件接触并位于第二构件与主灯相之间的中间陶瓷成分层。主灯相由用金属粉末的烧结产品做的多孔性骨架和陶瓷成分层组成，骨架具有敞开的小孔，而陶瓷成分层则浸渍入多孔性骨架的敞开的小孔中。每个中间陶瓷成分层和上述浸渍的陶瓷成分层有超过50％的结晶度。
本发明进一步提供一陶瓷放电灯，它包括一陶瓷放电管，它具有在其中形成的内部空间和端部，内部空间填以可离子化的发光材料和起动气体，在端部形成一开口；一电极系统，它设置在内部空间中；一密封构件，它具有在其中形成的通孔，一部分密封构件固定在陶瓷放电管的开口中；以及一金属构件，其特征为，金属构件与密封构件构成上述气密的连接体。金属构件为一第一构件，而密封构件则为第二构件。
本发明进一步提供一陶瓷放电灯，它包括一陶瓷放电管，它具有在其中形成的内部空间和端部，内部空间填以可离子化的发光材料和起动气体，在端部形成一开口；一电极系统，它设置在内部空间中；一金属构件，其特征为，金属构件与陶瓷放电管构成上述气密的连接体。金属构件为第一构件，而陶瓷放电管为第二构件。
本发明提供一像用钼这样的金属做的第一构件和用陶瓷或金属陶瓷做的第二构件的连接结构，其中，该构件可用高强度连接，连接结构有改进的气密性和耐腐蚀能力，而且重复的热循环不会造成连接结构的破裂。本发明提供一用于制造该连接结构的方法。
图1为剖视图，它示意地示出其中在密封构件4与金属构件7之间设有多孔性骨架2的状态。
图2为剖视图，它示意地示出一连接体。
图3为剖视图，它示意地示出其中在密封构件4与金属构件7之间设有多孔性骨架2的状态。
图4为用扫描式电子显微镜拍摄的照片，它示出金属构件与密封构件之间的连接界面。
图5为照片，它示出图4的一部分的放大图。
图6为一示意图，它示出图4的照片。
图7为一示意图，它示出图5的照片。
图8为一曲线图，它示出高压放电灯的耐热温度、热应力和耐腐蚀性之间的关系。
图9为一曲线图，它示出在950℃的温度下进行热循环试验时，陶瓷放电管的结晶度与失效率之间的关系。
图10为一曲线图，它示出在1050℃的温度下进行热循环试验时，陶瓷放电管的结晶度与失效率之间的关系。
图11为一曲线图，它示出SiO2的重量百分比与陶瓷的结晶度之间的关系。
图12示意地示出图1的连接体的连接部分的层状结构和各个层的温度系数。
图13为剖视图，它示出其中堵塞构件19插入图1的高压放电灯的金属构件7中的状态。
图14为一剖视图，它示出在图12的金属构件和密封构件19已经连接，形成一密封部分21后的高压放电灯。
图15示意地示出高压放电灯的一个例子。
图16为剖视图，它示意地示出按照本发明的高压放电灯的一个端部的实施例，其中，金属构件7基本沿壁的全长连至密封构件4的内壁表面上。
图17为剖视图，它示意地示出按照本发明的高压放电灯的一个端部的实施例，其中，金属构件7连至放电管1的一个端部1a。而且金属构件7和电极系统27的金属中轴用覆盖端部1a的表面的金属化层32电连接。
图18为放大图，它示出靠近图17所示的穴31的区域。
图19为剖视图，它示意地示出按照本发明的另一实施例的高压放电灯的一个端部，其中，金属构件7基本沿表面的全长连至放电管1的端部1a的内壁表面上。
图20为剖视图，它示意地示出按照本发明的另一实施例的高压放电灯的一个端部，其中，密封构件39的通孔46用本发明的连接部分6D密封。
图21为剖视图，它示意地示出按照本发明的另一实施例的高压放电灯的一个端部，其中，放电管1的端部1a的开口40用本发明的连接部分6E密封。
图1至7都是剖视图，它们示出本发明的高压放电灯的一个端部。
陶瓷高压放电管1的一个端部1a的内壁表面1b如此形成，以便沿管的中间轴线方向一直向前延伸。密封构件4的一部分插入端部1a的一个开口40中。4c是密封构件4的外表面，而4b则为密封构件的通孔。
在密封构件4的内壁表面4a上形成一凹座或凹部9。一金属构件7被夹持在凹座9中。在此实施例中，金属构件具有管形并在其端部7d形成一开口，该开口在放入起动气体和可离子化的发光物质以后被密封。7b为金属构件7的内表面，而7c则为金属构件的外表面。金属构件7的内部空间与陶瓷放电管1(下面再描述)的内部空间连通。一突起42设置在密封构件4中并面向金属构件7的一个端部7a。
如图1所示，本发明人在金属构件7与密封构件4之间设置一多孔性骨架2，它用金属粉末的烧结产品做成并有敞开的小孔。以后就在骨架2上放置一陶瓷材料环。骨架2的熔点要调节成高于陶瓷材料的熔点。
如图2示意地所示，当陶瓷材料熔化后，本发明人发现，熔化的陶瓷材料被浸渍入敞开的小孔中，以形成主灯相14，它包括多孔性骨架和浸渍入敞开的小孔中的陶瓷成分层。本发明人进一步发现，如此熔化的材料流入密封构件4和主灯相14的界面中，以致骨架略从密封构件4的表面往上浮，以形成中间的陶瓷成分层13。主灯相14和中间的陶瓷成分层13共同形成一将金属构件7与密封构件4连接起来的连接部分6。41为密封构件4的连接界面，连接部分6延伸至靠近突起42的区域。在突起42与金属构件7的端部7a之间形成一连接陶瓷成分层48。
如图3所示，也可以在金属构件7、骨架2和密封构件4的周边上施以糊状陶瓷成分20′，以代替在骨架2上放置陶瓷材料环20。
现在参看图4和5的扫描式电子显微镜照片和图6与7的示意图说明这种结构。图4为一照片，它示出金属构件7与密封构件4之间的界面的附近区域，而图6则为示意图，它说明图4的照片。图5为示出图4的照片的放大图，而图7则为说明图5的照片的示意图。
中间陶瓷成分层13和主灯相14都在密封构件4的表面上形成。主灯相14由骨架15和浸渍入骨架15的敞开的小孔中的陶瓷成分层10组成。中间陶瓷成分层13由与浸渍的陶瓷成分层10相同的成分组成。连接部分6的主灯相14在金属构件7的表面上形成。在图4的照片中，主灯相14中的略带白色的区域是金属钼，主灯相14中的灰色或黑色区则为浸渍的陶瓷材料层。浸渍的陶瓷相中的亮度差说明，陶瓷中的组分如刚玉的比例已经在微观上改变。
在具有上述结构的连接体中，拉伸应力用金属颗粒(多孔性骨架)分散，而骨架上的压缩应力则用浸渍入其敞开的小孔中的陶瓷分散。也就是，不同种类的材料可彼此合作，以同时对抗连接部分的拉伸与压缩应力。此外，比较难于在陶瓷材料中产生裂纹。再有，当在陶瓷成分层中产生裂纹时，这种裂纹可被用金属做的多孔性骨架阻断，从而防止连接部分破裂。此外，这种包括多孔性骨架和浸渍的陶瓷成分层的主灯相固着在金属构件上，而中间陶瓷成分层则牢固地固着在密封构件上。
此外，易腐蚀的陶瓷组分主要浸渍在骨架的敞开的小孔中。
按照本发明发现，在高压放电灯的失效机理中有热应力因子和腐蚀因子，还发现，有热应力因子在其中占主要的温度区和腐蚀因子在其中占主要的温度区。图8是一曲线图，它示出高压放电灯的耐热温度、热应力和耐腐蚀能力之间的关系。如图8所示，在耐热温度低于980℃最好等于或低于950℃时，热应力因子占主要，而在耐热温度高于980℃，最好等于或低于1050℃时，腐蚀因子占主要。按照本发明人的研究，对于高压放电灯，考虑到腐蚀，具有不少于50％的结晶度是有益的。
上述现象可解释如下。可以设想，热应力与对象的实际温度与熔点(软化温度)之差成正比。因此，如同图8的曲线a所示，随着耐热温度提高，对热应力的作用减小。在温度等于或高于熔点时，不产生重大的热应力。
另一方面，如同图8的曲线b所示，随着耐热温度降低，腐蚀(化学反应)减少。这是因为，随着放电管的温度降低，充填在放电管中的可离子化的发光材料的活度减小，从而对放电管等的内壁的腐蚀也减少。因此，在温度较高时，随着结晶速率增加，高压放电管的化学稳定性也增加。
当在热应力在高压放电管的失效机理中占主要的950℃的温度下进行陶瓷放电管的热循环试验时，在高压放电灯的中间陶瓷成分层和浸渍的陶瓷成分层有不超过50％的结晶度的情况下，应力松弛机理充分起作用，腐蚀比较小。这是因为，当结晶度不超过50％时，热应力在高压放电灯的失效机理中占主要。其结果为，不会产生高压放电灯的失效。另一方面，对于高压放电灯，具有不少于50％的结晶度是不利的，因为应力松弛机理不完全起作用(参看图9)。在热循环试验中，进行1000次的热循环。在此情况下，在每个循环中，高压放电灯的温度首先在室温下保持15min，接着提高到1050℃并在1050℃保持5min，最后降至室温。
当在腐蚀在高压放电管的失效机理中占主要的1050℃的温度下进行陶瓷放电管的热循环试验时，在高压放电灯的中间陶瓷成分层和浸渍的陶瓷成分层有超过50％的结晶度的情况下，腐蚀机理充分起作用，热应力比较小。其结果为，不会产生高压放电灯的失效。另一方面，对于高压放电灯，具有不超过50％的结晶度是不利的，因为耐腐蚀性不完全起作用(参看图10)。
下表示出的结果为，其中，立方体布置在石英管中并在950℃的温度下在DyI3和ScI3中曝露4000h。每个立方体的边长为5mm，并由结晶度为46％、54％和75％的陶瓷成分组成。
表1如同已经说过的那样，当耐热温度高于980℃，或结晶度超过50％时， ☆腐蚀区的不到5％◎腐蚀区的5％～20％○腐蚀区的20％～30％。
△腐蚀区的30％～40％对耐腐蚀的作用大于对热应力松驰的作用。另一方面，当耐热温度低于980℃，或结晶度少于50％时，对热应力松弛的作用大于对耐腐蚀的作用。不过，如果可离子化的发光材料包含稀土金属卤化物的主要组分，则不管耐热温度如何，最好都有超过50％的结晶度，因为在温度低于980℃时，由于其高腐蚀性，对腐蚀的作用比较大。此处，“主组分”意味着，除去起动介质，可离子化的发光材料的组分占据可离子化的发光材料的重量百分比不少于15。
按照本发明，如果结晶度为55％，则耐热温度为1050℃。其结果为，本发明不仅可用于普通照明灯，也可用于车辆的前灯，该前灯要求较高的、不低于1000℃的耐热温度和苛刻的耐热循环。
本发明的连接体特别适用高压放电灯。在此情况下，这种高压放电灯对重复的开、关循环和包含在陶瓷放电管的内部空间中的腐蚀性气体特别稳定。
在本发明中，中间陶瓷成分层和浸渍的陶瓷成分层最好有基本相同类型的成分。这意味着，它们整个都属于同一配料系统，从而改进了连接部分的强度。中间陶瓷成分层和浸渍陶瓷成分层最好进一步有基本相同的成分。这意味着，中间陶瓷成分层和浸渍陶瓷成分层都是从同一材料取得的。
中间陶瓷成分层和浸渍陶瓷成分层的结晶化程度并不限于80％，但最好为80％或更多。在这种情况下，最大的结晶化程度不受限制，并且可以是100％。
为了考察结晶率与腐蚀之间的关系，立方体布置在石英管中并在1000℃的温度下在DyI3和ScI3中曝露，每个立方体有5mm的边长，并且由结晶度为60％、70％和80％的陶瓷成分组成。其结果如下。
表2 ☆腐蚀区的不到5％◎腐蚀区的5％～20％○腐蚀区的20％～30％。
△腐蚀区的30％～40％如表2所示，腐蚀随结晶速率的增加而加大。换句话说，结晶度为70％时的腐蚀大于结晶度为60％时的，而结晶度为80％时的腐蚀则大于结晶度为70％时的。特别是，当结晶度为80％时，即使曝露立方体的时间达到6000h，腐蚀也不超过20％。
组成中间陶瓷成分层的陶瓷和组成浸渍陶瓷成分层的陶瓷的每一个都最好包括从由Al2O3、Sc2O3、Y2O3、La2O3、Gd2O3、Dy2O3、Ho2O3、Tm2O3、Si2O3、MoO2和MoO3组成的族中选出的一种或更多种的氧化物。不少于两种氧化物的混合物是特别优选的。Dy2O3—Al2O3、Sc2O3—Al2O3双共晶组分是比较优选的，因为它有相当高的约为1800℃的熔点。
为了防止由长期包含在高压放电管中的腐蚀性气体引起的腐蚀，每种陶瓷中的比较带腐蚀性的配料SiO2的成分的重量百分比最好为15或更少，更好一些为5或更少。其结果为，有可能很好地控制陶瓷的结晶度。图1为曲线图，它示出陶瓷的SiO2的重量百分比与结晶度的关系。它示出的是在用15min从处理温度降低500℃时的关系。如图11所示，当陶瓷的SiO2的含量少于15个重量百分比时，结晶度少于50％。
SiO2还起着一种粘结剂的作用，以在生产连接体时保持陶瓷材料的形状。因此，鉴于改进形状保持特性，SiO2最好可含5ppm或更多，更好为20ppm或更多。
每种陶瓷最好可特别包含Al2O3。根据湿润性的观点，每种陶瓷最好可包含构成第二构件的陶瓷或金属陶瓷的主要组分。“主要组分”此处意指构成陶瓷的70个重量百分比或更多的陶瓷组分，或构成金属陶瓷的60个重量百分比或更多的陶瓷组分。
下面为优选的成分范围。
(1)Al2O3重量百分比10～80Si2O3重量百分比10或更少(最好为5ppm或更多)Y2O3重量百分比0～40Dy2O3重量百分比0～50B2O3重量百分比0～10MoO3重量百分比0～10(2)Al2O3重量百分比10～80SiO2重量百分比0～10Y2O3重量百分比10～25Dy2O3重量百分比10～50金属构件可用从由钼、钨、铼、铌、钽及其合金组成的族中选出的一种或更多种的金属做成。
其中，铌和钽具有与做成陶瓷放电管的陶瓷尤其是刚玉陶瓷的热膨胀系数相似的热膨胀系数。不过，已经知道，铌与钽容易受金属卤化物的腐蚀。因此，希望用从由钼、钨、铼及其合金组成的族中选出的金属形成金属构件，以提高金属构件的寿命。不过，这种具有高耐金属卤化物的腐蚀的金属通常有低的热膨胀系数。例如，刚玉陶瓷有8×10-6K-1的热膨胀系数，钼有6×10-6K-1的热膨胀系数，而钨与铼则有不超过6×10-6K-1的热膨胀系数。在这种情况下，如上所述，本发明的连接结构能有效地降低由于金属构件和陶瓷放电管或密封构件的热膨胀系数差而产生的应力。
钼适合用于本发明的结构是由于这样的优点，即它有强的耐金属蒸气特别是金属卤化物气体的腐蚀的能力，而且它对陶瓷有高的湿润性。
当用钼作为金属构件的材料时，至少La2O3和CeO2中的一种可优先按整个为0.1～2.0的重量百分比加在钼中。
多孔性骨架用金属粉末的烧结产品制造。金属粉末最好用从由钼、钨、铼、铌、钽及其合金组成的族中选取的金属制造。为了进一步提高骨架的耐卤素腐蚀的能力，从由钼、钨、铼及其合金组成的族中选取的金属特别优先。
构成金属构件和构成多孔性骨架的金属的主要组分最好相同并且更优选用钼。这种“主要组分”意味着，该组分构成金属的重量百分比不少于60。
多孔性骨架最好有不少于15％的敞开小孔孔隙度，更好一些。不少于40％，从而提高连接部分的强度。孔隙度最好不超过80％，更好一些，不超过70％，从而能有效地将陶瓷浸渍入骨架的敞开的小孔中并分散作用在骨架上的应力，以提高其抗重复的热循环的能力。
第二构件或密封构件用陶瓷或金属陶瓷制造。陶瓷最好仅仅是从由刚玉、镁土、氧化钇、氧化镧和氧化锆组成的族中选取的陶瓷，或是其混合的化合物。
更具体一些，密封构件可以用与陶瓷放电管类型相同或不同的材料制造。当导电体用铌或钽制造时，陶瓷放电管和密封构件最好用同样类型的材料制造，因为在此情况下，导电体的热膨胀系数接近陶瓷放电管与密封构件的热膨胀系数。这种“同样类型的材料”意味着，它们的用陶瓷材料做的基本组分是相同的，而添加的组分则可以彼此相同或不同。
当金属构件用钼、钨、铼及其合金制造时，陶瓷放电管与金属构件的热膨胀系数之差是比较大的。因此，最好调节导电体与陶瓷放电管的端部之间的密封构件的热膨胀系数。由于这一原因，密封构件可用金属陶瓷形成。
金属陶瓷是陶瓷与金属的复合材料。这种陶瓷最好仅仅是从由刚玉、镁土、氧化钇、氧化镧和氧化锆组成的族中选取的陶瓷或是其混合的化合物，更好一些，为与陶瓷放电管类型相同的材料，从而使之能同时共同烧结陶瓷放电管与密封构件。根据这一观点，陶瓷放电管和金属陶瓷的陶瓷组分更好一些为刚玉陶瓷。
金属陶瓷的金属组分最好是具有高温熔点和耐金属卤化物腐蚀的金属如钨、钼、铼等，或其化合物，从而赋予密封构件以改进的耐金属卤化物腐蚀的能力。金属陶瓷最好有按重量百分比不少于55的陶瓷组分，更好一些，不少于60个重量百分比(剩下的为金属组分)。
每种构成中间陶瓷成分层的材料和构成浸渍陶瓷成分层的陶瓷最好有一比构成第二构件的陶瓷或金属陶瓷的熔点低200℃的熔点，由此，在第二构件中很少发生晶界裂纹。在此情况下，每种材料的熔点不低于1500℃。
上述连接方法可用于陶瓷管的两端。不过，在一端，需要放一个管形金属构件，以经过金属构件的内部空间送入可离子化的发光物质。在另一端，可以采用具有不同形状如棒形、管形等的金属构件。
陶瓷放电管的形状并没有特别的限制，可包括管形、圆柱形、圆筒形等。当金属构件为支承电极系统的管形构件时，可离子化的发光物质经过它送入放电管的内部空间，电极系统支承构件用激光焊接或钨极惰性气体保护焊(TIG)密封。当采用激光焊接时，可例如采用钕/钇铝石榴石激光(Nd/YAG)。在此情况下，金属构件与插在金属构件中的电极之间沿直径方向的间隙为30μm至150μm，因为，一方面，如果间隙太大，则有发光材料聚积在间隙中的倾向，以致厚度不均匀性增加，另一方面，如果间隙太小，则电极系统基本与电极系统支承构件接触，其连接部分的热应力加大，以致有破裂连接部分的倾向。
在金属卤化物高压放电灯的情况下，在陶瓷放电管中放入惰性气体如氩，金属卤化物和任选的汞。
图1、2、3、12、13和14示出应用本发明的灯的端部的实施例。
本发明的连接部分6介于密封构件4和金属构件7之间，以将其彼此连至一起并保证气密性。
如图12所示，电极系统18的中轴27固定在堵塞构件19(最好用金属制造)上，电极系统18插在陶瓷放电管的内部空间中，而堵塞构件13则插在金属构件7的内部空间中。如图13所示，有可能使金属端7a暴露在陶瓷放电管的金属构件7的内部空间中并设置一塞子48′。如图14所示，堵塞构件19的端部19a用上述焊接或类似方式连接至金属构件上，以形成一密封部分21，从而将可离子化的发光物质与起动气体密封在陶瓷放电管的内部空间中，与外部大气隔开，并通过堵塞构件19向电极系统18提供电能。突起14起着定位金属构件7的作用并使腐蚀性气体的流动路径更长。
图15示意地示出了高压放电灯的一个实施例。高压放电灯系统23有一通常用硬玻璃制造的外管30，其中含有高压放电灯1，外管30的两端都用陶瓷盖22密封，各有一堵塞构件19插入每个金属构件7中并与其连接。外导线25与每个堵塞构件19的每个外端19a连接。
在图16所示的实施例中，密封构件4在其内壁表面上没有突起。金属构件7和密封构件4的内壁表面基本沿密封构件4的通孔46的全长连接。6A为连接部分，13A为中间玻璃层，而14A为主灯相。
在图17所示的实施例中，陶瓷放电管1的端部1a的内壁表面1b沿陶瓷放电管的主轴线方向一直向前延伸。在端部1a的内壁表面1b的端部1d形成一穴31。金属构件7的一个端部7a支承在此穴31中。连接部分6B介于放电管1与金属构件7之间并在穴31中将它们彼此连在一起，以保证气密性。32为金属化的层。
图18为图17所示的穴31附近的区域的放大图。连接部分6B包括与金属构件7接触的主灯相14B和与放电管1接触的中间陶瓷成分层13B。金属化的层32覆盖放电管1的端部1a的内壁表面1b，进一步覆盖穴31的表面，与金属构件7的端部7a的边缘接触，并延伸至连接部分6B的边缘。
图19的实施例在放电管1的端部1a的内壁表面1b上没有突起，内壁表面1b基本一直朝前延伸。端部1a的内壁表面1b和金属构件基本沿端部1a的开口40的全长彼此连接。6C为连接部分，13C为中间陶瓷成分层和14C为主灯相。
在上述每个实施例中，本发明的连接部分设置在金属构件的外表面和陶瓷放电管的端部的内壁表面或密封构件之间。换句话说，上述本发明的连接部分不密封陶瓷放电管的端部的开口或密封构件的通孔。不过，本发明的连接部分有高的耐腐蚀能力，因此，可通过其自身、通过使中间陶瓷成分层与面向开口的内壁表面接触和通过用中间陶瓷成分层和主灯相对其密封以所保持的气密性密封陶瓷放电管的开口。另一种方案为，中间陶瓷成分层可以与面向密封构件的通孔的内壁表面接触，以所保持的气密性用此中间陶瓷成分层和主灯相密封通孔。在此情况下，金属构件不用穿过连接部分就连至主灯相上。图20和21涉及这种实施例。
在图20的实施例中，第一密封构件37在高压放电灯的陶瓷放电管38的端面38c附近插在内表面38b中。放电管38的外表面38a沿其纵向一直向前延伸。放电管38的厚度基本均匀。第二圆柱形密封构件39插在第一密封构件37的内部中。密封构件37和39用与上述密封构件相同的陶瓷或金属陶瓷制造。本发明的连接部分6D在第二密封构件39内形成。
在形成连接部分6D时，一多孔性骨架插在密封构件39中。金属构件35和用钼做的金属中轴27最好事先连至骨架上。当多孔性骨架的外径和密封构件39的内壁表面39a的内径严格地调节至同一值时，由于尺寸间隙，就不可能插入骨架。最好设置0.05～0.10mm的间隙。当插入多孔性骨架并将陶瓷材料熔化在骨架上时，陶瓷浸渍入多孔性骨架中，以形成主灯相14D，并在骨架与密封构件39的间隙中形成中间陶瓷成分层13D。
因此，密封构件39的通孔46基本被主灯相14D密封，并在主灯相14D与密封构件39的间隙中形成中间陶瓷成分层13D。中轴27连至主灯相14D的面向内部空间17的表面上。而金属构件35则连至主灯相14D的外表面上。在金属构件35与密封构件39的间隙中进一步形成陶瓷成分层45。
在图21所示的实施例中，如同图20所示，本发明的连接部分6E在放电管1的端部1a的一个开口40中形成。
在形成连接部分6E时，多孔性骨架插入放电管1的端部1a的内部开口40中。金属构件35与金属中轴27事先都连至骨架上。在骨架的外表面与放电管1的内表面1b之间设有最好为0.05～0.10mm的间隙。当插入多孔性骨架并将陶瓷材料熔化在骨架上时，熔化的陶瓷浸渍入多孔性骨架中，以形成主灯相14E，并在主灯相14E与放电管1之间的间隙中形成中间玻璃层13E。
骨架的外表面与放电管的内表面之间的间隙、电极系统的插入(插入的容易程度)和陶瓷成分在骨架结构中的充满程度之间的关系如下。
表3 ◎优秀○良好△一般如果间隙为0.03mm，骨架的外表面可能与放电管的内表面接触，从而可能在电极系统朝其插入方向倾斜时损伤骨架。另一方面，如果间隙为0.12mm，则陶瓷成分不会填入骨架中，从而陶瓷成分可能会向下流动。
下面描述用于生产按照本发明的实施例的高压放电灯的最优选的过程。当采用密封构件时，密封构件的粉状原料(最好为刚玉粉)成形为一密封构件的成型体，其形状为一环。在此阶段，最好在2000～3000kgf/cm2的压力下模压用喷雾干燥机等做成颗粒的颗粒。所得到的成型体最好经过脱蜡和焙烧，以得到一焙烧体，该焙烧体以后就在1600～1900℃的温度下，在露点为-15～15℃的还原气氛中精烧结。
脱蜡过程最好在600～800℃的温度下进行，而焙烧过程则最好在1200～1400℃的温度下在氢还原气氛中进行。焙烧对密封构件的成型体可提供一定程度的强度，并便于搬运密封构件。穴可例如用机加工形成。
还有，金属粉末经过配方、粉碎、干燥并连同所加的粘结剂如乙基纤维素、丙烯酸树脂等一起磨细，以得到一种糊，该糊以后就施在金属构件的端部的外表面，并在20～60℃的温度下干燥。所得到的焙烧体在1200～1700℃的温度下，在露点为20～50℃的还原气氛或惰性气氛或真空中烧结。
陶瓷放电管的主体也被成形、脱蜡和焙烧，以得到陶瓷放电管的焙烧体。密封构件的预烧结体被插入所得到的焙烧体的端部中，固定在预定的位置上，并在1600～1900℃的温度下，在露点为-15～15℃的还原气氛中精烧结，以得到一陶瓷放电管。
粉末或玻璃质原料也预先配方成预定的陶瓷成分、被粉碎、连同所加的粘结剂如聚氯乙烯等做成颗粒，经过横压和脱蜡，以得到模制材料。另一种方案为，用于陶瓷的粉末或玻璃质原料被熔化并凝固，得到一种固体，该固体以后被粉碎，连同所加的粘结剂做成颗粒，经过模压和脱蜡。在此情况下，最好粉末中加入重量百分比为3～5的粘结剂，在1～5t的压力下模压，在700℃左右脱蜡并在1000～1200℃的温度下焙烧。
这种放电管、密封构件、金属构件、多孔性骨架和模制材料如图1所示装配在一起，并在非氧化气氛下加热至1000～1600℃的温度。
参考图1～7所描述的陶瓷放电管是按照上述过程生产的。陶瓷放电管与密封构件用刚玉陶瓷制造，而用钼制造的管子则用作金属构件。平均颗粒直径为3μm的钼粉用作多孔性骨架，而乙基纤维素则用作粘结剂。钼粉有2.9g/cc.的堆积密度。浸渍的陶瓷灯相与中间陶瓷层的成分为重量百分比为20的氧化镝，重量百分比为20的氧化钇和重量百分比为8的二氧化硅。在所得到的连接层中，构成它的陶瓷的结晶度为80％。
陶瓷放电管受到热循环试验。尤其是，在一个循环中，其温度在室温下保持15min，提高至1050℃，在1050℃保持5min，并降至室温。实行了1000个热循环。此后，进行氦泄漏试验，以检查氦的泄漏。泄漏率低于10-10atm.cc.sec。
850℃是正常使用的温度，而1050℃则为超负荷温度。抗超负荷的能力意味着即使起动气体与可离子化的发光物质在高于正常值的压力下送入放电管中，放电管也能安全地在其中较长期地保存该气体与物质。
此外，图4和5是用扫描式电子显微镜拍摄的照片，它示出本实施例的金属构件7的内表面与密封构件4之间的界面附近的区域。
还按照上述过程生产了另一高压放电灯。不过，陶瓷的成分为，重量百分比为47的氧化镝，重量百分比为40的刚玉，重量百分比为1的氧化钇和重量百分比为4的二氧化硅。在所得到的连接层中，构成浸渍的陶瓷灯相和中间陶瓷层的结晶度为90％。
陶瓷放电管受到热循环试验。尤其是，在一个循环中，其温度在室温下保持15min，提高至1050℃，在1050℃保持5min，并降至室温。实行了1000个热循环。此后，进行氦泄漏试验，以检查氦的泄漏。泄漏率低于10-10atm.cc.sec。
当密封构件不在高压放电灯中使用时，陶瓷放电管的主体的形状做成一成型体，它以后被脱蜡、焙烧和精烧结。还有，如上所述生产金属粉末糊，将其施在或印在金属构件的表面上并受到热处理。以形成多孔性骨架。在放电管与金属构件装配好以后并放入上述材料以后，它们如上所述被热处理，以得到一高压放电灯。
本发明的连接体和连接方法，除去高压放电灯以外，可广泛用于所有具有导电部分或接线柱的结构体例如真空开关装置，它们在900℃的高温下的气密性是必不可少的。
已经参考优选的实施例说明了本发明，但是，本发明并不限于所示的只作为例子给出的实施例，而是可以按不同的模式实现而不脱离本发明的范围。
最近，在高压放电灯中，全世界都要求采用高压Xe气体，以代替汞。按照由本发明的高压放电灯达到的高温强度，有可能忍受在不含汞的高压放电灯点燃时产生的内压升高。结果，按照本发明的高压放电灯不仅可用于普通照明灯，也可用于车辆的前灯。
权利要求
1.用金属制造的第一构件和用陶瓷或金属陶瓷做的第二构件的连接体，其特征为，上述连接体包括一介于上述第一构件和上述第二构件之间，以用于连接上述第一和第二构件的连接部分；上述连接部分包括一与上述第一构件接触的主相(main phase)，和与上述第二构件接触并位于上述第二构件与上述主相之间的中间陶瓷成分层；以及上述主相包括具有敞开的小孔并用金属粉末的烧结产品做的多孔性骨架，上述主相还进一步包括浸渍入上述多孔性骨架的上述敞开的小孔中的陶瓷成分层；每个上述中间陶瓷成分层和上述浸渍的陶瓷成分层有超过50％的结晶度。
2.如权利要求1的连接体，其特征为，上述中间陶瓷成分层和上述浸渍的陶瓷成分层包含构成上述第二构件的上述陶瓷或金属陶瓷的主要组分。
3.如权利要求1或2的连接体，其特征为，构成上述多孔性骨架的上述金属包含构成上述第一构件的上述金属的主要组分。
4.如权利要求1至3的任一项的连接体，其特征为，上述中间陶瓷成分层和上述浸渍的陶瓷成分层用包括同样的配料系统的陶瓷材料制造。
5.如权利要求1至4的任一项的连接体，其特征为，上述多孔性骨架有不少于30％和不多于80％的敞开小孔孔隙度。
6.如权利要求1至5的任一项的连接体，其特征为，每个上述中间陶瓷成分层和上述浸渍陶瓷相都有不少于60％的结晶度。
7.如权利要求6的连接体，其特征为，每个上述中间陶瓷成分层和上述浸渍陶瓷相都有不少于70％的结晶度。
8.如权利要求7的连接体，其特征为，每个上述中间陶瓷成分层和上述浸渍陶瓷相都有不少于80％的结晶度。
9.如权利要求1至8的任一项的连接体，其特征为，每个构成上述中间陶瓷成分层的陶瓷和构成上述浸渍的陶瓷成分层的陶瓷包括从由Al2O3、Sc2O3、Y2O3、La2O3、Gd2O3、Dy2O3、Ho2O3、Tm2O3、SiO2、MoO2和MoO3、组成的族中选出的一种或更多种的氧化物。
10.如权利要求9的连接体，其特征为，每个构成上述中间陶瓷成分层的陶瓷和构成上述浸渍的陶瓷成分层的陶瓷包括从由Al2O3、Sc2O3、Y2O3、La2O3、Gd2O3、Dy2O3、Ho2O3、Tm2O3、SiO2、MoO2和MoO3、组成的族中选出的三种或更多的氧化物。
11.如权利要求10的连接体，其特征为，每个陶瓷有不超过15个重量百分比的SiO2含量。
12.如权利要求11的连接体，其特征为，每个陶瓷有不低于5ppm的SiO2含量。
13.如权利要求1至12的任一项的连接体，其特征为，上述第一构件包括从由钼、钨、铼、铌、钽及其合金组成的族中选取的一种或更多的金属。
14.如权利要求1至13的任一项的连接体，其特征为，上述第二构件包括从由氧化铝、氧化镁、氧化钇、氧化镧和氧化锆组成的族中选取的陶瓷或包含上述陶瓷的金属陶瓷。
15.如权利要求1至15的任一项的连接体，其特征为，每种构成上述中间陶瓷成分层的材料和构成上述浸渍的陶瓷成分层的陶瓷有一不大于构成上述第二构件的陶瓷或金属陶瓷的熔点200℃的熔点。
16.一高压放电灯，它包括一陶瓷放电管，它具有在其中形成的内部空间和端部，上述内部空间填以可离子化的发光材料和起动气体，在上述端部中形成一开口；一电极系统，它设置在上述内部空间中；一金属构件；其特征为，上述灯包括一介于上述金属构件与上述放电管之间的连接体，而上述连接体则为权利要求1至15的任一项的连接体，上述金属构件为上述第一构件，上述放电管为上述第二构件。
17.一高压放电灯，它包括一陶瓷放电管，它具有在其中形成的内部空间和端部，上述内部空间填以可离子化的发光材料和起动气体，在上述端部中形成一开口；一电极系统，它设置在上述内部空间中；一密封构件，它包括一具有在其中形成的通孔的陶瓷或金属陶瓷，至少上述密封构件的一部分固定在上述陶瓷放电管的上述开口中；以及一金属构件；其特征为，上述灯包括一介于上述金属构件与上述密封构件之间的连接体，而上述连接体为权利要求1至15的任一项的连接体，上述金属构件为上述第一构件，上述密封件为上述第二构件。
18.如权利要求16或17的灯，其特征为，上述放电管的耐热温度不低于1000℃。
19.如权利要求16或17的灯，其特征为，上述中间陶瓷层和上述浸渍的陶瓷相包含构成上述放电管的上述陶瓷的主要部分。
20.如权利要求16至19的灯，其特征为，上述金属构件具有管形，上述金属构件与被插入上述金属构件的电极之间的径向间隙为30μm～150μm。
全文摘要
用金属制造的第一构件和用陶瓷或金属陶瓷做的第二构件的连接体。包括于第一与第二构件之间用于连接第一和第二构件的连接部分。连接部分包括与第一构件接触的主灯相和与第二构件接触并位于第二构件与主灯相之间的中间陶瓷层。主灯相由多孔骨架和陶瓷相组成,骨架具有小孔并用金属粉末烧结制造,陶瓷相浸渍入多孔性骨架小孔中。由此,连接结构有抗疲劳和断裂的能力。
文档编号H01J5/36GK1330383SQ01117579
公开日2002年1月9日 申请日期2001年7月3日 优先权日2000年7月3日
发明者新见德一 申请人:日本碍子株式会社