专利名称：一种用于对高压放电灯的不含氧化钍的钨电极的热处理方法
本申请涉及一种用于对高压放电灯的不含氧化钍的钨电极的热处理方法、一种不含氧化钍的这种钨电极、一种制造至少具有一个不含氧化钍的这种钨电极的高压气体放电灯的方法、一种至少具有一个不含氧化钍的这种钨电极的高压气体放电灯，和一种至少具有一个这种高压气体放电灯的照明单元。
直到现在，对于汽车前灯一直使用具有包括氧化钍的钨电极的气体放电灯。这种掺杂尤其会导致电极的再结晶温度升高。根据电极的热预处理和随后的密封工艺，所述电极依然易于再结晶。
通常，在制造高压气体放电灯中的密封或夹紧工艺中，钨电极连接到石英材料等，这些可能发生在通常方式中的几个工艺步骤中。常常通过热处理进行这些工艺步骤，借助这些工艺步骤尤其可以通常的方式将电极表面上的杂质除去。
然而，氧化钍具有这样的一些特性，其至少导致制造工艺中的处理更困难，并且负面地影响灯的性能。钍是一种放射性金属，并对环境有害，因此对该材料的处理包含特别的测量，并因此经常增加成本。
再结晶后的电极具有易碎的机械特性。这导致了已在制造灯的工艺中，以及随后在灯的运行过程中，尤其在冲击负载时，不期望的故障增多。另外，在密封或者夹紧制造后，这种电极导致周围的石英材料中的毁灭性的裂缝。比如，毁灭性裂缝是该石英材料中的通道，其在石英中从与电极相对的接触表面延伸直到外表面，由此导致在灯内不期望的泄漏。
JP-2002056807A公开了一种用于短弧灯，如氙灯的钨制阳极，除主要成分钨之外，还包含镧、钇、铈，它们中的每一种都是氧化物形式(La2O3、Y2O3和CeO2)。阳极的主要材料可以是纯钨，或者可替代的也可以是添加了铝、钾和硅的钨。
为阳极选择的材料成分，尤其是在其中包含有高熔点的氧化物，用于抑制在灯运行过程中，凸出到放电空间中的钨阳极部分也就是不是通过夹紧紧密围绕的部分再结晶。这样的目的是提高再结晶温度，对于通常的阳极材料，其大约是1600℃至1800℃，对于这种阳极大约是1800℃至2000℃。镧、钇和铈是稀有材料，并且昂贵。在气体放电时，放电空间中主要的极高温度使得不可能阻止这些稀有物质部分被游离并且进入到放电空间，它们负面地影响灯的运行。
本发明的目的是提供一种用于高压放电灯的不含氧化钍的钨电极，该电极保护灯的可操作的可靠性，因为至少直到灯运行时防止了电极的再结晶，其中应该指定这种钨电极可获得的方式。
本发明的另一个方案涉及一种具有根据本发明的这种钨电极的高压气体放电灯和其制造方法。并且，根据本发明的钨电极和具有这种钨电极的相应的高压放电灯，应该能以简单和有效的方式大规模工业制造。
本发明的目的可以通过如权利要求1描述的特征实现。
根据本发明，用于对高压放电灯的不含氧化钍的钨电极的热处理方法，其特征在于，钨电极由纯钨或者至少掺钾的钨构成，其中所述电极具有纤维状的微观结构，并且热处理中的最高温度低于钨电极的材料的再结晶温度。重要的是微观结构都保持这种原状直到灯的第一次运行。可以惊讶的发现，直到灯第一次运行，得到的微观结构对电极的机械易碎性和灯的趋势具有主要影响，以显示在制造和操作时以及灯运行时在密封或者夹紧工艺中的毁灭性裂缝。
通常在通过夹紧紧密围绕的钨电极的部分中以及在灯运行时将发现没有高于根据本发明的钨电极的再结晶温度的温度。测试表明，在这种情况中，通常不会超过约1400℃的值。实际上，可以通过通常的构造改变以简单的形式产生这种情形。
根据本发明的材料选择，其还包括对有关微观结构的观察，和根据本发明在随后的热处理方法的工艺，令人惊讶地获得了可以不需要添加剂，如氧化钍、氧化镧、氧化钇和氧化铈。由于这个问题已经存在很长时间，并且这样简单的解决方案同样需求了很长的时间，因此更加令人惊讶。
在本发明意义中的高压放电灯特征尤其在于，它们具有一个以真空密闭方式封闭大的半透明的灯体，其中包含可电离填充物，特别的是稀有气体和金属卤化物，钨电极被设置在其中，用来启动气体混合物和在灯运行时为气体放电提供电流。例如从披露给公众的文件DE3341846可以知道这种高压放电灯。作为例子，可能提到了用于机动车辆前灯的氙气放电灯，但在某种意义上这不认为是限制性的。
从属权利要求涉及本发明的有利的进一步的实施例。
优选的是，优选在标准大气压下的无氧气氛中进行的热处理方法，至少包括以下顺序的步骤从环境温度加热到最高处理温度，保持在最高处理温度，冷却至室温。对用于高压放电灯的不含氧化钍的钨电极的热处理方法在无氧气氛中进行使得防止由氧化重新产生杂质。处理顺序，即，尤其是，持续时间和温度曲线应该与以通常方式要除去的杂质的本性和范围相适合。
更优选的，该方法在包含氢的气氛中进行。
对于钨电极材料选择，优选的钨电极材料包含掺杂有最多500ppm的钾、最多300ppm的硅和最多100ppm的铝的钨。
具有大约1800℃的再结晶温度的所述的钨电极材料，优选的，被加热到最高约1500℃的处理温度。
进一步地为了实现本发明的目的，在如权利要求1至5所述的工艺中处理不含氧化钍的钨电极。
借助于具有不含有氧化钍的钨电极的高压气体放电灯进一步实现本发明的目的，其中该不含氧化钍的钨电极的一部分通过密封或者夹紧封闭，并且不含氧化钍的钨电极通过密封或者夹紧封闭的该部分具有纤维状的微观结构。
进一步地为了实现本发明的目的，一种根据本发明的制造高压气体放电灯的方法具有至少一个这种不含氧化钍的钨电极，该方法包括至少一种如权利要求1所述的热处理不含氧化钍的钨电极的方法。
从优选实施例的描述，本发明的特点、特征和优点将变得明显。
钨电极所用的材料是掺钾的钨(AKS-钨或者叫做不下垂钨(non-sagtungsten))。这种材料的特征在于钾的含量为大于0且小于500ppm、硅的含量为大于0且小于300ppm和铝的含量为大于0且小于100ppm。这种材料具有大约为1600℃至1800℃的再结晶温度。
在标准大气压下的氢气氛下进行的用于对高压气体放电灯的不含氧化钍的钨电极热处理的方法，包括以下顺序的步骤——将钨电极从室温加热到最高处理温度(约1500℃)，其中约5分钟后温度达到约600℃，再过10分钟后温度达到1500℃，——保持在最高处理温度30分钟，和——在90分钟内冷却至室温。
钨电极的热预处理在总共105分钟后完成。在称为烘烤或者排气过程中的最高温度为1500℃，因此仍然可以可靠地除去最稳定的钨氧化物，也就是说对电极表面进行了最佳清除。避免了微结构变化(也就是再结晶)，因此纤维状的微观结构可以保持原状。
任何钨材料原则上均可以作为电极材料，只要热处理的最高温度与所述材料的再结晶温度相适应，也就是说，热处理的最高温度必须不高于再结晶温度。
权利要求
1.一种用于对高压放电灯的不含氧化钍的钨电极的热处理方法，其特征在于，钨电极由纯钨或者至少掺钾的钨组成，所述电极具有纤维状的微观结构，热处理中的最高温度低于钨电极的材料的再结晶温度。
2.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于在标准大气压下的无氧气氛中进行的该方法至少包括以下顺序的步骤从室温加热到最高处理温度，保持最高处理温度，和冷却至室温。
3.一种如权利要求2所述的方法，其特征在于该方法在含氢气氛中进行。
4.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于该钨电极由掺有最多500ppm的钾、最多300ppm的硅和最多100ppm的铝的钨组成。
5.一种如权利要求1、2、3和4所述的方法，其特征在于钨电极的材料的再结晶温度为约1600℃到1800℃，并且最高处理温度为约1500℃。
6.一种由如权利要求1至5任一项所述的方法热处理的不含氧化钍的钨电极。
7.一种制造至少具有一个不含氧化钍的钨电极的高压气体放电灯的方法，至少包含一种如权利要求1所述的用于对不含氧化钍的钨电极的热处理方法。
8.一种为汽车前灯设计的并用由如权利要求7所述的方法制造的具有至少一个不含氧化钍的钨电极的高压气体放电灯。
9.一种高压气体放电灯，具有不含氧化钍的钨电极，其中通过密封或者夹紧封闭不含氧化钍的钨电极的一部分，其特征在于通过密封或者夹紧封闭的该不含氧化钍的钨电极的该部分具有纤维状微观结构。
10.一种照明单元，包含至少一个如权利要求9所述的高压放电灯。
全文摘要
本发明涉及一种对用于高压放电灯的具有纤维状微观结构的、不含氧化钍的钨电极的热处理方法，一种不含氧化钍的钨电极，一种制造至少具有一个不含氧化钍的这种钨电极的高压气体放电灯的方法，一种至少具有一个不含氧化钍的这种钨电极的高压气体放电灯，和一种至少具有一个这种高压气体放电灯的照明单元。
文档编号H01J61/073GK1942999SQ200580011896
公开日2007年4月4日 申请日期2005年4月15日 优先权日2004年4月21日
发明者G·赫宾豪斯, J·默西 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司