专利名称：一种高效长寿命陶瓷金卤灯电极系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种陶瓷金卤灯，尤其是一种小功率高效长寿命陶瓷金卤灯电极系统。
背景技术：
近年来陶瓷金卤灯科技发展愈益成熟，性能参数大辐提升并已在各个方面远远超越传统的石英金卤灯，其使用开始快速推广。虽然如此但目前陶瓷金卤灯性能尚未臻完善，各种更为先进的专利技术还在不断涌现，更为完善的陶瓷金卤灯将陆续推出。
目前小功率陶瓷金卤灯的常用电极(见图4)是一个设计独特、性能优异、但结构复杂、制造困难并且昂贵的美国通用电气公司的专利产品，由图4可知这种结构的特点是在较粗的铌丝1后焊接较细的钼芯线2，在钼芯丝2前端再焊接一根更细的钨丝3，在钼芯丝2上密绕钼螺旋4，在钨丝3前端密绕数圈更细钨丝5的作用是真正的电极工作时电极温度很高(约3000°)，但其钨丝3很细，导走热量很少，其后钼芯丝2及钼螺旋4基本充满瓷袖套管足以支撑电极居中稳定，并减少热量向二端及经瓷袖套向四周的散失，同时隔离了冷凝的液态金属卤化物对铌丝的腐蚀。由于此种结构的保温效果较好，明显提高了灯冷端温度使金属卤化物蒸发更为完全，性能得以大幅改进，同时还可适当增大泡壳体积、降低壁负荷以使正对电弧的电弧管壳部分温度最高的壁负荷适当降低，从而降低该处温度，延长灯的寿命。
图4所示的电极系统确有多种优点，对提高灯性能起了很大作用，但其制作较为复杂成本亦高，更需一提的是这种结构必然容许部分金属卤化物蒸汽渗入陶瓷袖管中钼螺旋周围，并永久沉积其中，直到钼螺旋与陶瓷袖管之间及与钼芯丝之间全部缝隙填满止，这必然造成使用初期灯的各种光电参数的较大幅度的变化，所以其改进是十分必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种陶瓷金卤灯电极系统，这种陶瓷金卤灯具有低功率、高光效、长寿命的特点。
为解决以上技术问题，本发明包括有一个陶瓷电弧管(见图5)，陶瓷电弧管二端带有支撑电极系统的陶瓷袖管，电极系统的最外端为铌丝或铌套管用以与陶瓷管进行气密性匹配封接，陶瓷电弧管中充有汞、金属卤化物和惰性气体，本发明设计的一种陶瓷金卤灯专用电极，其结构示如图2或图3，图2或图3所示为两段式电极系统，所述的电极系统的铌丝或铌管接有直径细于铌丝或铌管的钨丝，钨丝末端绕有比钨丝更细的钍钨丝制成的螺旋形电极，在铌丝或铌管后的钨丝外套有低融点金属锌(Zn)或锡(Sn)或锑(Sb)或其合金或其他低融点材料制成的套管。
所述的套管选用其他低熔点材料的要求是不与钨、铌产生化学作用，且饱和蒸汽压较低，热阻较大。
在所述的套管之后的钨丝上套有陶瓷套环，陶瓷环位于支撑电极的陶瓷袖管中接近端口处。
此种结构的特点是在制灯的最后阶段使套在钨丝(二段式电极系统)外的低熔点套管熔融，由于毛细作用而形成继铌之后的充满陶瓷袖管的固态或液态金属密封材料，而紧接在低熔点密封材料末端接近陶瓷袖套的端口则由陶瓷环7封口。
图1示出了这种陶瓷金卤灯电弧管结构，图中8为陶瓷金卤灯电弧管，该电弧管管壳详细结构则表明在图5、图7中，图中标注的9a、9b为其二端支撑电极的陶瓷袖套管，图中标注的10a、10b为密封用陶瓷焊料，图中标注的1a、1b为封接用铌丝或铌管。如5图所示在螺旋形电极5钨丝芯线后的钨丝3外包有低熔点金属Zn或以上所述其它材料的套管6，陶瓷袖套近端口处则由陶瓷环7封口。
本发明的灯工作时陶瓷袖管中的低熔点金属呈固态(近铌丝端)式熔融状态(端口附近)(Zn熔点419.5℃、Sb熔点630.5℃、Sn熔点182.5℃)，液态金属热导率很低(例如Zn为0.59W/cmK)约为钼、钨材料的三分之一，由此熔融材料导走的热量较少，这不仅进一步提高了冷端温度，还降低了陶瓷---铌密封处的温度。这种熔融态的材料与钨、钼丝或陶瓷管之间不存在膨胀系数的匹配问题，在冷凝过程中此类材料的膨胀系数较陶瓷为大，但钨、钼材料则偏小，二者差异将部分抵消，另一方面由于此类低熔点材料均为软金属，可塑性很大，因此与陶瓷间膨胀系数的差异为其形变吸收，不会造成陶瓷袖管的应力和炸裂。由于此类低熔点金属完全充满袖套管，不存在任何隙缝，金属卤化蒸汽没有渗透到袖管内部的可能，在这一点上比现用结构中的钼丝螺旋更为优越(如前所述，金属卤化物蒸汽将渗入钼螺旋隙缝并凝结其中而造成灯参数的早期漂移)。因此灯寿命将更长，色温和显色指数更加稳定。当然在灯制成初期陶瓷袖管端口附近的低浓点金属将和灯中的金属卤化物蒸汽的金属置换形成卤化物，并蒸发到放电空间参与放电发光，而被置换出的原金属卤化物中的金属成分则与低融点金属形成微量合金，此合金沉积在陶瓷环附近，切断了金属卤化物蒸汽与低融点金属的接触，使一切化学作用停止并进入稳定状态。陶瓷环的另一作用则是保证电极处于陶瓷袖套管的轴线位置。
图1为陶瓷金卤灯结构示意2为本发明电极系统的二段式结构示意3为本发明电极系统的二段式结构示意4为常规陶瓷金卤灯的二段式电极结构图5为本发明陶瓷金卤灯电弧管结构示意6为本发明实施例35W陶瓷金卤灯电极结构尺寸7为本发明实施例35W陶瓷金卤灯结构尺寸图附图标记说明铌丝或铌管1(1a，1b)， 钼芯线2，钨丝3，钼螺旋4，钨丝5，螺旋形电极5，套管6，陶瓷环7，陶瓷电弧管8，陶瓷袖套9a、9b，气密性封接用陶瓷焊料10a、10b，陶瓷金卤灯外壳11，电弧管支架12、13，灯头14，灯脚15a、15b，电极16a、16b下面综合附图及实施范例对本发明进一步说明。
具体实施例方式
实施例1图1表示35W陶瓷金卤灯的结构，它包括一个石英玻璃外壳11，陶瓷电弧管8，电弧管两端各有的电极16a、16b引出支架12、13，灯头14，二个灯脚15a、15b。其陶瓷电弧管8结构及尺寸如图7所示，管壳二端为支撑电极的陶瓷袖套管9a、9b，二陶瓷袖套管9a、9b的外端有密封用陶瓷焊料10a、10b。电弧管中充有汞、金属卤化物和惰性气体。
所述的陶瓷电弧管8的管壳为陶瓷材料，陶瓷电弧管8的管壳为球柱形、球形。其特点是二侧向电极16a、16b靠近时壁厚逐渐加厚，提高二端保温效果、提高冷端温度，从而可以在不降低冷端温度的情况下设计较长(较大)的管壳，加长极间距离，降低工作气压，保持原功率不变但加长了电弧尺寸，降低了中部电弧区峰值壁负荷，从而提高发光效率并延长了灯管寿命。
所述陶瓷金卤灯的电极系统采用如图2所示的二段式结构，在封接用铌丝1后直接焊接细钨丝3，钨丝3的直径比铌丝1直径细，钨丝3末端设置有由钍钨丝制成的螺旋形电极5，用于螺旋形电极5的钍钨丝直径比钨丝3直径更细；而在紧接铌丝1后的钨丝3外则套以由低熔点金属锌(Zn)制成的套管6，所述的套管6可以由低融点金属锡(Sn)或锑(Sb)或其合金或其他低融点材料制成。所述的其他低熔点材料的要求是不与钨、铌产生化学作用，且饱和蒸汽压较低，热阻较大。具体尺寸则如图6所示，本实施例1所述的铌丝1直径为0.7mm，钨丝3直径为0.24mm，用于螺旋形电极5的钍钨丝直径为0.13mm。
实施例2
实施例2为250W陶瓷金卤灯，实施例2与实施例1结构相同，只是所述的在封接用铌管1后直接焊接细钨丝3，钨丝3的直径比铌管1直径细。
实施例3实施例3与上述实施例1、2结构相同，如图3所示只是在钨丝3的锌套管6之后的钨丝3上套有陶瓷环7，所述的陶瓷环7处于陶瓷袖管中接近端口处。陶瓷环7是由与陶瓷电弧管同样材质的半透明氧化铝陶瓷制成。陶瓷环7也可以是由单晶氧化铝陶瓷制成。
实施例4实施例4与实施例3结构相同，只是所述的陶瓷环7可选用高温陶瓷材料如氧化钛、氧化锆、炭化硅、氮化硼或其他任何一种高温陶瓷材料制造。
实施例5实施例5与实施例3结构相同，只是所述的陶瓷环7可用不与金属卤化物起作用的金属如钨、铑、钼、钽等难熔金属或其合金中的一种材料制成。
权利要求
1.一种高效长寿命陶瓷金卤灯，包括有一个陶瓷电弧管(8)，陶瓷电弧管(8)二端带有支撑电极的陶瓷袖管(9a、9b)，电极系统的最外端为铌丝或铌套管(1)用以与陶瓷管进行气密性匹配封接，陶瓷电弧管(8)中充有汞、金属卤化物和惰性气体，其特征在于所述的电极系统的铌丝或铌管(1)接有直径细于铌丝或铌管(1)的钨丝(3)，钨丝(3)末端绕有比钨丝(3)细的钍钨丝制成的螺旋形电极(5)，在铌丝或铌管(1)后的钨丝(3)外套有低熔点金属锌或锡或锑或其合金或其他低熔点材料制成的套管(6)。
2.如权利要求1所述的一种高效长寿命陶瓷金卤灯，其特征在于所述低熔点金属套管(6)之后的钨丝(3)上套有陶瓷环(7)，陶瓷环(7)位于支撑电极的陶瓷袖管中接近端口处。
3.如权利要求1或2所述的一种高效长寿命陶瓷金卤灯，其特征在于所述的套管(6)选用其他低熔点材料的要求是不与钨、铌产生化学作用，且饱和蒸汽压较低，热阻较大。
4.如权利要求1或2所述的一种高效长寿命陶瓷金卤灯，其特征在于所述的陶瓷环(7)为由与陶瓷电弧管同样材质的半透明氧化铝陶瓷或单晶氧化铝陶瓷制成。
5.如权利要求1或2所述的一种高效长寿命陶瓷金卤灯，其特征在于所述的陶瓷环(7)可选用高温陶瓷材料如氧化钛、氧化锆、炭化硅、氮化硼或其他任何一种高温陶瓷材料制造。
6.如权利要求1或2所述的一种高效长寿命陶瓷金卤灯，其特征在于所述陶瓷环(7)可用不与金属卤化物起作用的金属如钨、铑、钼、钽等难熔金属或其合金中的一种材料制成。
全文摘要
本发明提出了一种高效长寿命陶瓷金卤灯电极系统，这种电极系统的铌丝或铌管(1)接有直径细于铌丝或铌管(1)的钨丝(3)，钨丝(3)末端绕有比钨丝(3)细的钍钨丝制成的螺旋形电极(5)，在铌丝或铌管(1)后的钨丝(3)外套有低融点金属锌或锡或锑或其合金或其他低融点材料制成的套管(6)。这种电极系统能确保电极处于电弧管轴线位置并能确保电弧管可靠的气密性密封，并使放电空间的金属卤化物不进入陶瓷套管而对封接材料产生腐蚀作用，从而保证了充入电弧管的金属卤化物的成份更为稳定，达到正常灯管寿命提高光效的结果，而且这种电极系统还有结构比较简单，制造工艺和成本相对低廉的优点。
文档编号H01J61/04GK101086947SQ20061003587
公开日2007年12月12日 申请日期2006年6月9日 优先权日2006年6月9日
发明者杨正名, 高光义, 张明, 柴国生 申请人:广东雪莱特光电科技股份有限公司