專利名稱:高度耐熱的燈泡用玻璃及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及用于具有鉬組分的燈泡的,特別是用于泡體溫度高于700°C的燈泡的 堿土金屬鋁硅酸鹽玻璃及其用途。
背景技術(shù):
用于高溫?zé)?通常是指燈的泡體溫度為550°C以上)的玻璃必須滿足苛刻的要求??捎玫牟A閴A土金屬鋁(硼)硅酸鹽玻璃。由于堿金屬離子干擾燈的再生鹵素 循環(huán),因此所述玻璃必須基本上不含堿金屬氧化物。這是因?yàn)樵跓舻墓ぷ鬟^(guò)程中,由于來(lái)自 燈絲的鎢蒸氣和鹵素/惰性氣體混合物的反應(yīng),因此在鎢的鹵化物的形成和分解之間建立 平衡。與形成反應(yīng)相比,分解反應(yīng)在更高的溫度下發(fā)生,使得鎢重新沉積到燈絲上。如果這 種循環(huán)受到污染組分(例如堿金屬離子)的破壞,鎢不沉積在燈絲上,而是作為黑色發(fā)亮的 干擾性涂層沉積在玻璃泡體的內(nèi)側(cè)上。為了用作用于含有鉬組分作為電極材料或引線材料的燈泡的燈泡玻璃,所述玻璃 的熱膨脹必須與鉬的熱膨脹匹配,使得實(shí)現(xiàn)金屬和玻璃的氣密無(wú)應(yīng)力熔合。適于用作燈泡用泡體玻璃的玻璃必須滿足的另外要求是適于拔管。為此,其必須 具有足夠的結(jié)晶穩(wěn)定性。所述玻璃必須滿足的另外要求是高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg和低的加工溫度\。高 的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的優(yōu)點(diǎn)在于玻璃能夠承受高的熱應(yīng)力。低的加工溫度的優(yōu)點(diǎn)在于可以在 相對(duì)低的能量輸入的情況下以高產(chǎn)率進(jìn)行熔合,并且可以經(jīng)濟(jì)地進(jìn)一步加工所述玻璃。然 而,這些性能通常彼此背道而馳。DE 37 36 887 C2描述了不含B2O3的低CaO玻璃。這些玻璃具有的缺點(diǎn)在于高的 加工溫度。也已知用于白熾燈泡的玻璃要求含B2O3 因此,由US 3,310,413已知的與鉬熔合的玻璃含有4至9重量%的化03。由DE 33 05 587 Al已知的密封和泡體玻璃也需要3至7重量%的化03,而且還需要高比例的 Ba0(ll-16重量%)。如此高的B2O3含量(尤其在與MgO結(jié)合時(shí))降低粘度值,使得這些玻 璃不適用于泡體溫度高于650°C (例如約700°C)的鹵素?zé)簟2AУ牡湍蜔嵝詫?dǎo)致燈泡脹 形,這可繼續(xù)進(jìn)行至泡體爆炸的程度。這種玻璃的例子是市售玻璃V0,其具有如下組成(重 量% ) 56. 8 的 SiO2 ;16. 4 的 Al2O3 ;4. 7 的 B2O3 ;5. 8 的 MgO ;7. 8 的 CaO ;8. 0 的 BaO ;其具有 的冷卻溫度上限UCP為721°C。由 DE 197 58 481 Cl、DE 197 47 355 Cl、DE 100 63 05 Al 禾口 DE 102004 048
097 Al已知的玻璃也含有B203。它們含有相對(duì)少量的CaO和相對(duì)少量的A1203。它們無(wú)法 同時(shí)滿足Tg和Va方面的要求。由DE 10022 769 A已知的含有相對(duì)少量的CaO的玻璃也存 在相同的情況。此外,還期望玻璃具有低的熔點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是發(fā)現(xiàn)一種玻璃,其是高度耐熱的,并且滿足上述對(duì)于用于泡體溫 度高于700°C的燈泡的材料的要求。通過(guò)主權(quán)利要求中所述的玻璃實(shí)現(xiàn)了所述目的。這種堿土金屬鋁硅酸鹽玻璃具有 非常平衡的組分比例,其只在相對(duì)窄的限度內(nèi)變化,以兼具所有期望的性能。本發(fā)明的玻璃含有56重量%至60重量%的Si02。在低含量的情況下,熱膨脹將 變得太大,而較高的含量將使熱膨脹太小。在這兩種情況下,玻璃都將與Mo不匹配,這將產(chǎn) 生非氣密性的鹵素?zé)?。?yōu)選SiO2在56至58重量%的范圍內(nèi)。所述玻璃含有17重量%至18重量%的A1203。偏離該范圍也將導(dǎo)致失配的膨脹。 較低的含量還將降低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg,這將降低耐熱性。所述玻璃含有0. 5至2重量%的B203。這產(chǎn)生精確匹配的膨脹,并且可熔合性也 得到改善。優(yōu)選其含量為1. 5至2重量%。所述玻璃中可存在至高達(dá)5重量%的量的&02。優(yōu)選所述玻璃中存在,特別 優(yōu)選其量為0.2至5重量%。更特別優(yōu)選其含量不超過(guò)2重量%。所述玻璃的&02含量 有助于實(shí)現(xiàn)期望的高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg,特別是> 780°C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg。所述玻璃的B2O3和&02的比例(在各種情況下都為重量% )優(yōu)選> 2。這簡(jiǎn)化了 在熔融過(guò)程中微溶的在玻璃中的溶解。特別優(yōu)選> 2的比例。所述玻璃含有的堿土金屬氧化物在特別窄的限度內(nèi)所述玻璃中,BaO的存在量為6至8重量% (優(yōu)選7-8重量% ),并且CaO的存在 量為> 14至15. 5重量% (優(yōu)選14. 1至15.5重量%)。另外,所述玻璃可含有至高達(dá)3重 量%的31<)。按照與BaO類似的方式,SrO增加粘度。高BaO含量有助于在燈的工作過(guò)程中 抑制燈變黑的增加(外部泡體內(nèi)側(cè)上的沉積物)和白色沉積物的形成(同樣在外部泡體的 內(nèi)側(cè)上)。特別地,同樣降低或完全抑制了在制備過(guò)程中發(fā)生結(jié)晶的趨勢(shì)。尤其是抑制了特 別關(guān)鍵的鈣長(zhǎng)石的形成,這是一種Ca-Al硅酸鹽,其將導(dǎo)致在拔管過(guò)程中在玻璃中產(chǎn)生缺 陷。令人吃驚的是,在此普遍存在的相對(duì)高含量的Al2O3和相對(duì)高含量的CaO的情況下,也 是如此。作為高的CaO含量的結(jié)果,有利地實(shí)現(xiàn)了低的加工溫度。所述玻璃含有0. 5至2重量%的MgO。特別地,在含有CaO和BaO的鋁硅酸鹽玻璃 中加入MgO有助于增強(qiáng)玻璃的結(jié)構(gòu)。MgO內(nèi)含物支持了玻璃的高結(jié)晶穩(wěn)定性,這是管的制備 過(guò)程所必需的。優(yōu)選MgO含量為至少1. 5重量%的MgO。已發(fā)現(xiàn)> 7. 5至15. 0的CaO與B2O3的比(在各種情況下都為重量% )有利于實(shí) 現(xiàn)兼具實(shí)際上相反的性能,高Tg和低VA。出于同樣的原因,(CaCVB2O3)XAl2O3的值(在各 種情況下都為重量% )為130至260是有利的。在高度耐熱的燈中,鹵素填充物一般是含有溴化物和/或氯化物的氣體,并且來(lái) 自玻璃和燈絲的雜質(zhì)(例如堿金屬離子)與所述溴化物或氯化物發(fā)生反應(yīng),在這種情況下 形成堿金屬溴化物和/或堿金屬氯化物,其作為白色沉積物沉淀在泡體玻璃的內(nèi)側(cè)上。這 會(huì)降低燈中的鹵素濃度,并且再生鹵素循環(huán)受到影響或不能進(jìn)行。因此,玻璃中堿金屬氧化 物的含量是重要的。其應(yīng)該較低。通過(guò)如下方式可保持低的堿金屬含量即使用低堿金屬 含量的原料,并且在混合物的制備過(guò)程中和熔融罐的插入件中使用清潔條件。水的含量也是重要的。
燈的工作溫度越高,對(duì)非常低含量的堿金屬氧化物和水的要求就越高。在本發(fā)明 玻璃(其適于用作泡體溫度高于700°C的燈泡用泡體材料)的情況下,堿金屬氧化物含量?jī)?yōu) 選限制為小于0. 03重量% (優(yōu)選Na2CHK2O < 200ppm),并且水的含量?jī)?yōu)選限制為小于0. 03 重量%。結(jié)果,特別是由于總的平衡組成,即使在上述高溫下并且燈長(zhǎng)時(shí)間工作后,也減少 了變黑。本領(lǐng)域技術(shù)人員將知道如何通過(guò)選擇原料和熔融條件以及選擇熔融罐的工作過(guò) 程中的參數(shù),將水的含量保持為足夠低。優(yōu)選水的含量為0. 01重量%至< 0. 03重量%。所述玻璃中的CeO2產(chǎn)生使UV吸收邊緣向更長(zhǎng)波長(zhǎng)處移動(dòng)的影響。另外,它用作 澄清劑。已發(fā)現(xiàn)CeO2減少了在泡體內(nèi)側(cè)上的干擾性鹵化物沉積物,并且以這種方式在燈的 工作過(guò)程中的變黑也將減少。為此,本發(fā)明的玻璃還可含有至高達(dá)0. 1重量%的Ce02。較高含量將導(dǎo)致所述玻 璃不期望地變黃。優(yōu)選CeO2為0-0. 05重量%。所述玻璃還可含有其它常規(guī)澄清劑,其量是商素?zé)舨A鶓T用的。此外,所述玻璃還可含有至高達(dá)0. 5重量%的Ti02。這種組分也使UV邊緣向較長(zhǎng) 波長(zhǎng)光譜區(qū)域移動(dòng),但是程度低于Ce02。優(yōu)選TiO2含量不超過(guò)0.4重量%。特別優(yōu)選TiO2 含量至少為0. 05重量%。此外,所述玻璃可含有慣用量的常規(guī)添加劑,例如MoO3和/或Bi203。所述玻璃優(yōu) 選不含MoO3和Bi203。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例為了制備實(shí)施例的玻璃和比較性玻璃,在各種情況下,使用低堿金屬變量的原料 用于氧化物組分,例如石英砂、氧化鋁、碳酸鎂、碳酸鈣和碳酸鋇以及鋯砂。將高均質(zhì)化的混 合物在1600°C至1680°C下在試驗(yàn)室中在Pt/Rh坩堝內(nèi)熔融、精煉和均質(zhì)化。然后將所述玻 璃在試驗(yàn)室拔管裝置中垂直拉伸。所述玻璃不含干擾性晶體。將比較性玻璃在和實(shí)施例玻璃相同的溫度下熔融,但這使得需要比實(shí)施例玻璃的 情況下稍微更長(zhǎng)的熔融時(shí)間。表1示出了根據(jù)本發(fā)明玻璃㈧的七個(gè)實(shí)施例和還有三個(gè)比較例(C)以及它們的 組成(基于氧化物的重量%)和它們的重要性能除了玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和在粘度為104dPaS時(shí)的溫度(Va),還記錄了熱膨脹系 數(shù) α2(1/·[Χ10-6/Κ]。表1 工作實(shí)施例㈧和比較例(C)玻璃的組成(重量% )和它們的重要性能
比較例Cl具有高Tg,但也具有相對(duì)較高的\。盡管比較例C2具有低VA,但是其也 具有低Tg。比較例C3具有過(guò)高的Va和對(duì)于高的泡體溫度而言過(guò)低的Tg。相反,正如通過(guò)工作實(shí)施例清楚表明的,根據(jù)本發(fā)明的玻璃兼具了至少780°C的高 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg和1250 至1275 的低的加工溫度。所述玻璃的Tg為至少780°C表明,即使在燈泡試驗(yàn)中,它們也是高度耐熱的,并且 適于用作泡體溫度高于700°C的燈泡用泡體材料。根據(jù)本發(fā)明的玻璃的熱膨脹系數(shù)α2(ι/300 為4. 6 X IO-6A至4. 9Χ 10_6/Κ,這賦予了它們恰當(dāng)?shù)呐蛎浶袨橐院蚆o良好地熔合,從而產(chǎn) 生氣密性且無(wú)應(yīng)力的熔合。根據(jù)本發(fā)明的玻璃的低加工溫度使得它們?nèi)菀准庸?。本發(fā)明的玻璃制備中的優(yōu)點(diǎn)在于它們可以在不高于1680°C的溫度下以工業(yè)規(guī)模 熔融,而對(duì)于比較例的制備將需要更高的溫度。由于具有低熔點(diǎn),因此生產(chǎn)所需的能量成本 降低,并且所述罐的工作壽命顯著增加。本發(fā)明的玻璃具有足夠的結(jié)晶穩(wěn)定性。所述性能使得本發(fā)明的玻璃非常適于通過(guò)拉制管而經(jīng)濟(jì)地制備,并且非常適于用 作泡體溫度高于700°C的燈泡用泡體材料。
權(quán)利要求
1.一種用于具有鉬組分的燈泡的堿土金屬鋁硅酸鹽玻璃,其特征在于,具有如下組成 (基于氧化物的重量%)SiO2 56-60 Al2O3 17-18 B2O3 0. 5-2 MgO0. 5-2CaO> 14-15. 5SrO0-3BaO6-8ZrO2 0-5 CeO2 0-0. 1 TiO2 0-0.5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃,其特征在于,ZrO2 > 0,并且B203/Zr02的比(在各種情況下都為重量% )彡2,優(yōu)選> 2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的玻璃,其特征在于, 具有如下組成(基于氧化物的重量%)SiO2 56-58 Al2O3 17-18 B2O3 1. 5-2 MgO1. 5-2CaO14. 1-15BaO7-8ZrO2 0. 2-5 CeO2 0-0.05 TiO2 0-0.4。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中至少一項(xiàng)所述的玻璃,其特征在于, 堿金屬氧化物的含量< 0. 03重量%和/或水的含量< 0. 03重量%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中至少一項(xiàng)所述的玻璃,其特征在于,Na2CHK2O的含量< 200ppm和/或水的含量為0. 01重量% - < 0. 03重量%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中至少一項(xiàng)所述的玻璃,其特征在于, 其含有不超過(guò)2重量%的&02。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中至少一項(xiàng)所述的玻璃,其特征在于, (CaCVB2O3)的比*A1203 (在各種情況下都為重量% )為130-260。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中至少一項(xiàng)所述的玻璃,其特征在于, CaCVB2O3的比(在各種情況下都為重量% )為> 7. 5-15. 0。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中至少一項(xiàng)所述的玻璃,其特征在于,其熱膨脹系數(shù)α 20/3οο在4. 6 X IO-6A至4. 9 X 10_6/Κ的范圍內(nèi),玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg為至 少780°C,并且加工溫度Va為1250至1275°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8中至少一項(xiàng)所述的玻璃作為泡體溫度高于700°C的燈泡用泡 體材料的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及高度耐熱的燈泡用玻璃及其用途,尤其涉及具有鉬組分的燈泡用堿土金屬鋁硅酸鹽玻璃,其具有如下組成(基于氧化物的重量%)SiO2 56-60、Al2O3 17-18、B2O3 0.5-2、MgO 0.5-2、CaO>14-15.5、SrO 0-3、BaO 6-8、ZrO2 0-5、CeO2 0-0.1、TiO2 0-0.5。
文檔編號(hào)C03C3/095GK102001826SQ201010268829
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月27日
發(fā)明者英戈·基普尼克, 額爾哈德·迪克 申請(qǐng)人:肖特公開(kāi)股份有限公司