專利名稱：高壓金屬鹵化物燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓金屬鹵化物燈，它包括密封的、透光的放電容器，它有一對相對的封口并包圍著放電空間，放電空間有包括惰性氣體和金屬鹵化物的氣體填充物；在放電空間內(nèi)相對地設(shè)置的鎢電極；電流輸入導(dǎo)體，它們位于放電容器的相應(yīng)的封口，并從放電容器伸出；電極桿，它們連接到所述電流輸入導(dǎo)體中的相應(yīng)的一個，并支撐所述電極中相應(yīng)的一個。
從美國專利US-A-5,424,609中可以得知這種燈。
已知的燈有陶瓷放電容器、例如鈮或鉭的電流輸入導(dǎo)體和氣體填充物，氣體填充物包括惰性氣體、汞和包括稀土金屬碘化物的金屬碘化物的混合物，作為金屬鹵化物的是鑭、鈧和釔的碘化物。
在陶瓷放電燈中，電流輸入導(dǎo)體通常伸進(jìn)放電空間，因此，在放電空間中受到金屬鹵化物侵蝕。在已知的燈中，電流輸入導(dǎo)體的內(nèi)端埋在所述封口的陶瓷密封材料中，并且一種稱為抗鹵化物的或起碼表面是抗鹵化物的相應(yīng)的導(dǎo)體從所述封口伸出，并把電流輸入導(dǎo)體與鎢電極桿連接。所述導(dǎo)體起碼在其表面包含鎢、鉬、鉑、銥、錸、銠或?qū)щ姷墓杌?、碳化物或氮化物?br> 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，已知的燈有由于放電容器變黑而光輸出下降的毛病，這是源自電極和電極桿的鎢淀積而造成的。
從歐洲專利EP-A 0.343.625得知單端石英玻璃金屬鹵化物燈，在這種燈中，氣體填充物包括惰性氣體、汞和金屬碘化物與金屬溴化物的混合物。兩個電流輸入導(dǎo)體一個在另一個旁邊地埋在放電容器的一個封口，并且電極桿一個在另一個旁邊地伸入放電空間。由于工作期間電極桿的溫度上升以及它們之間短的距離，在這樣的燈中，放電弧會從電極跳到電極桿，從而到達(dá)放電容器，并使其過熱?？墒?，所述放電弧跳動還使得電極桿變得更熱，造成局部蒸發(fā)，從而使放電容器變黑，并使它們本身損壞。此外，在這類燈中，電極桿與在制造燈期間形成封口時要加熱到軟化的放電容器的部分之間的短距離，引起鎢電極桿氧化，這使得工作期間放電容器迅速變黑。
在歐洲專利EP-A 0.343.625的燈中，用這樣的辦法來避免電極桿氧化和放電弧跳動，即電極桿起碼其表面包含錸或錸鎢合金。這樣的電極桿穿過放電空間中在它們的端部的鎢電極線圈。錸不大易被氧化，并且有較低的熱傳導(dǎo)率，從而錸電極桿在工作中溫度較低。最好是錸鎢合金含有3到33％(重量)的錸，因為錸是一種昂貴的金屬。可是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種燈有由于錸蒸發(fā)和錸淀積在放電容器造成的放電容器迅速變黑的嚴(yán)重缺點。
從美國專利US-A-5,510,675得知一種類似的單端石英玻璃燈和一種雙端石英玻璃燈。這些燈有包括惰性氣體、汞和金屬碘化物與金屬溴化物的混合物的氣體填充物。它們的電極桿在它們伸進(jìn)放電空間的端部有鎢絲纏繞的包層和熔合的球形鎢電極頭。其目的是消除放電弧遷移造成的閃爍。電極桿可以由錸而不是鎢構(gòu)成。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，有錸電極桿的燈有由于錸蒸發(fā)和錸淀積在放電容器造成的放電容器迅速變黑的毛病。在由鎢構(gòu)成電極桿的情況下，會因為鎢從電極桿和電極蒸發(fā)并淀積在放電容器而造成放電容器變黑。此外，在這情況下，電極桿會局部地變得越來越細(xì)，造成桿在相當(dāng)早期就被破壞掉。
本發(fā)明的一個目的是提供一種在本文開頭段落中所描述的高壓金屬鹵化物燈，在這種燈中，避免放電容器變黑和電極桿損壞。
在本發(fā)明的燈中實現(xiàn)了這個目的，在這種燈中，氣體填充物含有金屬鹵氧化物，并且基本上沒有稀土金屬化合物，所述電極桿有鎢的第一部分，后者鄰近所述電極并在工作時有1900-2300K范圍的溫度的部位上結(jié)合到第二部分，所述第二部分具有鎢芯和起碼90％(重量)的錸的表層，表層的其余成分為鎢，這第二部分固定到相應(yīng)的電流輸入導(dǎo)體。
本發(fā)明基于包含幾個方面的見解。
可以通過這樣的快速作用再生循環(huán)來保持放電容器的清潔，在這種循環(huán)中，蒸發(fā)的鎢以鎢的鹵氧化物例如溴氧化物的形式被轉(zhuǎn)移到電極上。在所述電極附近，鎢的鹵氧化物分解，并且鎢被淀積在電極上。在工作的燈的氣體氣氛中，例如溴或碘這樣的自由的鹵素和氧對于實現(xiàn)快速轉(zhuǎn)移是不可缺少的。稀土金屬對氧有高的親和力，這產(chǎn)生穩(wěn)定的氧化物，從而使所述氣體氣氛中的自由氧消失。因此，必須做到基本上沒有稀土金屬。
錸的蒸汽壓在高溫下增加得相當(dāng)快。錸不能借助于鹵素而返回電極桿，因為錸不與鹵素或鹵素及氧作用。工作期間有高溫的部位必須避免采用錸。
鹵素，特別是溴和氧一起成為從相當(dāng)?shù)蜏囟炔课焕绶烹娙萜鞅诎焰u轉(zhuǎn)移到電極的有效工具?？墒?，電極桿也有處在使鎢與氧及鹵素反應(yīng)形成揮發(fā)性化合物的溫度的部位。在工作的燈的氣體氣氛中，氧和鹵素的出現(xiàn)引起電極桿局部變細(xì)，直到損壞。
作為唯一有意加入的鎢的轉(zhuǎn)移工具而摻入燈內(nèi)的鹵素，能夠通過與作為污染物而無意地加入的氧共同作用，來保持放電容器的清潔，而不會過分地把鎢從電極桿轉(zhuǎn)移。可是，在這情況下，在氣體填充物中、在電極以及它們的桿上和在放電容器上的其它污染物，例如碳、鐵、磷和氫，則會對鎢向放電容器的轉(zhuǎn)移或向電極的轉(zhuǎn)移有強烈的影響。
通過使鎢電極桿在其第二部分有一層基本上是錸的表層，來避免這部分與溴和氧的反應(yīng)。通過用鎢來制成電極桿的第一部分，來避免若是用錸制成第一部分時會發(fā)生的強烈蒸發(fā)。把第一和第二部分的共同邊界的溫度選為大約這樣的溫度，這時，比邊界溫度更高的溫度下的錸蒸汽壓以及在接近邊界溫度但比它低的溫度下的鎢蒸汽壓和鎢化合物的壓強的和都要比在邊界溫度下的相應(yīng)的量高很多。
與上面引述的歐洲專利EP-A 0.343.625所公開的、對其中所述目的有效的做法相反，含有多達(dá)95％或甚至67％(重量)鎢的錸/鎢合金被證明是沒有效果的。在所述外層應(yīng)有不多于10％最好是不多于5％(重量)的鎢。
電極桿可以用鎢桿制成，其第一部分是裸露的，而其第二部分被覆蓋，例如用金屬絲或箔包裹起來，或者，例如用濺射或氣相淀積的方法來淀積錸或錸/鎢混合物。另一種辦法是，例如通過電阻焊或激光焊的方法，可以把第一部分鎢桿焊接到、例如對頭焊接到有錸或錸合金外層的第二部分鎢桿上。為了補償錸的較低的熱傳導(dǎo)率SRe=0.3*Sw，如果希望的話，可以把第二部分桿選擇得稍粗些，例如粗10到15％。
第一和第二部分的共同邊界處在工作期間溫度為1900-2300K的部位。針對特定的種類的燈，根據(jù)氣體填充物和制造過程的質(zhì)量來選擇這溫度，上述因素可能使燈含有或多或少的污染物，從而影響鎢和鎢化合物的總蒸汽壓。對于每一種燈，可以容易地在一小系列試驗燈中通過監(jiān)測在其壽命過程中燈的發(fā)光效率來決定最佳溫度。通常，最好使所述邊界處在2100-2300K范圍的溫度。
除象溴化鈉、溴化鉈、溴化銦或其它非稀土金屬溴化物這樣的溴化物之外，氣體填充物可以含有例如碘化鈉和碘化亞錫這樣的金屬碘化物?？梢园蜒跻敕烹娙萜鲀?nèi)，例如以與惰性氣體的混合物的形式引入，或者作為化合物例如鹵氧化物或氧化鎢而帶入。在燈的工作期間將會形成金屬鹵氧化物，特別是鎢的鹵氧化物，例如WOI2,WO2Br2和WOBr2。不工作時，燈會在放電容器的壁上有氧化鎢淀積物。
所述電極可以是電極桿的尖端，即所述第一電極桿部分的尖端，或者是固定在所述電極桿上的分開的物體，或者是所述電極桿的熔化過的端部。在接近電極的部位可以有金屬絲包層，通常是鎢絲包層，用于調(diào)節(jié)它們的溫度。
放電容器可以由陶瓷，例如單晶或多晶氧化鋁，或高二氧化硅玻璃，例如石英玻璃構(gòu)成。如果希望的話，放電容器可能被外殼包著。外殼可能充以惰性氣體或被抽真空。燈可例如在其一端或兩端配上插座。
本發(fā)明的燈可以例如與纖維光學(xué)一起使用，作為投影燈等，特別是用在下述的應(yīng)用方面，在這些應(yīng)用中，要求從放電弧到放電容器外部有不受阻擋的光線通路，或是要求有長的壽命和好的發(fā)光保持特性。
附圖中顯示本發(fā)明的燈的實施例，其中

圖1是燈的側(cè)視圖；圖2是電極桿的剖視圖；圖3是表示蒸汽壓的曲線圖。
圖1的高壓金屬鹵化物燈有密封的、透光的放電容器1，圖中為石英玻璃放電容器，另外也可以是單晶或多晶陶瓷放電容器，它有一對相對的封口2并包圍著放電空間3，放電空間有包括惰性氣體和金屬鹵化物的氣體填充物。在放電空間3內(nèi)相對地設(shè)置著鎢電極5。圖1所示的燈是一種交流燈，但直流燈也在本發(fā)明范圍內(nèi)。電流輸入導(dǎo)體6處在放電容器1的各封口2中，并從放電容器伸出。圖中，電流輸入導(dǎo)體各自由金屬箔6a和金屬桿6b構(gòu)成，金屬箔6a例如是鉬箔，它完全處在相應(yīng)的封口內(nèi)，金屬桿6b例如是鉬桿，它們伸出放電容器1外面。電極桿7連接到所述電流輸入導(dǎo)體6中的相應(yīng)的一個上，圖中把它們焊到金屬箔6a上，電極桿7伸進(jìn)放電空間3，并支撐所述電極5中的相應(yīng)的一個。
氣體填充物含有金屬鹵氧化物，并且基本上沒有稀土金屬化合物。電極桿7有鎢的第一部分71，后者鄰近電極5，并在這樣的部位73上結(jié)合到第二部分72，這部位工作時有1900-2300 K范圍內(nèi)、特別是2100-2300 K范圍內(nèi)的溫度，而圖中為2100 K溫度。第二部分72有鎢芯和起碼90％(重量)的，最好是起碼95％(重量)的錸的表皮，表皮的其余成分為鎢。圖中電極桿7的第二部分72有1mm直徑，并比第一部分71粗，后者有0.8mm直徑。圖中電極5是第一電極桿部分71的自由端。
圖1中，電極桿7在第一部分71鄰近電極5處有鎢絲繞的包層74，用于調(diào)節(jié)電極的溫度。
圖1的燈消耗200 W功率。有0.7cm3容積和3mm電極距離的燈充入0.87mg NaI,0.45mg SnI2,0.76mg NaBr,0.21mg TlBr,0.17mg HgI2,2666帕O2,44mg Hg和10 000帕Ar。當(dāng)燈通電時，氧反應(yīng)形成鹵氧化物。
工作時第一和第二電極桿部分的共同邊界處在大約2100 K的溫度下，工作1600小時后放電容器仍然完全干凈，燈還沒有到達(dá)它壽命的終點。
與試驗燈作對比，在試驗燈中，所述電極桿之一是圖1所示的結(jié)構(gòu)，而另一個由鎢制成。電極距離為5mm。燈的氣體填充物有0.89mgSnI2,0.14mg HgI2,0.13mg WO3,39mg Hg和10000帕Ar。在200 W功率工作125小時后，鎢電極桿損壞，從而造成燈壽命終了，而另一個電極桿沒有看到改變的跡象。燈的放電容器仍然干凈。當(dāng)燈開始工作時，氧化鎢與鹵素反應(yīng)，形成鹵氧化物。
圖2中，電極桿7有第一部分71和鎢絲包層74以及鎢的第二部分，所述第二部分有直到部位73的錸外層72’。
圖3中，曲線W表示在燈內(nèi)鎢蒸汽壓與鎢化合物壓強的和與溫度的關(guān)系，而曲線Re表示在不同溫度下錸的蒸汽壓。
可以看到，錸蒸汽壓隨溫度升高而增加。這樣，溫度越高，錸蒸發(fā)越快。
還可以看到，鎢壓強的和在大約1500 K時最高，而在2250 K時最低。這意味著，1500 K的鎢表面將由于蒸發(fā)和產(chǎn)生揮發(fā)性產(chǎn)物的化學(xué)反應(yīng)而損失鎢，這些產(chǎn)物將轉(zhuǎn)移和淀積在大約2250 K的表面上，或者在更高的溫度的表面，因為在更高的溫度下例如2300-2500 K下分解反應(yīng)更快。這些過程是不希望的，因為它們會把鎢從鎢電極桿轉(zhuǎn)移到電極，從而引起桿變細(xì)并造成損壞。
可是，也可以看到，在1150 K處，也就是說在放電容器的壁處，鎢的壓強相當(dāng)高。鎢也從這種溫度的部位轉(zhuǎn)移到大約2200 K或更高溫度的部位。這種轉(zhuǎn)移是我們所追求的，因為它保持壁清潔。
圖中，兩曲線在大約2000 K處交叉。在其內(nèi)影響鎢化合物揮發(fā)性的雜質(zhì)使W的曲線如圖所示的那種燈中，曲線的交叉點的溫度是第一電極桿部分71和第二電極桿部分72的共同邊界部位73處的適當(dāng)溫度。如果在這燈中，所述共同邊界的溫度比所示的更高，在燈內(nèi)的最高錸溫度將會更高，從而會有更高的錸蒸發(fā)。如果在同樣的燈中，共同邊界的溫度較低，最高錸溫度將會較低，結(jié)果錸蒸汽壓會較低，但在邊界上的鎢壓強會較高，結(jié)果，就會發(fā)生鎢從所述處轉(zhuǎn)移到更高溫度的部位，在所述部位，曲線W有最小值。在燈內(nèi)有其它雜質(zhì)含量的情況下，W的曲線向右移動，并且兩曲線在更高溫度下相交。在基本上沒有雜質(zhì)的燈中，曲線將在大約1900 K處交叉。
權(quán)利要求
1．一種高壓金屬鹵化物燈，它包括密封的、透光的放電容器(1)，它有一對相對的封口(2)，并包圍著放電空間(3)，放電空間有包括惰性氣體和金屬鹵化物的氣體填充物；在放電空間(3)內(nèi)相對放置的鎢電極(5)；電流輸入導(dǎo)體(6)，它處在放電容器(1)的各封口(2)中，并從放電容器伸出；電極桿(7)，它固定在所述電流輸入導(dǎo)體(6)中的相應(yīng)的一個上，并伸進(jìn)放電空間(3)和支撐所述電極(5)中的相應(yīng)的一個，其特征在于所述氣體填充物含有金屬鹵氧化物，并且基本上沒有稀土金屬化合物；電極桿(7)有鎢的第一部分(71)，后者鄰近電極(5)、并在工作時有1900-2300K范圍內(nèi)的溫度的部位(73)上結(jié)合到第二部分(72)；所述第二部分(72)有鎢芯和起碼90％(重量)的錸的表層，表層的其余成分為鎢、并且固定在相應(yīng)的電流輸入導(dǎo)體(6)上。
2．權(quán)利要求1的高壓金屬鹵化物燈，其特征在于工作時所述部位(73)的溫度在2100-2300K范圍內(nèi)。
3．權(quán)利要求3的高壓金屬鹵化物燈，其特征在于所述電極桿(7)的所述第二部分(72)粗于所述第一部分(71)。
全文摘要
高壓金屬鹵化物燈的相對的鎢電極(5)由電極桿(7)支撐。電極桿(7)有鄰近電極(5)的鎢的第一部分(71)和第二部分(72),后者有鎢芯和起碼90%(重量)的錸的表層。它們的共同邊界處在這樣的部位,工作時此部位的溫度在1900－2100K范圍內(nèi)。氣體填充物含有金屬鹵氧化物,并且沒有稀土金屬化合物。這種燈有長的壽命和良好的發(fā)光保持特性。
文檔編號H01J61/20GK1217815SQ98800169
公開日1999年5月26日 申請日期1998年2月16日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月24日
發(fā)明者M·庫邦, R·P·肖爾 申請人:皇家菲利浦電子有限公司