專利名稱：陶瓷金屬鹵化物放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓放電燈，其包括封閉放電空間的陶瓷放電容器，該放電容器配置有包括一種或多種金屬鹵化物的可電離的填充物，該放電容器中布置了第一和第二電極，且該放電容器在放電空間的相應(yīng)側(cè)包括第一和第二閉合結(jié)構(gòu)，該閉合結(jié)構(gòu)連接到放電容器并包括各自的第一和第二電流饋通(feedthrough)，至少該第二電流饋通包括具有燒結(jié)結(jié)合至第二閉合結(jié)構(gòu)的毛細(xì)管以及位于該毛細(xì)管內(nèi)的導(dǎo)電引腳，毛細(xì)管和引腳之間留下縫隙，所述引腳和毛細(xì)管在遠(yuǎn)離放電空間的端部被焊接在一起。本發(fā)明具體涉及汽車頭燈放電燈。
汽車頭燈放電燈包括填充物，除了Xe氣體之外，該填充物還包括金屬鹵化物鹽混合物例如NaCe、NaPr、NaLu和NaNd碘化物，或者這些鹽的組合。應(yīng)用這些鹽混合物以獲得例如高的燈效率。
具有這種鹽混合物的燈的缺點(diǎn)為，放電空間任一側(cè)上的閉合結(jié)構(gòu)內(nèi)的溫度梯度導(dǎo)致各種數(shù)量的不同鹽成分被輸運(yùn)到毛細(xì)管和導(dǎo)電引腳之間的縫隙。最終鹽成分的混合物分離(demixing)導(dǎo)致燈工作期間顏色不穩(wěn)定以及燈使用壽命期間色點(diǎn)偏移。
從美國(guó)專利No.6,181,065中已知屬于本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域的說明書中列出類型的燈的示例。美國(guó)專利No.6,181,065的圖3中描述的燈具有金屬陶瓷毛細(xì)管。金屬陶瓷是包括結(jié)合了金屬的加工陶瓷顆粒的材料，適用于高溫應(yīng)用。
已知的燈的缺點(diǎn)為，制造期間不良控制的金屬陶瓷管收縮使得難以獲得嚴(yán)格定義的內(nèi)管尺寸。因此，管和導(dǎo)電引腳之間的寬縫隙在量產(chǎn)中實(shí)際上是不可避免的。然而，寬縫隙促進(jìn)了鹽成分的混合物分離。
金屬陶瓷管的另一個(gè)缺點(diǎn)為其多孔結(jié)構(gòu)。特別是在用于汽車燃燒器所必需的薄壁(50至200μm)，難以燒結(jié)金屬陶瓷管成真空密閉，其結(jié)果為燈內(nèi)部的高壓Xe氣體可能泄漏到燈外部。
本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種填充了鹽混合物的高壓放電燈，在燈工作期間以及燈使用壽命期間具有高的效率并具有改善的顏色穩(wěn)定性。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供可以容易量產(chǎn)的燈。
本發(fā)明的又一個(gè)目標(biāo)是提供較不易滲透氣體的燈。
本發(fā)明的這些和其他目標(biāo)通過根據(jù)權(quán)利要求1的高壓放電燈而實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的燈具有介于毛細(xì)管和引腳之間的至多10μm的縫隙。在這種小縫隙中沒有發(fā)現(xiàn)任何鹽成分，而在縫隙約30μm的傳統(tǒng)端部結(jié)構(gòu)中總是發(fā)現(xiàn)鹽成分。因此本發(fā)明的引腳和管結(jié)構(gòu)避免鹽滲入極小的縫隙，解決了燈顏色不穩(wěn)定的外觀。
這里使用的“陶瓷”是指難熔材料，例如單晶金屬氧化物(例如藍(lán)寶石)、多晶金屬氧化物(例如多晶致密燒結(jié)的氧化鋁和氧化釔)以及多晶的非氧化物材料(例如氮化鋁)。這些材料允許壁溫度為1500至1700K，并抵抗鹵化物和Na的化學(xué)侵蝕。出于本發(fā)明的目的，多晶氧化鋁(PCA)已被發(fā)現(xiàn)是最合適的。
陶瓷放電容器可以是管，或者備選地可具有筒形，且其可以通過已知鑄造技術(shù)生產(chǎn)，例如流鑄法。該閉合結(jié)構(gòu)可以是與容器一起燒結(jié)的插塞，或者該閉合結(jié)構(gòu)和容器可以是一個(gè)流鑄體的部分。
本發(fā)明的燈的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于其生產(chǎn)方法的簡(jiǎn)化。在第一生產(chǎn)步驟中，可以容易地離線制備半成品，其包括配置有第一電極和以氣密方式連接到第一閉合結(jié)構(gòu)的電流饋通的陶瓷放電容器，并包括第二閉合結(jié)構(gòu)內(nèi)的毛細(xì)管。在第二生產(chǎn)步驟中，該半成品通過第二閉合結(jié)構(gòu)中的毛細(xì)管被填充了可電離填充物。在插入電極之后，該管和電極在燈的最后生產(chǎn)步驟中可在Xe壓力下被焊接。焊接結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)為，通過本發(fā)明的燈的結(jié)構(gòu)，在焊接工藝中可以避免顯著的燈的溫度上升。這防止在焊接工藝期間氣體從燈逃逸。使用激光脈沖可以有利地實(shí)施快速焊接，這使得可以量產(chǎn)Xe壓力大于0.5Mpa的根據(jù)本發(fā)明的燈。已經(jīng)表明，Xe壓力高達(dá)3-4MPa的根據(jù)本發(fā)明燈仍然可由所述技術(shù)進(jìn)行量產(chǎn)。
本發(fā)明的另一個(gè)有利特征為，第二閉合結(jié)構(gòu)中毛細(xì)管的燒結(jié)結(jié)合的真空密閉。該管與預(yù)焙燒(pre-fired)閉合結(jié)構(gòu)共同燒結(jié)，由此形成真空密閉熱壓配合(shrink fit，sfit)燒結(jié)結(jié)合連接。盡管鋁土具有高于金屬管的熱膨脹系數(shù)(TEC)，但這樣獲得的燒結(jié)結(jié)合連接是真空密閉的，即使在高的燈工作溫度下。并非意在提供科學(xué)的解釋，熱壓配合燒結(jié)結(jié)合連接的真空密閉性可理解為源于以下事實(shí)，即，在共燒結(jié)工藝之后的冷卻期間，金屬管承受彈性形變，顯然沒有顯著的屈服。外徑至多為1mm的管的變形防止在TEC高于該金屬的鋁土中形成裂紋，但是在冷卻期間彈性應(yīng)力在管中累積。將燈加熱到其工作溫度也不會(huì)導(dǎo)致泄漏，這是因?yàn)樵摻饘俟軆?nèi)彈性應(yīng)力的弛豫，由此維持了管和陶瓷閉合結(jié)構(gòu)之間的密閉連接。
令人驚訝地，Mo、Re、W、Ir及其合金，可選地還包括V和/或Ti的管的彈性模量和屈服應(yīng)力的溫度依存性為，在該熱壓配合燒結(jié)結(jié)合連接的燒結(jié)以及隨后的冷卻期間，累積了足夠的彈性應(yīng)力，從而補(bǔ)償當(dāng)燈上升到其工作溫度時(shí)陶瓷閉合結(jié)構(gòu)和金屬管之間的熱膨脹系數(shù)差異。Mo或其合金的管優(yōu)選地為拉制管。就拉制Mo管而言，可得到更長(zhǎng)的壽命和切換周期數(shù)目。
第一饋通可以是任何常規(guī)的饋通。優(yōu)選地，第一饋通包括第一耐鹵化物導(dǎo)體，例如毗鄰電極的Mo棒，以及第二導(dǎo)體，例如包括Nb、Mo、W，其中該第一導(dǎo)體的直徑至多0.5mm，且具有在與電極相鄰的其一部分長(zhǎng)度上與該第一閉合結(jié)構(gòu)的第一部分的燒結(jié)連接，在其長(zhǎng)度的其余部分、第二導(dǎo)體、以及第一閉合結(jié)構(gòu)的第二部分之間留下一個(gè)空間，該空間被填充了陶瓷密封材料，例如密封玻璃。該陶瓷密封玻璃一般而言包括氧化物的混合物。該密封玻璃的優(yōu)選實(shí)施方案具有由Al2O3:SiO2:Dy2O3混合物組成的成分，并延伸了約1-3mm的長(zhǎng)度。密封玻璃這樣延伸到小間隙中是在燈制造期間通過局部加熱該閉合結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)的。該密封玻璃很大程度上覆蓋了該第二導(dǎo)體，甚至覆蓋了第一導(dǎo)體的一部分，由此阻止第二導(dǎo)體與鹵化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，該鹵化物可通過可能形成于第一耐鹵化物導(dǎo)體和第一閉合結(jié)構(gòu)之間的燒結(jié)連接內(nèi)的微裂紋而進(jìn)入。
制造該耐鹵化物導(dǎo)體的材料包括選自由鎢、鉬、錸形成的組的至少一種金屬、其合金、和/或至少一種這些金屬的導(dǎo)電硅化物、碳化物或氮化物。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及包括根據(jù)本發(fā)明的燈的汽車頭燈放電燈。本發(fā)明的燈通常通過其管懸掛于車燈內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的車燈的優(yōu)點(diǎn)為，與已知的陶瓷金屬管相比，由Mo、Re、W、Ir和其合金制成的毛細(xì)管具有更高的抗疲勞性。更高的抗疲勞性也有益于燈更長(zhǎng)的壽命。
以下參考圖示更詳細(xì)地解釋本發(fā)明的上述和另外方面，附圖中

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的燈；圖2至5示出了根據(jù)本發(fā)明燈的第二饋通的密封的示意性剖面圖示例；以及圖6為根據(jù)圖1燈的第一饋通的密封的示意性剖面圖示例。
對(duì)于車燈的一般結(jié)構(gòu)，參考了例如美國(guó)專利No.4,475,061。
圖1示出了一種配置有放電容器40的金屬鹵化物燈，該放電容器40具有封閉了容納可電離填充物的放電空間70的陶瓷壁。第一和第二鎢電極105、205布置于該放電空間內(nèi)以定義其間的放電路徑。該放電容器在放電空間兩側(cè)通過陶瓷凸起插塞的第一和第二閉合結(jié)構(gòu)130、230被閉合，該第一和第二閉合結(jié)構(gòu)130、230將電流引入(lead-through)導(dǎo)體(圖2180，280)封閉到各個(gè)第一和第二電極105、205。該放電容器被外泡(outer bulb)1包圍，其在一端配置有燈帽2。當(dāng)燈工作時(shí)，放電將在電極105、205之間延伸。電極105經(jīng)電流導(dǎo)體8連接到形成燈帽2一部分的第一電接觸。電極205經(jīng)電流導(dǎo)體9連接到形成燈帽2一部分的第二電接觸。
圖2示意性地說明了如圖1所示根據(jù)本發(fā)明的燈的第二饋通(280)的密封。該燈包括陶瓷放電容器(40)，這里為凸起插塞(230)的第二閉合結(jié)構(gòu)被燒結(jié)到該放電容器內(nèi)。該插塞優(yōu)選地包括和該陶瓷放電容器相同的材料。第二閉合結(jié)構(gòu)(230)與金屬毛細(xì)管(220)共同燒結(jié)，由此形成熱壓配合燒結(jié)結(jié)合連接(260)。該毛細(xì)管優(yōu)選地具有約320μm的內(nèi)徑。
熱壓配合燒結(jié)結(jié)合連接的長(zhǎng)度，在圖1中用Lsfit表示，應(yīng)該優(yōu)選地介于1mm和4mm之間。
圖2還示出了第一(未示出)和第二電極(205)之間的放電空間(70)。毛細(xì)金屬管(220)被寬度至多10μm的縫隙(215)與導(dǎo)電引腳(210)分離。導(dǎo)電引腳(210)優(yōu)選直徑約300μm，其和金屬管(220)通過焊接(225)被連接。
圖3示出了第二饋通的另一個(gè)實(shí)施方案，其中該熱壓配合燒結(jié)結(jié)合連接與包括陶瓷密封材料(250)的燒料(frit)連接組合。用于該燒料連接的材料的TEC優(yōu)選地約為該金屬管和陶瓷容器的TEC的平均值。該復(fù)合密封連接可短于與單獨(dú)的熱壓配合燒結(jié)結(jié)合連接的連接。
圖4示出了該連接的進(jìn)一步改進(jìn)，其意義在于該陶瓷密封材料密封了陶瓷環(huán)(235)。該陶瓷環(huán)優(yōu)選地為和容器及閉合結(jié)構(gòu)相同的材料。采用這種陶瓷環(huán)，避免了氣窩(gas pocket)的夾雜，因?yàn)橐粋?cè)的環(huán)和容器與另一側(cè)的環(huán)和管之間間隙內(nèi)的毛細(xì)力，其中該間隙的寬度不大于50μm，優(yōu)選地不大于30μm。陶瓷環(huán)還防止在密封玻璃內(nèi)以及圍繞燒料連接的閉合結(jié)構(gòu)內(nèi)累積高的應(yīng)力水平。
圖5示出了前述陶瓷環(huán)的修改，其意義在于該毛細(xì)管和第二閉合結(jié)構(gòu)之間的空間至少部分地被陶瓷密封材料(250)填充了距離lfrit以上，其遠(yuǎn)離放電空間。該布置還可實(shí)現(xiàn)短的密封長(zhǎng)度。該實(shí)施方案的優(yōu)點(diǎn)為，即使第一熱壓配合燒結(jié)結(jié)合連接在頻繁切換條件下并不保持真空密閉，但第一連接保持真空密閉。該熱壓配合燒結(jié)結(jié)合連接的長(zhǎng)度(lsfit)和該燒料連接的長(zhǎng)度(lfrit)應(yīng)該選擇為使得總是避免該燒料連接內(nèi)形成裂紋。該熱壓配合及燒料連接的合適長(zhǎng)度分別約為2以及2至4mm。該燈于是總是保持真空密閉，即使在該熱壓配合燒結(jié)結(jié)合連接中出現(xiàn)小裂紋的情況下。在該端部結(jié)構(gòu)中，總的連接長(zhǎng)度(lfrit+lsfit)應(yīng)該盡可能小(短的燃燒器長(zhǎng)度)，或者換而言之，應(yīng)該小得可獲得所需要的燈壽命以及切換周期數(shù)目。采用這種連接，可以獲得2500至3000小時(shí)的燈壽命以及40000以上的切換周期。
圖6示出了可能的第一密封。這里，優(yōu)選地包括3種部分(例如W-Mo-Nb)的饋通(180)被貼附到第一閉合結(jié)構(gòu)(130)，其被燒結(jié)到陶瓷放電容器(40)。毗鄰電極(105)的Mo棒(190)部分具有與前述的第一閉合結(jié)構(gòu)(130)的燒結(jié)連接。Nb棒、Mo棒部分以及該閉合結(jié)構(gòu)之間的其余縫隙被填充了密封燒料(150)。
如果熱壓配合燒結(jié)連接在頻繁切換期間不保持真空密閉，該燒料連接將保持真空密閉。熱壓配合燒結(jié)結(jié)合連接的長(zhǎng)度(lsfit)和燒料連接的長(zhǎng)度(lfrit)應(yīng)該為使得鹽成分無法嚴(yán)重地侵蝕該密封燒料，即使在該熱壓配合燒結(jié)連接內(nèi)形成小裂紋時(shí)也不會(huì)嚴(yán)重地侵蝕該密封燒料。該密封燒料的長(zhǎng)度優(yōu)選為至少2mm，從而將燒料的溫度保持足夠低，以避免由于棒和閉合結(jié)構(gòu)的不同收縮導(dǎo)致的裂紋?？偟倪B接長(zhǎng)度(lfrit+lsfit)應(yīng)該盡可能小以獲得短長(zhǎng)度的燈，或者換而言之，應(yīng)該小得可獲得所需要的燈壽命以及切換周期數(shù)目。
權(quán)利要求
1.一種高壓放電燈，包括封閉放電空間的陶瓷放電容器(40)，該陶瓷放電容器(40)配置有包括一種或多種金屬鹵化物的可電離的填充物，其中布置了第一(105)和第二電極(205)，且該陶瓷放電容器(40)在放電空間(70)的相應(yīng)側(cè)包括第一(130)和第二閉合結(jié)構(gòu)(230)，該閉合結(jié)構(gòu)連接到該放電容器并包括各自的第一(180)和第二電流饋通(280)，至少該第二電流饋通(280)包括具有燒結(jié)結(jié)合至該第二閉合結(jié)構(gòu)(230)的毛細(xì)管(220)以及位于該毛細(xì)管內(nèi)的導(dǎo)電引腳(210)，該毛細(xì)管和該引腳之間留下縫隙(215)，所述引腳和毛細(xì)管在遠(yuǎn)離該放電空間的端部被焊接在一起(225)，其中該毛細(xì)管的外徑至多1mm，該縫隙至多10μm寬，且該引腳和毛細(xì)管包括選自Mo、Re、W、Ir的金屬、其合金，可選地還包括V和/或Ti。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的燈，其中陶瓷密封材料(250)至少部分地填充了由該放電容器、該毛細(xì)管和該第二閉合結(jié)構(gòu)的外部側(cè)封閉的空間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的燈，其中該陶瓷密封材料密封陶瓷環(huán)(235)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的燈，其中陶瓷密封材料(250)至少部分地填充了遠(yuǎn)離該放電空間的該毛細(xì)管和該第二閉合結(jié)構(gòu)之間的空間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的燈，其中第一電流饋通(180)包括毗鄰該第一電極(105)的第一耐鹵化物導(dǎo)體(190)和例如包括Nb、Mo和W的第二導(dǎo)體(100)，其中該第一導(dǎo)體的直徑至多0.5mm，且具有在與該電極相鄰的其一部分長(zhǎng)度上延伸的、與該第一閉合結(jié)構(gòu)的第一部分的燒結(jié)連接，由此留下由其長(zhǎng)度的其余部分、該第二導(dǎo)體、以及該第一閉合結(jié)構(gòu)的第二部分封閉的空間，該空間被填充了陶瓷密封材料(150)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的燈，其中圍繞該第二導(dǎo)體的該陶瓷密封材料延伸超出該第一閉合結(jié)構(gòu)。
7.一種汽車頭燈放電燈，包括根據(jù)任一權(quán)利要求1至6的燈。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高壓放電燈，其包括封閉放電空間的陶瓷放電容器，該陶瓷放電容器配置有包括一種或多種金屬鹵化物的可電離的填充物，該放電容器中布置了第一和第二電極，且該放電容器在放電空間的相應(yīng)側(cè)包括第一和第二閉合結(jié)構(gòu)，該閉合結(jié)構(gòu)連接到放電容器并包括各自的第一和第二電流饋通，至少該第二電流饋通包括具有燒結(jié)結(jié)合至第二閉合結(jié)構(gòu)的毛細(xì)管以及位于該毛細(xì)管內(nèi)的導(dǎo)電引腳，毛細(xì)管和引腳之間留下縫隙，所述引腳和毛細(xì)管在遠(yuǎn)離放電空間的端部被焊接在一起，其中該毛細(xì)管的外徑至多1mm，該縫隙至多10μm寬，且該引腳和毛細(xì)管包括選自Mo、Re、W、Ir的金屬、其合金，可選地還包括V和/或Ti。本發(fā)明進(jìn)一步涉及包括本發(fā)明的燈的車燈。
文檔編號(hào)H01J61/36GK1969366SQ200580019510
公開日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2005年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月14日
發(fā)明者J·C·M·亨德里克斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司