專利名稱：一種高效長壽命陶瓷金鹵燈電極系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陶瓷金鹵燈，尤其是一種小功率高效長壽命陶瓷金鹵燈電極系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來陶瓷金鹵燈科技發(fā)展愈益成熟，性能參數(shù)大輻提升并已在各個(gè)方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越傳統(tǒng)的石英金鹵燈，其使用開始快速推廣。雖然如此但目前陶瓷金鹵燈性能尚未臻完善，各種更為先進(jìn)的專利技術(shù)還在不斷涌現(xiàn)，更為完善的陶瓷金鹵燈將陸續(xù)推出。
目前小功率陶瓷金鹵燈的常用電極(見圖4)是一個(gè)設(shè)計(jì)獨(dú)特、性能優(yōu)異、但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難并且昂貴的美國通用電氣公司的專利產(chǎn)品，由圖4可知這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在較粗的鈮絲1后焊接較細(xì)的鉬芯線2，在鉬芯絲2前端再焊接一根更細(xì)的鎢絲3，在鉬芯絲2上密繞鉬螺旋4，在鎢絲3前端密繞數(shù)圈更細(xì)鎢絲5的作用是真正的電極工作時(shí)電極溫度很高(約3000°)，但其鎢絲3很細(xì)，導(dǎo)走熱量很少，其后鉬芯絲2及鉬螺旋4基本充滿瓷袖套管足以支撐電極居中穩(wěn)定，并減少熱量向二端及經(jīng)瓷袖套向四周的散失，同時(shí)隔離了冷凝的液態(tài)金屬鹵化物對鈮絲的腐蝕。由于此種結(jié)構(gòu)的保溫效果較好，明顯提高了燈冷端溫度使金屬鹵化物蒸發(fā)更為完全，性能得以大幅改進(jìn)，同時(shí)還可適當(dāng)增大泡殼體積、降低壁負(fù)荷以使正對電弧的電弧管殼部分溫度最高的壁負(fù)荷適當(dāng)降低，從而降低該處溫度，延長燈的壽命。
圖4所示的電極系統(tǒng)確有多種優(yōu)點(diǎn)，對提高燈性能起了很大作用，但其制作較為復(fù)雜成本亦高，更需一提的是這種結(jié)構(gòu)必然容許部分金屬鹵化物蒸汽滲入陶瓷袖管中鉬螺旋周圍，并永久沉積其中，直到鉬螺旋與陶瓷袖管之間及與鉬芯絲之間全部縫隙填滿止，這必然造成使用初期燈的各種光電參數(shù)的較大幅度的變化，所以其改進(jìn)是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種陶瓷金鹵燈電極系統(tǒng)，這種陶瓷金鹵燈具有低功率、高光效、長壽命的特點(diǎn)。
為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明包括有一個(gè)陶瓷電弧管(見圖5)，陶瓷電弧管二端帶有支撐電極系統(tǒng)的陶瓷袖管，電極系統(tǒng)的最外端為鈮絲或鈮套管用以與陶瓷管進(jìn)行氣密性匹配封接，陶瓷電弧管中充有汞、金屬鹵化物和惰性氣體，本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種陶瓷金鹵燈專用電極，其結(jié)構(gòu)示如圖2或圖3，圖2或圖3所示為兩段式電極系統(tǒng)，所述的電極系統(tǒng)的鈮絲或鈮管接有直徑細(xì)于鈮絲或鈮管的鎢絲，鎢絲末端繞有比鎢絲更細(xì)的釷鎢絲制成的螺旋形電極，在鈮絲或鈮管后的鎢絲外套有低融點(diǎn)金屬鋅(Zn)或錫(Sn)或銻(Sb)或其合金或其他低融點(diǎn)材料制成的套管。
所述的套管選用其他低熔點(diǎn)材料的要求是不與鎢、鈮產(chǎn)生化學(xué)作用，且飽和蒸汽壓較低，熱阻較大。
在所述的套管之后的鎢絲上套有陶瓷套環(huán)，陶瓷環(huán)位于支撐電極的陶瓷袖管中接近端口處。
此種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在制燈的最后階段使套在鎢絲(二段式電極系統(tǒng))外的低熔點(diǎn)套管熔融，由于毛細(xì)作用而形成繼鈮之后的充滿陶瓷袖管的固態(tài)或液態(tài)金屬密封材料，而緊接在低熔點(diǎn)密封材料末端接近陶瓷袖套的端口則由陶瓷環(huán)7封口。
圖1示出了這種陶瓷金鹵燈電弧管結(jié)構(gòu)，圖中8為陶瓷金鹵燈電弧管，該電弧管管殼詳細(xì)結(jié)構(gòu)則表明在圖5、圖7中，圖中標(biāo)注的9a、9b為其二端支撐電極的陶瓷袖套管，圖中標(biāo)注的10a、10b為密封用陶瓷焊料，圖中標(biāo)注的1a、1b為封接用鈮絲或鈮管。如5圖所示在螺旋形電極5鎢絲芯線后的鎢絲3外包有低熔點(diǎn)金屬Zn或以上所述其它材料的套管6，陶瓷袖套近端口處則由陶瓷環(huán)7封口。
本發(fā)明的燈工作時(shí)陶瓷袖管中的低熔點(diǎn)金屬呈固態(tài)(近鈮絲端)式熔融狀態(tài)(端口附近)(Zn熔點(diǎn)419.5℃、Sb熔點(diǎn)630.5℃、Sn熔點(diǎn)182.5℃)，液態(tài)金屬熱導(dǎo)率很低(例如Zn為0.59W/cmK)約為鉬、鎢材料的三分之一，由此熔融材料導(dǎo)走的熱量較少，這不僅進(jìn)一步提高了冷端溫度，還降低了陶瓷---鈮密封處的溫度。這種熔融態(tài)的材料與鎢、鉬絲或陶瓷管之間不存在膨脹系數(shù)的匹配問題，在冷凝過程中此類材料的膨脹系數(shù)較陶瓷為大，但鎢、鉬材料則偏小，二者差異將部分抵消，另一方面由于此類低熔點(diǎn)材料均為軟金屬，可塑性很大，因此與陶瓷間膨脹系數(shù)的差異為其形變吸收，不會造成陶瓷袖管的應(yīng)力和炸裂。由于此類低熔點(diǎn)金屬完全充滿袖套管，不存在任何隙縫，金屬鹵化蒸汽沒有滲透到袖管內(nèi)部的可能，在這一點(diǎn)上比現(xiàn)用結(jié)構(gòu)中的鉬絲螺旋更為優(yōu)越(如前所述，金屬鹵化物蒸汽將滲入鉬螺旋隙縫并凝結(jié)其中而造成燈參數(shù)的早期漂移)。因此燈壽命將更長，色溫和顯色指數(shù)更加穩(wěn)定。當(dāng)然在燈制成初期陶瓷袖管端口附近的低濃點(diǎn)金屬將和燈中的金屬鹵化物蒸汽的金屬置換形成鹵化物，并蒸發(fā)到放電空間參與放電發(fā)光，而被置換出的原金屬鹵化物中的金屬成分則與低融點(diǎn)金屬形成微量合金，此合金沉積在陶瓷環(huán)附近，切斷了金屬鹵化物蒸汽與低融點(diǎn)金屬的接觸，使一切化學(xué)作用停止并進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。陶瓷環(huán)的另一作用則是保證電極處于陶瓷袖套管的軸線位置。


圖1為陶瓷金鹵燈結(jié)構(gòu)示意2為本發(fā)明電極系統(tǒng)的二段式結(jié)構(gòu)示意3為本發(fā)明電極系統(tǒng)的二段式結(jié)構(gòu)示意4為常規(guī)陶瓷金鹵燈的二段式電極結(jié)構(gòu)圖5為本發(fā)明陶瓷金鹵燈電弧管結(jié)構(gòu)示意6為本發(fā)明實(shí)施例35W陶瓷金鹵燈電極結(jié)構(gòu)尺寸7為本發(fā)明實(shí)施例35W陶瓷金鹵燈結(jié)構(gòu)尺寸圖附圖標(biāo)記說明鈮絲或鈮管1(1a，1b)， 鉬芯線2，鎢絲3，鉬螺旋4，鎢絲5，螺旋形電極5，套管6，陶瓷環(huán)7，陶瓷電弧管8，陶瓷袖套9a、9b，氣密性封接用陶瓷焊料10a、10b，陶瓷金鹵燈外殼11，電弧管支架12、13，燈頭14，燈腳15a、15b，電極16a、16b下面綜合附圖及實(shí)施范例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1圖1表示35W陶瓷金鹵燈的結(jié)構(gòu)，它包括一個(gè)石英玻璃外殼11，陶瓷電弧管8，電弧管兩端各有的電極16a、16b引出支架12、13，燈頭14，二個(gè)燈腳15a、15b。其陶瓷電弧管8結(jié)構(gòu)及尺寸如圖7所示，管殼二端為支撐電極的陶瓷袖套管9a、9b，二陶瓷袖套管9a、9b的外端有密封用陶瓷焊料10a、10b。電弧管中充有汞、金屬鹵化物和惰性氣體。
所述的陶瓷電弧管8的管殼為陶瓷材料，陶瓷電弧管8的管殼為球柱形、球形。其特點(diǎn)是二側(cè)向電極16a、16b靠近時(shí)壁厚逐漸加厚，提高二端保溫效果、提高冷端溫度，從而可以在不降低冷端溫度的情況下設(shè)計(jì)較長(較大)的管殼，加長極間距離，降低工作氣壓，保持原功率不變但加長了電弧尺寸，降低了中部電弧區(qū)峰值壁負(fù)荷，從而提高發(fā)光效率并延長了燈管壽命。
所述陶瓷金鹵燈的電極系統(tǒng)采用如圖2所示的二段式結(jié)構(gòu)，在封接用鈮絲1后直接焊接細(xì)鎢絲3，鎢絲3的直徑比鈮絲1直徑細(xì)，鎢絲3末端設(shè)置有由釷鎢絲制成的螺旋形電極5，用于螺旋形電極5的釷鎢絲直徑比鎢絲3直徑更細(xì)；而在緊接鈮絲1后的鎢絲3外則套以由低熔點(diǎn)金屬鋅(Zn)制成的套管6，所述的套管6可以由低融點(diǎn)金屬錫(Sn)或銻(Sb)或其合金或其他低融點(diǎn)材料制成。所述的其他低熔點(diǎn)材料的要求是不與鎢、鈮產(chǎn)生化學(xué)作用，且飽和蒸汽壓較低，熱阻較大。具體尺寸則如圖6所示，本實(shí)施例1所述的鈮絲1直徑為0.7mm，鎢絲3直徑為0.24mm，用于螺旋形電極5的釷鎢絲直徑為0.13mm。
實(shí)施例2
實(shí)施例2為250W陶瓷金鹵燈，實(shí)施例2與實(shí)施例1結(jié)構(gòu)相同，只是所述的在封接用鈮管1后直接焊接細(xì)鎢絲3，鎢絲3的直徑比鈮管1直徑細(xì)。
實(shí)施例3實(shí)施例3與上述實(shí)施例1、2結(jié)構(gòu)相同，如圖3所示只是在鎢絲3的鋅套管6之后的鎢絲3上套有陶瓷環(huán)7，所述的陶瓷環(huán)7處于陶瓷袖管中接近端口處。陶瓷環(huán)7是由與陶瓷電弧管同樣材質(zhì)的半透明氧化鋁陶瓷制成。陶瓷環(huán)7也可以是由單晶氧化鋁陶瓷制成。
實(shí)施例4實(shí)施例4與實(shí)施例3結(jié)構(gòu)相同，只是所述的陶瓷環(huán)7可選用高溫陶瓷材料如氧化鈦、氧化鋯、炭化硅、氮化硼或其他任何一種高溫陶瓷材料制造。
實(shí)施例5實(shí)施例5與實(shí)施例3結(jié)構(gòu)相同，只是所述的陶瓷環(huán)7可用不與金屬鹵化物起作用的金屬如鎢、銠、鉬、鉭等難熔金屬或其合金中的一種材料制成。
權(quán)利要求
1.一種高效長壽命陶瓷金鹵燈，包括有一個(gè)陶瓷電弧管(8)，陶瓷電弧管(8)二端帶有支撐電極的陶瓷袖管(9a、9b)，電極系統(tǒng)的最外端為鈮絲或鈮套管(1)用以與陶瓷管進(jìn)行氣密性匹配封接，陶瓷電弧管(8)中充有汞、金屬鹵化物和惰性氣體，其特征在于所述的電極系統(tǒng)的鈮絲或鈮管(1)接有直徑細(xì)于鈮絲或鈮管(1)的鎢絲(3)，鎢絲(3)末端繞有比鎢絲(3)細(xì)的釷鎢絲制成的螺旋形電極(5)，在鈮絲或鈮管(1)后的鎢絲(3)外套有低熔點(diǎn)金屬鋅或錫或銻或其合金或其他低熔點(diǎn)材料制成的套管(6)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高效長壽命陶瓷金鹵燈，其特征在于所述低熔點(diǎn)金屬套管(6)之后的鎢絲(3)上套有陶瓷環(huán)(7)，陶瓷環(huán)(7)位于支撐電極的陶瓷袖管中接近端口處。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種高效長壽命陶瓷金鹵燈，其特征在于所述的套管(6)選用其他低熔點(diǎn)材料的要求是不與鎢、鈮產(chǎn)生化學(xué)作用，且飽和蒸汽壓較低，熱阻較大。
4.如權(quán)利要求1或2所述的一種高效長壽命陶瓷金鹵燈，其特征在于所述的陶瓷環(huán)(7)為由與陶瓷電弧管同樣材質(zhì)的半透明氧化鋁陶瓷或單晶氧化鋁陶瓷制成。
5.如權(quán)利要求1或2所述的一種高效長壽命陶瓷金鹵燈，其特征在于所述的陶瓷環(huán)(7)可選用高溫陶瓷材料如氧化鈦、氧化鋯、炭化硅、氮化硼或其他任何一種高溫陶瓷材料制造。
6.如權(quán)利要求1或2所述的一種高效長壽命陶瓷金鹵燈，其特征在于所述陶瓷環(huán)(7)可用不與金屬鹵化物起作用的金屬如鎢、銠、鉬、鉭等難熔金屬或其合金中的一種材料制成。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種高效長壽命陶瓷金鹵燈電極系統(tǒng)，這種電極系統(tǒng)的鈮絲或鈮管(1)接有直徑細(xì)于鈮絲或鈮管(1)的鎢絲(3)，鎢絲(3)末端繞有比鎢絲(3)細(xì)的釷鎢絲制成的螺旋形電極(5)，在鈮絲或鈮管(1)后的鎢絲(3)外套有低融點(diǎn)金屬鋅或錫或銻或其合金或其他低融點(diǎn)材料制成的套管(6)。這種電極系統(tǒng)能確保電極處于電弧管軸線位置并能確保電弧管可靠的氣密性密封，并使放電空間的金屬鹵化物不進(jìn)入陶瓷套管而對封接材料產(chǎn)生腐蝕作用，從而保證了充入電弧管的金屬鹵化物的成份更為穩(wěn)定，達(dá)到正常燈管壽命提高光效的結(jié)果，而且這種電極系統(tǒng)還有結(jié)構(gòu)比較簡單，制造工藝和成本相對低廉的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H01J61/04GK101086947SQ20061003587
公開日2007年12月12日 申請日期2006年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月9日
發(fā)明者楊正名, 高光義, 張明, 柴國生 申請人:廣東雪萊特光電科技股份有限公司