專利名稱：具有含碳化物發(fā)光體的鹵素白熾燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明從一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的具有含碳化物發(fā)光體的 卣素白熾燈出發(fā)。這種白熾燈應(yīng)用于普通照明和用于照相光學(xué)目的。
現(xiàn)有技術(shù)
為了提高鵠燈的光密度，根據(jù)DE-A 31 23 442應(yīng)用具有纏繞燈絲 (Umspiimimgswendel)的發(fā)光體。不僅纏繞絲(Umspiimimgsdraht) 而且被纏繞的燈絲(Wendel)都是由鵠構(gòu)成的。在此，主要決定消耗功 率的較粗的鎢絲(以下稱為"芯線(Kerndraht)")被較細的鵠絲所纏 繞。纏繞燈絲的目的是增大發(fā)光體表面積并因此增大輻射面積。通過這 種措施實現(xiàn)了，主要由絲直徑來確定的如下的比例得到改善，所述比例 為與消耗功率相關(guān)的絲橫截面面積和與輻射相關(guān)的絲表面積之間的比 例。此外，有效的輻射面積通過燈絲幾何形狀來確定。簡單來說，通過 增大輻射表面積實現(xiàn)沿著燈絲的較短區(qū)段輻射經(jīng)確定的功率。在此假 設(shè)，其它進入能量平衡的影響參數(shù)(Einfluesse)基本上是保持恒定的。
由US-A3 237 284和US-A3 219 493已知一種發(fā)光體，在該種發(fā)光 體中不僅芯線而且纏繞燈絲都是由TaC構(gòu)成的或者至少作為主要化學(xué) 組分而包含TaC。在這些專利中纏繞燈絲的目的類似于鴒燈絲，即通過 幾何增大輻射表面積而提高輻射發(fā)射。不僅纏繞絲而且芯線主要都由碳 化鉭構(gòu)成并且沒有芯線和纏繞絲的不同材料配對的問題。此外直徑為d 的纏繞絲具有相對大的匝距w,所述匪距在wX)和w〈2d之間。所述芯 線沒有完全被包封，如在所附的圖中可明顯看到的那樣。還描述了一種 單層的纏繞燈絲，其中附加地出于連接的目的可在芯線上涂覆碳層，隨 后該碳層在加熱時被用來碳化以及局部熔融芯線和纏繞絲，因此不再存 在于成品燈中。
本發(fā)明的描述
本發(fā)明的目的在于，提高上述種類燈的使用壽命。該目的通過權(quán)利要求1的特征部分來實現(xiàn)。特別有利的實施方案在 從屬權(quán)利要求中描述。
碳化鉭具有比鴒高約500K的熔點。因此，由碳化鉭構(gòu)成的發(fā)光體 的溫度可調(diào)節(jié)成顯著地高于由鎢構(gòu)成的發(fā)光體的溫度。由于發(fā)光體更高 的溫度和碳化鉭在可見光譜區(qū)域中增強的發(fā)射，因此包含碳化鉭作為發(fā) 光體的燈比包含由鎢構(gòu)成的傳統(tǒng)熾熱體的燈可實現(xiàn)高得多的光輸出。碳
化或在高溫時發(fā)光體的分解。
為了保持在制備TaC燈時的制備技術(shù)費用盡可能低，TaC燈應(yīng)該被 構(gòu)造成與具有石英技術(shù)或硬質(zhì)玻璃技術(shù)制成的燈泡的傳統(tǒng)低壓-卣素燈 具有同樣的幾何形狀。由氧化鋁陶瓷制成的燈泡也盡可能類似于市售的 具有陶瓷放電容器的金屬卣化物燈。
根據(jù)本發(fā)明應(yīng)用一種發(fā)光體，該發(fā)光體被設(shè)計為纏繞燈絲，并由芯 線和包線(Umspinnung)構(gòu)成。作為包線大多數(shù)應(yīng)用纏繞絲或涂層和 纏繞絲的組合。所述包線也可以包含多種纏繞絲。
特別地首先制成由能夠碳化的材料(如鉭絲)構(gòu)成的纏繞絲，與由 其它的高熔點材料構(gòu)成的芯線一起。在第一實施方案中，這些其它材料 在所選擇的條件下是能夠碳化的材料，特別是Hf、 Zr、 Nb、 V、 Ti、 W或它們的合金。然后應(yīng)用這些燈絲(Wendeln )構(gòu)造成桿燈 (Staengellampe )。隨后這種發(fā)光體在開放式的桿燈中應(yīng)用甲烷和氳的 混合物而碳化。金屬大都根據(jù)形成碳化物的自由反應(yīng)焓和碳溶解性而轉(zhuǎn) 變?yōu)楦髯缘慕饘偬蓟铩Ｔ诘诙嵤┓桨傅那闆r下，所述其它材料在合 適的經(jīng)選擇的條件下涉及不形成碳化物的金屬，如錸、鋨、銥、釕，或 在發(fā)光體溫度低時還涉及鴒。這些材料以純金屬形式存在。對于碳化的 基本特性，參見例如S. Okoli, R. Haubner, B. Lux, Surface and Coatings Technology 47 ( 1991), 585-599，和G. H6rz, Metal127， ( 1973), 680。 隨后用泵抽吸經(jīng)滲碳的桿燈，用填充氣充填，最后熔融泵桿并由此封閉 該燈。
在特別的情況下，代替在開放式的桿燈中對燈絲滲碳，還可以在熔 融的、封閉的燈中進行滲碳。那么為燈的填充氣相應(yīng)地提供過量的碳并進行調(diào)適，然而這是很困難的且在實踐中大都只在燈絲滲碳溫度<3200 K時可行。限制性因素是純金屬的熔點。例如鉭的熔點為2996"C。
在成品燈中對燈絲滲碳時，還未碳化的燈絲的高斷裂強度是有利 的。從而更好地保證了向顧客運送燈。在第一次接通發(fā)光體時，本來的 燃燒位置上開始燈絲的碳化，同時由于脆化而出現(xiàn)強度降低。
由于不同的碳化時間點(在燈制備過程中或第 一次到達顧客手中 時)，在此描述的實施方案不僅適用于純的發(fā)光體金屬和金屬合金而且 適用于經(jīng)碳化Uufkarburiert)的金屬和金屬合金。然而純金屬或金屬 合金最遲在接通燈時轉(zhuǎn)變?yōu)楦髯缘慕饘偬蓟锘蚪饘偬蓟锖辖稹?br> 盡管TaC的熔點與鴒相比高500K，然而在約3400 K的參比溫度時 碳的蒸發(fā)速率比鎢發(fā)光體高許多倍。TaC-發(fā)光體上碳的高蒸發(fā)速率雖然 可通過不同的措施降低。不過，這主要通過提高燈的冷充氣壓力
(Kaltfuelldruck )、通過應(yīng)用碳循環(huán)工藝、通過從碳源向碳槽輸入連續(xù) 流或通過降低恒定色溫下TaC-發(fā)光體的蒸汽壓力而進行。在此， 一個 優(yōu)選的措施是形成HfC-TaC、 ZrC-TaC等合金或者形成亞化學(xué)計量
(unterstoechiometrisch )的TaC。然而完全再現(xiàn)的循環(huán)工藝的i殳計或 在含碳的氣氛中發(fā)光體的完全穩(wěn)定化是困難的。
對碳蒸汽壓力和由此導(dǎo)致的(只要沒有完全再現(xiàn)的碳循環(huán)過程或在 含C氣氛中發(fā)光體的完全穩(wěn)定化存在)碳化鉭燈使用壽命的主要影響因 素是發(fā)光體溫度。發(fā)光體溫度與燈的色溫不一致，但是與燈的色溫緊密 相關(guān), 例如參見 Becker/Ewest: " Die physikalischen und strahlungstechnischen Eigenschaften des Tantalcarbids，，, Zeitschrift ftir technische Physik， Nr. 6， 216頁往后(1930)。在典型的發(fā)光體溫度范 圍內(nèi)溫度差異大都小于IOOK。然而，如果降低發(fā)光體的色溫，那么根 據(jù)普朗克輻射定律，光輻射在可見光區(qū)域?qū)⒀杆贉p少。從而可達到明顯 的使用壽命延長，因為TaC或其它金屬碳化物上方的碳蒸汽壓力隨著 溫度下降而隨之強烈地下降。
第一目的在于，找到用來在較低發(fā)光體溫度下也達到足夠的光密度 的解決方法。在這點上有幫助的是與鴒比較，TaC至少在約3000至3300 K的溫度下的發(fā)射較高。因此在應(yīng)用碳化鉭燈時的一個重要目的是在可見光區(qū)域中在與TaC的熔點相比約3000 K的"低"色溫，也就是約 2500-3350 K的色溫下較高發(fā)射能力的利用。金屬碳化物燈不一定非要 在較高的溫度下工作，以達到比鴒-卣素白熾燈更高的光輸出。
此外，在缺少完全再現(xiàn)的循環(huán)工藝或缺少在合適的氣體氣氛中發(fā)光 體的穩(wěn)定化的情況下，應(yīng)簡要研究具有由金屬碳化物構(gòu)成的發(fā)光體的燈 的失效機理。失效機理大都至少原則上遵循如對具有鵠燈絲的燈描述的 "熱斑才莫型(Hot-Spot國Modell )，，，參見H. H6rster， E. Kauer, W. Lechner， "Zur Lebensdauer von Gltihlampen，，, Philips techn. Rdsch. 32, 165-175 ( 1971/1972)。以沿著發(fā)光體絲的小的"干擾"為條件，如通過 顆粒邊界上提高的功率輸入(Leistungseintrag )、材料數(shù)據(jù)小的局部改 變、絲直徑局部有限的變小、燈絲中的局部污染、燈絲的兩個匝 (Windung)的過小距離等導(dǎo)致了 一個位置相對于周圍位置來說極少的 局部受限加熱。在這種情況下，局部受限最多限于兩個匝。溫度的局部 升高這樣起作用，即材料從這位置的蒸發(fā)增強了并且這個位置因此優(yōu)選 相對于周圍位置縮小了，由此使得該位置處的電阻升高。因為電阻的升 高限于小范圍內(nèi)，所以發(fā)光體總電阻只無關(guān)緊要的改變，或其比所觀察 的位置處電阻只是提高了極其小的部分。在具有些許升高電阻的窄的限 界位置的功率輸入升高，因為 一樣的電流或只有相比之下降低極少的電 流流過現(xiàn)在具有升高的電阻的這些位置。由此溫度繼續(xù)提高，這又加速 了該位置相對于周圍位置的縮小，等等。以上述的方法加速了薄的位置 本身的形成，并最后導(dǎo)致發(fā)光體在該位置被燒斷。對于由金屬碳化物如 碳化鉭構(gòu)成的燈，相對于由鵠構(gòu)成的熾熱體添加了另外的效應(yīng)，即碳蒸 發(fā)時生成的低碳化物Ta2C的比電阻為TaC的3倍多，如參見S, Okoli, R. Haubner, B. Lux, " Carburization of tungsten and tantalum filaments during low pressure diamond deposition" , Surface and coatings Technology, 47 ( 1991 )， 585-599。這種影響導(dǎo)致破壞機理對 于由碳化鉭構(gòu)成的發(fā)光體比由鵠構(gòu)成的發(fā)光體積累的要快。所以用于抑 制該問題的有效機理比在應(yīng)用鵠的情況下還要更急需。
所以附加的第二個目的在于，避免上述破壞機理或至少減弱這種破 壞機理，或轉(zhuǎn)換成用來延長使用壽命的常用措施。
附加的第三個目的在于，穩(wěn)定脆性的和因此容易破碎的由金屬碳化物構(gòu)成的燈絲。
此外本發(fā)明的一個有利特征在于，由至少一種金屬碳化物構(gòu)成的燈 絲被設(shè)計作為纏繞絲或作為芯線并且與其它第二種材料組合作為纏繞 絲或作為芯線。應(yīng)用不同的材料作為芯線和纏繞絲為具有金屬碳化物燈
絲的燈提供了相對于US-A3 237 284和US-A3 219 493中所述燈的決定 性的優(yōu)點。釆用這種燈絲設(shè)計可以以下面所述方式對解決上述目的作出 貢獻。
對于纏繞燈絲，通過增加輻射的發(fā)光體表面積來提高了金屬碳化物 -白熾燈絲(Gluehwendel)的光輸出面積。類似于鵠纏繞燈絲那樣，首 先由此成功地提高了光密度，或在較低的發(fā)光體溫度時達到同樣的光密 度。達到高的光密度特別地對于燈在反射器中或光學(xué)投影體系中的使用 令人感興趣。優(yōu)選地，纏繞絲的典型直徑為7pm至150nm。芯線的典 型直徑為80 fim至800 nm。 24 v和250 w的投影燈的具體例子是，在 11匝芯線和3200匝纏繞絲時例如纏繞絲直徑為20 nm且芯線直徑為 255 nm。典型的功率級是IO瓦至IOOO瓦。
在此典型地是，纏繞絲直徑和芯線直徑的比為1/3至1/20。優(yōu)選地， 纏繞絲(如鉭絲-直徑為25 nm)與被纏繞的芯線(如錸絲直徑為l卯nm) 的比為約1/5至1/15。
對于純鎢-鵠方案，典型地鵠纏繞絲的匝距總是大于纏繞絲的直徑， 這就是說包線的繞距系數(shù)(Steigungsfaktor )在實踐中總是大于1.2。在 250 w的功率時，例如鵠纏繞絲的繞距系數(shù)典型為1.8和鴒芯線繞組 (Kerndrahtwicklung )的繞3巨系數(shù)典型為1.3。纏繞燈絲的兩個相鄰臣 的外側(cè)之間距離總是>0 ，但是小于芯線直徑的兩倍。
對于由不同材料構(gòu)成的金屬碳化物纏繞燈絲，芯線的直徑以及匝的 繞距系數(shù)和數(shù)目類似于鵠的情況(直徑為80 nm至800 nm和繞距
(Steigung)為1.1至2.0，匝數(shù)目為3至30)?？偟膩碇v，對于由不同 材料構(gòu)成的金屬碳化物纏繞燈絲，繞距比稍大些(1.1至3.0)，因為通 過碳化時金屬的體積膨脹而使得匝距稍微改變和稍微傾斜
(verkippen)。通過較大的繞iE巨應(yīng)避免臣間短路。對于由不同材料構(gòu)成的金屬碳化物纏繞燈絲，纏繞絲的繞距系數(shù)
(1.0-1.4)趨向小于鎢的繞距系數(shù)，因為應(yīng)產(chǎn)生盡可能封閉的包封。由 于必須考慮在碳化時金屬的體積膨脹，因此在碳化前繞距系數(shù)總是明顯 大于1.0。然而在本發(fā)明中這種繞距系數(shù)在點燃狀態(tài)下優(yōu)選明顯小于1.4, 特別優(yōu)選為1.0至1.2。附加地在燈絲設(shè)計時必須同時考慮發(fā)光體的"綻 開"，因為纏繞絲由于在碳化時的縱向伸長而將各個匝相互擠壓開來。
此外纏繞燈絲的具體構(gòu)造形式有助于在熱斑形成時減弱上述破壞 機理，參見第二附加目的。在至少不完全再現(xiàn)地進行的循環(huán)工藝中首先 位于外部的纏繞絲被去碳化(decarburieren )。與只由一種絲構(gòu)成的筒 單的發(fā)光體相比，所述纏繞絲僅僅稍產(chǎn)生消耗功率，至少在開始形成較 熱位置時只有相對少的更多功率輸入到該位置；這就是說在這樣的位置 上溫度的升高進行的較慢。
這種效應(yīng)原則上還可以通過對芯線和纏繞絲應(yīng)用相同材料來引發(fā)。 例如芯線和纏繞絲可由碳化鉭構(gòu)成。然而重要的是，纏繞絲盡可能完全 地包封芯線，即至少90%的芯線表面，優(yōu)選至少95%的芯線表面被覆 蓋，這就是說纏繞燈絲的繞距系數(shù)接近l或只稍大于1。由此蒸發(fā)基本 上只從纏繞絲的"外"表面進行。然而從芯線只有非常少量的材料蒸發(fā)。 然而對芯線和一種纏繞絲/多種纏繞絲應(yīng)用不同的材料具有其它優(yōu)點， 特別是在下列的實施方案中
(i) 由具有高蒸汽壓的價格低廉的材料構(gòu)成芯線，由具有較低蒸汽 壓的昂貴的材料構(gòu)成纏繞絲。這導(dǎo)致在比較來說相對低的成本上升時質(zhì) 量的改善。
(ii) 應(yīng)用金屬碳化物作為芯線；用碳涂覆這種芯線或用碳纖維包纏 這種芯線，在其上用其它金屬碳化物構(gòu)成的包線包纏碳涂層或碳纖維。 在此，由碳構(gòu)成的"中間"層起到作為在DE 10 2004 052 044.5意義上 的來源的作用，并且代替從纏繞燈絲向外蒸發(fā)的碳，這導(dǎo)致使用壽命的 提高。在此，不涉及如US-A3 237 284中所述的纏繞絲與芯線的結(jié)合。
(iii) 應(yīng)用不形成碳化物且?guī)缀醪蝗芙馓嫉男揪€，特別是應(yīng)用由Re、 Os、 Ir和金屬碳化物/金屬碳化物合金構(gòu)成的材料作為纏繞絲。這導(dǎo)致 耐沖擊強度的提高。(iv) 應(yīng)用由形成碳化物的便宜材料，特別是W、 Ta、 Zr所構(gòu)成的 芯線；用作為碳-擴散阻擋層起作用的材料涂覆這種芯線，或用由不形 成碳化物的材料，特別是Ir、 Os、 Re構(gòu)成的絲包纏這種芯線；隨后用 第三層，特別是由金屬碳化物構(gòu)成的絲來包纏第二 "中間"層。這導(dǎo)致 在應(yīng)用由相對便宜的材料構(gòu)成的芯線時耐沖擊強度的提高。
(v) 應(yīng)用不形成碳化物和不溶解碳的金屬，如Ir、 Os、 Re作為芯 線；用碳涂覆這種芯線或用碳纖維包纏這種芯線，在其上用由金屬碳化 物構(gòu)成的包線包纏這種由碳涂層或碳纖維構(gòu)成的材料。在此由碳構(gòu)成的
"中間，，層起到作為在DE 10 2004 052 044.5的意義上的來源的作用， 并且代替從纏繞燈絲向外蒸發(fā)的碳，這導(dǎo)致使用壽命的提高。在此通過 應(yīng)用由金屬構(gòu)成的芯線而實現(xiàn)高耐沖擊強度。代替不形成碳化物的芯 線，也可應(yīng)用由形成碳化物的材料構(gòu)成的芯線，所述芯線用作為可能的 碳擴散阻擋層的元素Re、 Os、 Ir涂覆。
此外下面提出了用于這些不同選擇的具體實施例。
纏繞燈絲的幾何形狀設(shè)計優(yōu)選這樣進行，即纏繞絲的匪距在纏繞絲 的直徑范圍內(nèi)，也就是說繞距系數(shù)為1.0至1.4，優(yōu)選為1.01至1.2。在 此纏繞絲的匝幾乎相互接觸。通過在纏繞時盡可能封閉的包封可最有效 地阻止或防止芯線的蒸發(fā)，該芯線可由金屬碳化物或金屬構(gòu)成。在此要 考慮的是，在碳化時發(fā)生體積膨脹。優(yōu)選地在纏繞時應(yīng)首先保持為纏繞 絲直徑的約5%至10%的非常小的匝距。在滲碳后纏繞絲的匪之間的這 些間隙通過體積膨脹而實際上幾乎完全封閉，使得臣距小于直徑的5%， 特別為0.5至4.5%。
在制備纏繞燈絲時原則上可以這樣進行，即其首先由芯線和纏繞絲 巻繞成纏繞燈絲且隨后在桿燈中在含烴的氣氛中滲碳。作為選擇，滲碳 也可以在以后顧客接通燈時才進行，其中所述碳然后或者由導(dǎo)入填充氣 體的含碳的添加物和/或通過由來自固體碳纖維或碳層的碳輸送而導(dǎo) 入。
因為在碳化時要導(dǎo)致絲體積的膨脹，所以這可導(dǎo)致應(yīng)力。為了減弱 碳化時過大應(yīng)力的形成，在碳化時可以這樣實施，即芯線首先用碳涂覆， 例如通過CVD涂覆或PVD涂覆、注漿充填等，或還可為芯線提供來自拉絲的含碳的拉絲潤滑劑(Ziehschmiere)，或用薄的碳纏繞纖維的第一 層(典型地為5至12nm，例如7jim)來包纏。然后纏繞絲才圍繞芯線 巻繞。來自涂層或來自纖維或來自拔絲潤滑劑的殘余物或來自包線的第 一層的碳在加熱時用于碳化，也就是說，碳層或碳纖維將變薄，這導(dǎo)致 層厚度降低并且對此有貢獻，即可很大程度上補償在碳化時出現(xiàn)的體積 膨脹。附加地，碳還可通過含烴的氣氛而輸入。根據(jù)碳化工藝的設(shè)計， 用來碳化鉭所必需的碳的一定部分由氣相獲取，另一部分由碳層獲取。 優(yōu)選地可以這樣設(shè)計碳化方法，或選擇這樣厚的碳層或碳纖維，使得甚 至在碳化后還有碳存在。
如果在燈運行中在至少不完全再現(xiàn)地進行循環(huán)工藝時，外部纏繞絲 去碳化，那么從被纏繞絲封閉的碳層永久性補充碳，也就是說，碳層或 碳纖維起到在DE-A 10 2004 052 044的意義上的來源的作用。如其中所 述，在這種情況下在燈的氣室中必須有下降，以避免氣體氣氛富集碳。
在US-A3 237 284和US-A3 219 493中只是談到了增加光發(fā)射面積 的幾何效應(yīng)，這出現(xiàn)在纏繞絲和被纏繞的芯線基本上由相同的材料構(gòu)成 的燈絲中，在此所述相同材料為鉭，在碳化后為碳化鉭。
然而如果選擇繞距系數(shù)為接近l時，也就是說，如果纏繞燈絲的各 個匝幾乎完全包封芯線(優(yōu)選大于95%的表面)，那么蒸發(fā)優(yōu)選從纏繞 燈絲的外表面進行，這導(dǎo)致使用壽命的提高，從而導(dǎo)致通過在US-A 3 237 284和US-A 3 219 493中所描述的利用的改善。此外如果在發(fā)光體 中組合不同的材料，那么就在已知的光發(fā)射面積的幾何增大以及在纏繞 絲上的碳蒸發(fā)的限制的基礎(chǔ)上附加地產(chǎn)生另外其它優(yōu)點，參見如上所討 論的(i)-(v)點。
舉例來說，纏繞絲由鉭構(gòu)成，被纏繞的芯線由其它高熔點的材料， 如鵠、錸、鉿、鋯、鈮、鋨、釩、鈦、釕、碳或這些材料的合金構(gòu)成。 在此有如下的優(yōu)點鎢雖然是具有最高熔點(3380X:)的金屬，但是它 與碳反應(yīng)生成碳化鴒，其具有低得多的2630"C的熔點。與此相比，如釕 那樣的金屬不與碳反應(yīng)，但具有比鎢稍低的熔點3180t:。鉿與碳反應(yīng)， HfC甚至具有比TaC還要高約100K的熔點，等等。
例如在由TaC構(gòu)成芯線/由HfC構(gòu)成纏繞絲的體系中重要的是，由材料HfC構(gòu)成的纏繞絲的匝距的最小化(繞距系數(shù)幾乎為1)。由纏繞 絲盡可能封閉地包封優(yōu)選為至少95%的芯線，實現(xiàn)TaC至TaC/HfC為 80/20的均勻合金化。由此可很大程度上抑制芯線材料的蒸發(fā)，或蒸發(fā) 幾乎只是從纏繞絲的外表面進行。
纏繞也可以多層地實施。其它附加的芯線和纏繞絲材料對因此也是 可行的，如由Ta-絲和任選地附加的碳纖維或碳涂層圍繞釕芯線進行單 層或更多層纏繞。優(yōu)選地，Re芯線首先用碳纖維/碳層纏繞，隨后用鉭 絲纏繞。釕絲幾乎不吸收碳，且從外部TaC-絲蒸發(fā)的碳在DE-A10 2004 052 044的意義上用從碳纖維或碳層從內(nèi)部通過擴散而輸送的碳來代 替。增強的碳蒸發(fā)也可通過應(yīng)用Ta碳化物、Hf碳化物、Zr碳化物、 V碳化物、Ti碳化物、W碳化物，以及任選地用附加的碳包線/碳層多 層纏繞來抑制。兩層或更多層纏繞時同樣期望纏繞絲的盡可能小的匝 距，優(yōu)選相應(yīng)地覆蓋至少95%的表面，以得到盡可能均勻的覆蓋物形成。
通過應(yīng)用更多種材料可優(yōu)化附加的第二和第三目的的解決方案，這 在以下應(yīng)借助于實施例來描述。
第一實施方案釕不與碳反應(yīng)，然而其具有與鵠的熔點(3380X:) 相近的較高熔點31801C。在最筒單的情況下用鉭合金構(gòu)成的纏繞絲纏繞 釕芯線，在碳化后，釕絲得到優(yōu)選為至少表面的95。/。的接近封閉的碳化 鉭纏繞。因為錸不與碳反應(yīng)，所以Re芯線在碳化時也不改變其化學(xué)組 成。開始的Ta包線轉(zhuǎn)變成TaC包線。這種材料組合有利的是，雖然在 包線大表面上的碳化鉭非常有用的輻射物理性能可以用于發(fā)光目的，但 是對碳惰性的錸基本上單獨負責電流輸送。如果在燈運行中在至少不完 全再現(xiàn)進行的循環(huán)工藝時外部的鉭纏繞絲去碳化，明顯較厚的錸芯線的 電阻只有不明顯的改變。因為脫碳基本上只影響外纏繞層，這種由 Re-TaC的材料組合構(gòu)成的燈絲的使用壽命延長至少兩倍。
第二實施方案碳化鉿具有比碳化鉭還要高的熔點。然而鉿非常難 得到且比鉭貴得多。因此推薦這樣設(shè)計纏繞燈絲，使得由TaC構(gòu)成芯 線和由HfC構(gòu)成纏繞絲。由此可以顯著減少Hf的材料使用量。由于 HfC更高的熔點，從而可得到對使用壽命有利的效應(yīng)。如果在燈運行中 導(dǎo)致來自TaC的Ta和來自HfC的Hf的擴散性混合，那么在發(fā)光體的 外部區(qū)域中鉭的含量增加。這導(dǎo)致熔點的進一步升高并因此對使用壽命具有額外的有利作用。在約80%TaC+20%HfC的化學(xué)組成時熔點為最 高(Agte, Altherthum, Z. Phsik， No.6 ( 1930 ))。在約80%TaC+20%ZrC 時也有最高熔點。因此還特別優(yōu)選的是，在應(yīng)用簡單的沒有包線的發(fā)光 體情況下，應(yīng)用具有15至25重量％份額HfC或ZrC的由TaC/HfC或 TaC/ZrC構(gòu)成的合金。
用由Hf構(gòu)成(或由Hf合金構(gòu)成)的纏繞絲纏繞由Ta構(gòu)成(或由 Ta合金構(gòu)成)的芯線制成TaC-HfC纏繞燈絲。隨后將已被纏繞的絲(其 具有Ta/Hf (或Ta合金/Hf合金)材料組合)巻繞成燈絲，最后在桿燈 中或在成品燈中碳化。
第三實施方案對于特殊的應(yīng)用，甚至用由金屬碳化物構(gòu)成的絲纏 繞鴒芯線也是有利的。盡管可能會發(fā)生鵠的碳化而導(dǎo)致上文中提到的碳 化鵠的熔點降低為26301C。在此在單層纏繞時利用碳化鉭和碳化鵠的不 同形成焓。碳化可以這樣調(diào)節(jié)控制，即由于鉭對碳較高的親和力，從而 使得鎢的碳化最小化。因此通過在滲碳時進行特定的參數(shù)選擇(溫度、 時間、流量、壓力、碳的濃度，等等)，可以由金屬芯線如鴒制備纏繞 燈絲，和由金屬碳化物如碳化鉭制備纏繞燈絲。至少這種發(fā)光體在約 3000K以下運行時，鴒的碳化，也就是說碳從碳化鉭(或其它金屬碳化 物)向鵠的轉(zhuǎn)移，只起次要作用。在這種情況下碳化鉭的使用由于其選 擇性輻射性能也還是有利的。因此，在足夠低的發(fā)光體溫度的選定條件 下，鵠被認為是不形成碳化物的金屬。
為了在較高溫度下運行具有鎢芯線的發(fā)光體，通常優(yōu)選以下所述的 實施方案。將鎢芯線首先用錸絲，隨后用其它金屬絲纏繞，從而得到兩 層的包線。第一層錸纏繞絲起到碳擴散閉鎖的作用。作為選擇，也可選 擇Os、 Ir或Ru作為用于擴散閉鎖的金屬。第二層纏繞絲由能夠碳化的 金屬構(gòu)成。所述金屬在碳化時轉(zhuǎn)化成金屬碳化物。在此應(yīng)優(yōu)選使用鉭或 鉭合金作為金屬。作為選擇，其它金屬或這些金屬的合金也是適合的， 例如特別是Hf、 Nb、 V、 Zr、 Ti、 W。
作為選擇，首先可以類似于US-A 1 854 970所述用錸涂覆鎢絲，隨 后才用金屬絲纏繞這種經(jīng)涂覆的絲，所述金屬絲在碳化時產(chǎn)生金屬碳化 物。在另一個實施方案中，大部分是如TaC那樣的金屬碳化物的脆性芯 線的機械穩(wěn)定化可通過較小脆性的纏繞絲來實現(xiàn)，在此所述材料是C、 Re、 Os、 Ir或是較小脆性的材料，如Zr、 Hf、 Nb、 V、 Ti、 W的碳化 物/金屬碳化物合金，金屬氮化物，金屬硼化物。在相反的情況下，作 為選擇的可能性是，在碳化后脆性的由金屬碳化物特別如TaC構(gòu)成的 纏繞絲的機械穩(wěn)定化通過不經(jīng)滲碳的被纏繞的芯線來進行，所述芯線由 金屬，特別如錸、碳或較小脆性的應(yīng)用如Hf、 Zr、 Nb、 Ti、 V和W的 金屬碳化物合金構(gòu)成。
再次強調(diào)使用由Re構(gòu)成的芯線作為載體材料和由能夠碳化的金屬 構(gòu)成的纏繞絲，所述金屬在碳化后形成金屬碳化物如碳化鉭。錸、鋨或 銥不被碳化并且因此不脆化。以這種方式得到機械穩(wěn)定的發(fā)光體。
在此所描述的構(gòu)造形式也可以用于具有其它金屬碳化物(如碳化 鉿、碳化鋯、碳化鈮、碳化鈦、碳化釩、碳化鵠)以及它們與金屬氮化 物和金屬硼化物的合金的發(fā)光體的燈中。
附圖的簡短描述
以下應(yīng)根據(jù)多個實施例來更清楚地解釋本發(fā)明。附圖示出


圖1 根據(jù)一個實施例的具有碳化物發(fā)光體的白熾燈；
圖2 用于根據(jù)圖1的白熾燈的螺旋纏繞的發(fā)光體。
本發(fā)明的優(yōu)選實施
圖1示出一側(cè)壓封(gequetscht)的白熾燈1，其具有由石英玻璃構(gòu) 成的燈泡2，封接(Quetschung) 3和內(nèi)部引線6,其將封接3中的箔4 與發(fā)光體7相連接。發(fā)光體是單向螺旋彎曲的，軸向設(shè)置有由TaC構(gòu) 成的絲，它的未螺旋彎曲的末端14垂直于燈軸延伸。外部引線5連接 到箔4外側(cè)上。燈泡的內(nèi)徑是9mm。燈絲末端14隨后平行于燈軸彎曲 且在此形成作為整體延伸的內(nèi)部引線6。
圖1示意性示出的燈的由碳化鉭構(gòu)成的白熾燈絲，其基本構(gòu)造形式 很大程度上對應(yīng)市售的低壓-卣素燈，是由鉭絲(直徑為125 jim)巻繞 的燈絲(12匝)通過碳化而產(chǎn)生。在應(yīng)用氙作為基本氣體時，還要向該氣體中添加包含氫、氮、烴和面素(J、 Br、 Cl、 F)的物質(zhì)，在15 V 工作時的燈具有約70 W的消耗功率，其中色溫特征性地為3200至3600 K。
在圖2中更精確地示意性地示出了發(fā)光體7。直徑例如為125 jim的 芯線15的繞距在12匝時為約350 nm。直徑例如為25 的纏繞絲的 繞距系數(shù)為約1.2。
芯線和包線一起構(gòu)成所謂的纏繞燈絲。在這種情況下所述材料對應(yīng)以 上所討論的實施方案。
合適的金屬碳化物特別是熔點大于鵠的熔點的那些或者熔點低于
鴒的熔點至多ioor;的那些。
權(quán)利要求
1. 一種具有含碳化物的發(fā)光體并且具有支撐發(fā)光體的引線的白熾燈，其中螺旋彎曲的發(fā)光體與填料一起被真空密閉地導(dǎo)入燈泡中，在此所述發(fā)光體含有金屬碳化物，所述金屬碳化物的熔點優(yōu)選大于鎢的熔點并且其中所述發(fā)光體作為纏繞燈絲由芯線和包圍芯線的包線構(gòu)成，其特征在于，所述芯線和所述包線由不同的材料制成，其中兩個組成部分中至少一個由高熔點的金屬碳化物制成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的白熾燈，其特征在于，所述包線是單層或多 層的并且特別是由多個直徑比芯線的直徑小的絲構(gòu)成的纏繞絲。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的白熾燈，其特征在于，所述高熔點的碳化物 是碳化鉭或碳化鉭與其它金屬碳化物、金屬氮化物和金屬硼化物的合 金，并且第二種材料在燈點燃后是其它的高熔點金屬化合物或者是在所 選條件下不形成碳化物的選自W、 Re、 Os、 Ir、 Ru的材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的白熾燈，其特征在于，所述其它金屬化合物 是選自下列物質(zhì)組的其它金屬碳化物HfC、 ZrC、 NbC、 VC、 WC、 TiC、 SiC或者這些金屬碳化物互相之間的合金或者這些金屬碳化物與 相應(yīng)的金屬氮化物和/或金屬硼化物的合金。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的白熾燈，其特征在于，所述燈泡殼由石英玻 璃、^埂質(zhì)玻璃或陶瓷制成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2的白熾燈，其特征在于，所述纏繞絲的匪距為 所述纏繞絲直徑的至多1.5倍。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的白熾燈，其特征在于，所述芯線是用碳涂覆 的或者還附有由拉絲造成的碳拉絲潤滑劑。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的白熾燈，其特征在于，所述芯線本身用碳纖 維或碳纖維束巻繞。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7的白熾燈，其特征在于，所述碳涂覆的芯線本 身又由金屬碳化物或金屬碳化物的合金制成的絲所巻繞，所述金屬碳化 物或金屬碳化物的合金選自TaC、 HfC、 ZrC、 NbC、 VC、 WC、 TiC 或這些金屬碳化物與金屬氮化物或金屬硼化物的合金。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8的白熾燈，其特征在于，所述纖維或纖維束本 身又由金屬碳化物或金屬碳化物的合金制成的絲所巻繞，所述金屬碳化物或金屬碳化物的合金選自TaC、 HfC、 ZrC、 NbC、 VC、 WC、 TiC 或這些金屬碳化物與金屬氮化物或金屬硼化物的合金。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l的白熾燈，其特征在于，所述芯線由不形成或 只少量形成碳化物的材料，特別是錸、釕、鋨或銥所制成，而所述纏繞 絲由金屬碳化物或金屬碳化物的合金所構(gòu)成，所述金屬碳化物或金屬碳 化物的合金選自TaC、 HfC、 ZrC、 NbC、 VC、 WC、 TiC和4壬選地金 屬硼化物和金屬氮化物。
12. 根據(jù)權(quán)利要求2的白熾燈，其特征在于，所述纏繞絲是多層地 圍繞所述芯線巻繞的。
13. 根據(jù)權(quán)利要求ll的白熾燈，其特征在于，至少兩種不同的由 不同的金屬或金屬合金，特別是金屬碳化物制成的纏繞絲圍繞所述芯線 巻繞。
14. 根據(jù)權(quán)利要求l的白熾燈，其特征在于，所述芯線由鴒構(gòu)成并 且所述包線是絲，其由碳化鉭，特別是通過對鉭單獨進行特定的滲碳而 制備的碳化鉭，或者由其它的金屬碳化物或它們的合金(Hf、 Zr、 Nb、 V、 W、 Ti)制成，其中任選地在合金中還可含有金屬氮化物或金屬硼 化物。
15. 根據(jù)權(quán)利要求3的白熾燈，其特征在于，所述芯線是由鴒制成 并且所述包線具有至少兩層，其中第一層是由選自起碳擴散阻擋層作用 的錸、鋨、銥的材料構(gòu)成的纏繞絲，且第二層和任選地其它層是由金屬 碳化物，優(yōu)選碳化鉭或碳化鉭與其它金屬碳化物、金屬氮化物或金屬硼 化物的合金制成的纏繞絲。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1的白熾燈，其特征在于，所述芯線是用選自錸、 鋨、銥的金屬涂覆的鴒絲，其中在所述層上施加纏繞絲，所述纏繞絲由 選自金屬Ta、 Hf、 Zr、 Nb、 V、 W、 Ti的金屬碳化物或金屬碳化物、 金屬氮化物或金屬硼化物的合金制成。
17. 根據(jù)權(quán)利要求l的白熾燈，其特征在于，所述芯線是鵠絲，其 中所述纏繞絲由三層構(gòu)成，其中第一層由選自起碳擴散阻擋層作用的 錸、鋨、銥的材料構(gòu)成的纏繞絲構(gòu)成，且第二層是由選自碳纖維或碳層 的材料構(gòu)成的纖維或?qū)樱推渲械谌龑邮怯蛇x自碳化鉭、碳化鉭合金、 ZrC、 HfC、 NbC、 VC、 WC、 TiC的金屬碳化物或金屬碳化物合金構(gòu) 成的纏繞絲。
18. 根據(jù)權(quán)利要求l的白熾燈，其特征在于，所述芯線由不形成碳 化物或幾乎不形成碳化物的材料，特別是例如錸、鋨或銥構(gòu)成，其中所 述芯線首先被作為第二層的碳纖維所包纏或用碳涂覆，且其中作為第三 層應(yīng)用的是由金屬碳化物或金屬碳化物與其它金屬碳化物、金屬氮化 物、或金屬硼化物的合金構(gòu)成的纏繞絲。
19. 一種用來制備根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項的白熾燈的方法，其 特征在于，所述高熔點的金屬或金屬合金首先以未滲碳狀態(tài)存在于所制 成的燈中，并且上述金屬或金屬合金直到燈點燃時才通過與含碳的填充 氣反應(yīng)或通過應(yīng)用由碳纖維或碳層構(gòu)成的碳而碳化。
全文摘要
一種具有含碳化物的發(fā)光體并且具有支撐發(fā)光體的引線的白熾燈，其中所述發(fā)光體與填料一起被真空密封地導(dǎo)入燈泡中，在此所述發(fā)光體具有金屬碳化物，它的熔點優(yōu)選大于鎢的熔點，其中所述發(fā)光體是燈絲狀的。所述發(fā)光體包含芯線和纏繞燈絲并且是由不同材料構(gòu)造的以及含有金屬碳化物。
文檔編號H01K1/10GK101438381SQ200780015819
公開日2009年5月20日 申請日期2007年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月3日
發(fā)明者喬治·羅森鮑爾, 阿克塞爾·邦克, 馬蒂亞斯·達姆 申請人:奧斯蘭姆有限公司