專利名稱：：具有不透明區(qū)的陶瓷放電容器及其制造方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及高強度放電(HID)燈的陶瓷放電容器，并且更具體地，涉及金屬鹵化物燈的多晶氧化鋁(PCA)放電容器。
背景技術：
：金屬鹵化物放電燈由于其高功效和源于其稀土化學成份所產(chǎn)生的復雜發(fā)射頻譜的高顯色性能而被喜愛。尤其理想的是陶瓷金屬鹵化物燈，它提供優(yōu)于具有石英放電容器的傳統(tǒng)金屬鹵化物燈的改善了的顯色、色溫和功效。這是因為陶瓷放電容器可以工作在比其石英對照物更高的溫度下，并且較不容易與各種金屬鹵化物化學成份反應。多數(shù)商用陶瓷金屬鹵化物燈包含有包括金屬鹵化物(尤其是碘化物)的復雜組合和一定量的水銀的填充。金屬鹵化物燈的填充化學成份被仔細的選擇，以便實現(xiàn)具有高顯色指數(shù)(CRI)和高功效(流明/瓦，LPW)的白光發(fā)射。放電容器(也通常被稱為電弧管)內填充材料的凝結和蒸發(fā)行為影響燈在其工作壽命期間的性能。對此行為缺乏控制可能導致燈的關聯(lián)色溫(CCT)或者CRI的不可預計的改變。因而，理想的是在放電容器中形成用于凝結的良好界定的區(qū)，使得金屬鹵化物燈具有更穩(wěn)定的色彩特性。各種控制金屬鹵化物和相似的金屬汞合金填充的凝結_蒸發(fā)行為的裝置已經(jīng)被研發(fā)用于不同類型的HID燈。例如，反射性涂層(特別是ZrO》已經(jīng)被施加于金屬鹵化物燈中石英電弧管的外表面上，并且金屬熱屏蔽已經(jīng)被纏繞在小瓦數(shù)高壓鈉(HPS)電弧管的冷端上。對于陶瓷金屬鹵化物燈，用來實現(xiàn)良好界定的、小尺寸冷點的現(xiàn)有技術方案包括使用非對稱電極饋線和最小化在饋線與放電容器壁之間的距離。
發(fā)明內容在高溫下，用于形成放電容器壁的陶瓷材料的輻射系數(shù)(e)影響壁溫，輻射系數(shù)越低，壁溫越高。例如，從氧化釔形成電弧管已經(jīng)被示出增加了壁溫約10(TC。氧化釔具有比多晶氧化鋁低的輻射系數(shù)，在約IOO(TC下約為0.l，與PCA的約0.2相對照。相反，較高輻射系數(shù)的材料將導致較低的壁溫。多晶氧化鋁的輻射系數(shù)與其透射率相關。不透明的PCA具有IOO(TC下約0.4的高的總輻射值，而半透明的PCA典型地具有IOO(TC下約0.2的總輻射值。不透明PCA和半透明PCA之間輻射系數(shù)的差別足以改變放電容器的特定區(qū)中的壁溫，以便促進金屬鹵化物填充的凝結。盡管不透明的陶瓷通常地不會被認為對于放電容器是期望的，但是發(fā)明人發(fā)現(xiàn)可以在多晶氧化鋁放電容器中形成適當良好界定的不透明區(qū)。因為不透明區(qū)的位置和范圍可以被操縱，所以不透明區(qū)可以被設計，以便最小化對于放電容器的光線輸出的任何負面影響。對于不透明區(qū)的布置的控制通過在最終燒結之前在放電容器的特定區(qū)中形成含碳殘留物而被實現(xiàn)。在燒結期間，含碳材料在被燒結的PCA中引起殘留的孔隙。多個氧化鋁微粒之內的殘留孔散射并且吸收光線，引起不透明性和較高的輻射系數(shù)。在本發(fā)明的上下文中，術語"不透明"意味著入射光線被散射達到使PCA不再透明這樣的程度。這表現(xiàn)為從毛玻璃外觀至全白的范圍的、PCA外觀的視覺可覺察改變。定制的不透明區(qū)意欲在放電容器中提供較冷的、局部化的溫度區(qū)以便控制金屬鹵化物凝結的位置，從而產(chǎn)生更好的燈與燈一致性和在燈的工作壽命期間CCT和CRI的較小分散。相比施加高輻射系數(shù)涂層至表面(其可能由于熱膨脹失配以及重復的加熱和冷卻循環(huán)而剝離放電容器)的實例，該方法更加有效和更加持久。而且，不透明區(qū)可以制作在任何位置和具有任何外形和尺寸，而不用重新設計放電容器。除了不需要加工改變之外，這還具有保持與原始設計相同的放電容器的熱質而使得工作特性相對地未被改變的額外益處。在本發(fā)明的一方面中，提供了一種在陶瓷放電容器中形成不透明區(qū)的方法。所述方法包括(a)由氧化鋁和有機粘合劑的混合物形成放電容器；(b)焙燒放電容器模型，以便去除有機粘合劑并且形成預焙燒的放電容器；(c)施加有機化合物的溶液至預焙燒的放電容器的預定區(qū)中的表面；(d)在氮氣或者惰性氣體的氣氛中焙燒預焙燒的放電容器，以便在預定區(qū)中形成含碳殘留物；以及(e)燒結預焙燒的放電容器，以便在預定區(qū)中形成不透明區(qū)。附圖是示出用于布置不透明區(qū)的優(yōu)選區(qū)域的陶瓷放電容器的截面圖。具體實施例方式為了更好地理解本發(fā)明以及本發(fā)明的其它和進一步的目的、優(yōu)點和能力，結合上述附圖來參考以下公開和所附權利要求。不透明的PCA區(qū)可以通過在最終燒結的放電容器的預定區(qū)中產(chǎn)生殘留孔而被制成。研究表明引起不透明性的殘留孔被俘獲在對于放電容器不具有明顯負面效應的多個微粒之內。來自不透明PCA和半透明PCA的幾個研究數(shù)據(jù)的匯集在下表中給出。<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>因而，本發(fā)明的不透明區(qū)優(yōu)選具有在600nm等于或者大于28cm—1的散射系數(shù)，更加優(yōu)選為28至48cm—、不透明區(qū)的孔密度(porepopulation)優(yōu)選等于或者大于每mm31X106個孔，具有約2m的優(yōu)選的平均孔尺寸。更加優(yōu)選，不透明區(qū)具有每mm31至4X106個孔的孔密度。產(chǎn)生殘留孔的優(yōu)選方法涉及在生料狀態(tài)陶瓷模型已經(jīng)被焙燒從而去除有機粘合劑并且賦予部件強度之后，把例如聚乙烯醇的有機化合物的溶液施加到目標區(qū)中。該粘合劑去除步驟典型地在空氣中進行并且通常被稱作預焙燒，因為它先于用來燒結部件的最終焙燒。在粘合劑已經(jīng)被去除并且有機化合物被施加至目標區(qū)之后，部件在惰性氣體(例如氬或者氦)或者氮氣中進行第二預焙燒，使得在預焙燒體中留下含碳殘留物。優(yōu)選第二預焙燒在從約70(TC至約140(TC的溫度下進行，更加優(yōu)選在約90(TC的溫度下進行。預焙燒的放電容器隨后在從約175(TC至約195(TC的溫度下經(jīng)歷最終燒結，典型地在含氫氣氛中，例如，濕^，或者濕75%H2/25%N2。包含含碳殘留物的區(qū)域在含氫氣氛中的最終燒結之后變?yōu)椴煌该鲄^(qū)。所述方法靈活得足以與任何放電容器結構一起使用，并且能夠形成幾乎任何形狀和尺寸的不透明區(qū)。附圖是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的電弧放電容器的截面圖。電弧放電容器21具有主要包括半透明多晶氧化鋁的陶瓷體23。陶瓷體23界定電弧放電腔25并且具有從放電腔25沿相反的方向向外延伸的兩個毛細管27。優(yōu)選地，放電腔壁的厚度約為0.8mm。毛細管適用于容納并且密封電極組件(未示出)于其中，所述電極組件提供向放電容器提供電力的導電路徑，以便起弧并且保持放電腔內的電弧?；旧习肭蛐蔚亩瞬?3在工作的放電容器中產(chǎn)生比在圓柱管中更均勻的溫度分布。盡管更均勻的分布對于燈性能的許多方面是優(yōu)選的，但是這不提供稀土鹵化物會一致地駐留的放電容器內部的良好界定的冷角。一致的"冷點"是有益的，以便產(chǎn)生大量相同種類燈的組內窄的顏色分散。考慮到此，因而優(yōu)選在放電容器的漏斗區(qū)中設立不透明區(qū)，以便提供局部的冷卻，從而產(chǎn)生在燈的工作壽命期間色溫和顯色指數(shù)的較好的一致性。放電容器的兩個均由管頸和莖干構成的不透明漏斗區(qū)的尺寸包括放電容器的對應半球形端部33的高度的約30%(管頸)并且延伸近似5mm進入相鄰的毛細管(莖干)。漏斗區(qū)(上和下端)在圖中被示出由虛線矩形29所界定?！磳嵗?gt;高純度(>99.97%純度)的A1203粉末被用作初始粉末。粉末包含具有0.05ym的微晶尺寸、30-6m7g的平均比表面積和0.45iim的平均顆粒尺寸的細碎粒的A1203顆粒。燒結輔助設備基于MgO+Zr02+Y203系統(tǒng)。氧化鋁粉末與有機粘合劑混合以便形成放電容器模型。生料模型的預焙燒在850-135(TC在空氣中進行，以便去除有機粘合劑。為了形成不透明區(qū)，使用小刷子把包含10重量百分比(wt%)聚乙烯醇的水溶液涂覆到空氣預焙燒的放電容器的目標區(qū)上。經(jīng)涂覆的放電容器被放置于真空干燥器中，以允許10wt^聚乙烯醇水溶液滲透進入氧化鋁并且干燥。這些步驟被重復三次，以便充分滲入預焙燒的放電容器的壁。經(jīng)涂覆的部件隨后被垂直地放置于爐中，并且在流動的氮氣下在90(TC被預焙燒2小時(8°C/分鐘的斜率上升以及15°C/分鐘的冷卻)。在氮氣預焙燒之后，被滲入的區(qū)呈現(xiàn)淺灰，指示殘留的碳被有效地引入。N2預焙燒、聚乙烯醇滲入的放電容器在移動的帶式爐中在185(TC下、干N2_8%H2氣氛中、利用lg的10%MgO-Al203裝入料被燒結。另一組放電容器在靜止爐中在下列條件下被焙燒(1)包括1.5小時從2(TC至1415t:的升溫、在1415t:保持30分鐘、24分鐘中升溫至185(TC、在185(TC保持3至4小時、并且隨后1小時冷卻的溫度循環(huán)，(2)從2(TC至1415"為干112(露點=-40°0氣氛，從1415"起為濕112(露點=0°0氣氛，以及(3)lg的10%MgO-Al203裝入料。在帶式爐中被焙燒的放電容器中的不透明區(qū)容易明顯。但是，在靜止爐中被焙燒的放電容器中的不透明區(qū)盡管可見但是相對模糊。不透明程度的差別被認為與燒結氣氛的差別相關。特別地，認為相比帶式爐中的N廠8X112氣氛，靜止爐中的112氣氛引起殘留含碳材料的更多燃盡。不透明漏斗放電容器的總透射率值在標準半透明PCA容器的總透射率(99%)的1%內。帶式爐燒結的PCA容器的不透明漏斗的拋光截面的微結構分析發(fā)現(xiàn)尺寸約l-5ym的殘留孔被分布在漏斗壁內多個微粒之內。不透明管頸的接近內表面區(qū)或者外表面區(qū)實際上是完全密實的，沒有孔，可能是因為直接吹在表面上的干^_8%H2的大風引起來自聚乙烯醇的未燃燒碳的耗盡。完全密實的表面層意味著燈的熔融鹽填充的潤濕行為會與標準PCA漏斗的潤濕行為相同。利用在其漏斗區(qū)中具有強不透明區(qū)的PCA放電容器制成的兩個試驗燈的頻譜特性與對照燈組對比。數(shù)據(jù)指示1小時工作下色溫分散(士CCT)顯著的減小(24K，相對于對照組的81K)，但是100小時下士CCT適中的增加(74K，相對于對照組的57K)。然而，試驗燈中從1至100小時CCT的變化(63K)比對照組中的變化(76K)小。而且，在1小時和100小時下Ra和R9的顯色值對于試驗燈都被顯著地改善。在1小時，Ra和R9值對于試驗燈分別是91和31，而對于對照組分別是85和-7。在100小時，Ra和R9值對于試驗燈分別是92和42，而對于對照組分別是86和6。盡管已經(jīng)示出和描述了當前被認為是本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是本領域的技術人員顯見，在此可以進行各種變更和修改，而不偏離在所附權利要求中所界定的本發(fā)明的范圍。權利要求一種在陶瓷放電容器中形成不透明區(qū)的方法，所述方法包括(a)由氧化鋁和有機粘合劑的混合物形成放電容器；(b)焙燒放電容器模型，以便去除所述有機粘合劑并且形成預焙燒的放電容器；(c)施加有機化合物的溶液至所述預焙燒的放電容器的預定區(qū)中的表面；(d)在氮氣或者惰性氣體的氣氛中焙燒所述預焙燒的放電容器，以便在所述預定區(qū)中形成含碳殘留物；以及(e)燒結所述預焙燒的放電容器，以便在所述預定區(qū)中形成不透明區(qū)。2.根據(jù)權利要求l的方法，其中所述有機化合物是聚乙烯醇。3.根據(jù)權利要求2的方法，其中所述溶液包含10重量百分比的聚乙烯醇。4.根據(jù)權利要求1的方法，其中在溶液于多次施加中被施加之后使所述溶液在各次施加之間干燥。5.根據(jù)權利要求l的方法，其中步驟(d)中的焙燒在氮氣氣氛中進行。6.根據(jù)權利要求1的方法，其中步驟(d)中的焙燒在約70(TC至約140(TC的溫度下進行。7.根據(jù)權利要求5的方法，其中步驟(d)中的焙燒是在90(TC。8.根據(jù)權利要求1的方法，其中步驟(e)中的燒結在含氫的氣氛中在從約175(TC至約195(TC的溫度下進行。9.根據(jù)權利要求6的方法，其中步驟(e)中的燒結在含氫的氣氛中在從約175(TC至約195(TC的溫度下進行。10.根據(jù)權利要求9的方法，其中所述有機化合物是聚乙烯醇。11.根據(jù)權利要求10的方法，其中所述溶液包含10重量百分比的聚乙烯醇。12.—種陶瓷放電容器，包括由多晶氧化鋁制成的陶瓷體，所述陶瓷體除了位于預定區(qū)中的不透明區(qū)之外是半透明的，所述不透明區(qū)具有比所述陶瓷體的半透明部分大的孔隙。13.根據(jù)權利要求12的陶瓷放電容器，其中所述陶瓷體具有基本上半球形的端部，所述基本上半球形的端部具有向外延伸的毛細管，所述預定區(qū)包括所述基本上半球形的端部的部分和所述毛細管的相鄰部分。14.根據(jù)權利要求12的陶瓷放電容器，其中所述預定區(qū)具有圓形的形狀。15.—種陶瓷放電容器，其包括由多晶氧化鋁制成的陶瓷體，所述陶瓷體除了位于預定區(qū)中的不透明區(qū)之外是半透明的，所述不透明區(qū)在600nm具有等于或者大于28cm—1的散射系數(shù)。16.根據(jù)權利要求15的陶瓷放電容器，其中在600nm的散射系數(shù)是從28cm—'至48cm—、17.—種陶瓷放電容器，其包括由多晶氧化鋁制成的陶瓷體，所述陶瓷體除了位于預定區(qū)中的不透明區(qū)之外是半透明的，所述不透明區(qū)具有等于或者大于每mm3lX106個孔的孔密度。18.根據(jù)權利要求17的陶瓷放電容器，其中平均孔尺寸是約2ym。19.根據(jù)權利要求17的陶瓷放電容器，其中所述孔密度是從每mm31X106個孔至每mm34X106個孔。20.根據(jù)權利要求19的陶瓷放電容器，其中平均孔尺寸是約2ym。全文摘要高強度放電燈的多晶(PCA)放電容器中的不透明區(qū)可以通過在最終燒結的放電容器的預定區(qū)中產(chǎn)生殘留孔而制成。對于所述不透明區(qū)的布置的控制通過最終燒結之前在所述放電容器的特定區(qū)中形成含碳殘留物而被實現(xiàn)。在燒結期間，含碳材料在被燒結的PCA中引起殘留的孔隙。不透明PCA的較高輻射系數(shù)提供了局部冷卻，以便提供對放電容器中凝結行為更好的控制。文檔編號H01J61/30GK101790772SQ200880023806公開日2010年7月28日申請日期2008年8月19日優(yōu)先權日2007年9月7日發(fā)明者克里斯多佛·A·塔里,羅蘭·許廷格,魏家清申請人:奧斯蘭姆有限公司