專利名稱：用于高壓放電燈的氧擴(kuò)散器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓放電燈的氧擴(kuò)散器。高壓放電燈的結(jié)構(gòu)包括一外玻璃殼，該玻璃殼可被抽空或者充有通常是氮的惰性氣體；在該玻璃殼內(nèi)側(cè)設(shè)有一透明的放電管，所述的放電管可由石英或透光陶瓷、通常是磯土制造。外殼保護(hù)放電管，不讓空氣擴(kuò)散到其內(nèi)部，當(dāng)在燈泡工作過程中其表面達(dá)到高溫時(shí)，如果放電管未經(jīng)保護(hù)則會(huì)發(fā)生這種空氣向其內(nèi)部擴(kuò)散的情況。
放電管填充的氣體隨燈泡而不同，但這些氣體通常包括至少一種惰性氣體、和根據(jù)燈泡的類型還充填少量附加的鈉蒸氣、汞蒸氣和金屬鹵化物(通常是碘化物)。兩根金屬電極裝入放電管的端部當(dāng)向電極施加一電位差時(shí)，在充填于該放電管中的氣態(tài)混合物內(nèi)形成等離子體。該等離子體發(fā)射出波長為可見光與紫外線(UV)范圍內(nèi)的放射線。一些燈泡在其外殼的內(nèi)表面上還具有一薄層所謂的熒光劑，其功能是至少部分地將UV放射線轉(zhuǎn)換為可見光。另一些燈泡具有通常是二氧化鋯(ZrO2)的陶瓷粉末層，其涂敷在放電管的兩端，有助于保持管內(nèi)的工作溫度。
燈泡制造商已發(fā)現(xiàn)在外殼內(nèi)設(shè)入少量的氧可能有益于燈泡的工作。
美國專利US4918352描述了在其外殼內(nèi)附加有氧氣或者氧擴(kuò)散器的燈泡，其中當(dāng)開亮燈泡時(shí)所述氧擴(kuò)散器隨著加熱而釋放出氧氣。根據(jù)該專利，其采用的這種措施是用于氧化設(shè)在殼內(nèi)的電線表面，以防止充填在放電管內(nèi)的氣體中鈉的損失。
從美國專利US4499396得知設(shè)有少量氧化氣體的優(yōu)點(diǎn)，這是由于在燈泡外殼內(nèi)具有少量的氧；這種氣體防止熒光劑減少和變黑，熒光劑的這種減少和變黑會(huì)導(dǎo)致燈泡亮度的下降。由于在外殼內(nèi)具有碳?xì)浠衔?，因而可能?huì)發(fā)生熒光劑的變黑。燈泡內(nèi)的碳?xì)浠衔锟赡苡筛鞣N來源產(chǎn)生。碳?xì)浠衔镒鳛闊襞菰?、例如電線的污垢物可能被引入外殼內(nèi)；它們也可能來源于用來抽空外殼的真空泵的油；或者它們可能是在用來涂敷某些層例如在放電管端部上的ZrO2層或者在外殼內(nèi)表面上的熒光劑的軟膏內(nèi)使用的有機(jī)粘合劑的殘?jiān)?。在燈泡的工作溫度下，碳?xì)浠衔锓纸?，產(chǎn)生沉積在外殼和/或放電管上的碳，形成一碳黑層。該碳黑層不僅影響燈泡亮度的保持，也影響放電管的溫度，從而使燈泡顏色發(fā)生變化。由于這些沉積物是在燈泡初期使用中所很容易形成，因此希望在燈泡的使用期限內(nèi)盡可能早地防止這些沉積物的形成。
在制造燈泡后很快在外殼內(nèi)充填氣態(tài)氧對于燈泡制造商通常采用的方法來說難以檢查外殼的氣密性，因?yàn)樵谠摎んw內(nèi)會(huì)產(chǎn)生放電現(xiàn)象，稱為“輝光放電”。因此如果具有一氧擴(kuò)散器則是有益的，該氧擴(kuò)散器只在檢查完外殼的氣密性后才釋放這種氣體(氧氣)。然而所述的美國專利并未教導(dǎo)采用用于此目的的任何氧化合物。
位于美國伊利諾伊斯州的APL工程材料有限公司在其技術(shù)-商業(yè)廣告單中建議在燈泡內(nèi)采用過氧化鋇BaO2。BaO2在由帶有小的多孔蓋的不銹鋼容器構(gòu)成的裝置內(nèi)被導(dǎo)入燈泡的外殼內(nèi)。根據(jù)APL公司的目錄，該裝置在外殼內(nèi)保持輕微氧化氣氛。該裝置必須被放置在燈泡的這樣一位置，使得其能由放電管來加熱；由于加熱，BaO2釋放氧，釋放出的氧根據(jù)下列反應(yīng)式與碳?xì)浠衔?CnHm)發(fā)生反應(yīng)(Ⅰ)(Ⅱ)但是采用BaO2具有某些缺陷。
首先，在最初由美國專利US3519864提出的在燈泡內(nèi)采用BaO2來吸收通常存在于燈泡內(nèi)的氫具有這樣的負(fù)面效果即增大了用于啟動(dòng)放電管放電所需的電壓。BaO2根據(jù)下列反應(yīng)式與氫反應(yīng)(Ⅲ)由此形成的Ba(OH)2又將根據(jù)下列反應(yīng)式分解(Ⅳ)這是很不希望的。
此外，可能會(huì)同時(shí)發(fā)生反應(yīng)(Ⅰ)、(Ⅱ)和(Ⅲ)，這樣要想確定準(zhǔn)確劑量的BaO2就很困難。由于這樣的事實(shí)，即這些不同方式的反應(yīng)的速度取決于溫度，因此使得這種劑量的確定更加復(fù)雜。為克服該問題，APL公司的商業(yè)廣告單指出BaO2容器的位置必須是使得BaO2保持在大約250-325℃的溫度范圍內(nèi)。然而這一條件并非容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)闊襞輧?nèi)的熱曲線以復(fù)雜的方式取決于這些因素，例如工作位置(水平、垂直或中間位置)或燈泡殼體的尺寸與材料。
最后，僅僅在超過500℃的溫度時(shí)可以從BaO2中高速地釋放出氧，因此325℃的最大建議溫度不允許在燈泡剛開始使用時(shí)如所希望的那樣快速地釋放出氧。
本發(fā)明的目的是提供一種用于高壓放電燈的氧擴(kuò)散器，其可在相對低的溫度下快速釋放出氧。
由本發(fā)明的一種用于高壓放電燈的氧擴(kuò)散器可達(dá)到此目的，該氧擴(kuò)散器包括一金屬容器，所述的金屬容器能保留固態(tài)材料但能使氣體通過，在容器內(nèi)充填有氧化銀Ag2O。
Ag2O根據(jù)下列反應(yīng)式釋放出氧(Ⅴ)與使用BaO2相比，使用Ag2O具有一系列優(yōu)點(diǎn)。首先，在大約300℃溫度時(shí)開始釋放氧。因此，可以在不釋放氧的情況下完成燈泡的生產(chǎn)周期，包括以輝光放電方法來進(jìn)行氣密性檢查。另外在大約340℃的溫度下Ag2O顯示了快速的氧釋放能力，而在大約400℃的溫度下則顯示了非?？斓尼尫拍芰?，正如以下將要描述的。因此在相當(dāng)?shù)偷臏囟认戮哂邢鄬挼臏囟确秶蠹s340-400℃，在該溫度范圍內(nèi)Ag2O可有效地釋放出氧。這就允許將擴(kuò)散器相當(dāng)自由地定位在燈泡內(nèi)，特別是定位在這樣的區(qū)域擴(kuò)散器能從放電管接收熱量而不會(huì)妨礙放電管的光線的發(fā)出，例如安裝在一電線上。氧擴(kuò)散器安裝定位的自由度由這樣的事實(shí)而進(jìn)一步增大了在完成燈泡生產(chǎn)后、但是在首先開亮該燈泡之前可由一啟動(dòng)操作來釋放出氧?？捎梢煌獠繜嵩磥磉M(jìn)行啟動(dòng)，例如通過射電頻率、激光或其它合適的加熱裝置。
采用Ag2O的氧擴(kuò)散器的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是其可在室溫下在空氣內(nèi)存儲(chǔ)相對較長的時(shí)間，例如10天，而對其應(yīng)用的燈泡的功能沒有明顯的副作用。
最后，由反應(yīng)式(Ⅴ)得到的金屬銀殘留物在燈泡的氣體中完全是惰性的，這與例如反應(yīng)式(Ⅲ)和(Ⅳ)的產(chǎn)物正相反。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，其中

圖1表示本發(fā)明所一可行的氧擴(kuò)散器；圖2表示本發(fā)明的另一可行的氧擴(kuò)散器；
圖3表示本發(fā)明的又一可行的氧擴(kuò)散器；圖4表示本發(fā)明的再一可行的氧擴(kuò)散器；圖5表示了本發(fā)明的氧擴(kuò)散器與現(xiàn)有技術(shù)的擴(kuò)散器的氧釋放特性的兩條曲線。
Ag2O的總量不是關(guān)鍵的，其取決于燈泡尺寸、燈泡的生產(chǎn)方法以及是否存在ZrO2和熒光劑沉積物，并且如上所述，熒光劑沉積物可能是碳?xì)浠衔镫s質(zhì)的來源。任何類型的燈泡所需Ag2O的量都可通過試驗(yàn)而容易確定。Ag2O超過嚴(yán)格所需的量通常不會(huì)對燈泡質(zhì)量構(gòu)成問題，因?yàn)檎缢玫拿绹鴮＠鸘S4918352所述過量需由例如電線的表面氧化所固定。通常Ag2O的量可以是這樣的當(dāng)存在有氣態(tài)混合物時(shí)，使釋放的氧在占外殼氣態(tài)混合物容積的大約0.5％-3.3％之間；當(dāng)沒有填充氣體時(shí)，所選擇的Ag2O的量是這樣的其不至于在外殼內(nèi)產(chǎn)生一初始氧壓力，該壓力大約在5-20(豪巴)mbar之間。
Ag2O的物理形式對本發(fā)明的擴(kuò)散器的工作是不重量的，并且其可采用極其精細(xì)的粉末形式，帶有尺寸為納米量級的顆粒到尺寸為毫米范圍內(nèi)的單晶體。但是為便于生產(chǎn)，Ag2O最好采用顆粒尺寸在大約0.1-50微米之間的粉末形式。在擴(kuò)散器包括少量Ag2O的情況下，或者在采用非常精細(xì)粉末的氧化物的情況下，也可在Ag2O粉末內(nèi)添加惰性材料，例如礬土，以容易在生產(chǎn)線上配料和處理粉末。
容器可由各種金屬制造，例如不銹鋼、鎳或鈦；為便于工作，最好采用鍍鎳的鐵或鎳-鉻合金。
當(dāng)在燈泡外殼內(nèi)設(shè)有氫吸收劑例如Zr2Ni時(shí)，可將氧擴(kuò)散器與氫吸收劑合并在一起。這樣，Ag2O與氫吸收劑可具有一共用的金屬支承部件；這兩種材料例如可被封裝在該支承部件的一共用腔內(nèi)，也可使它們混合。采用一共用支承部件以及可能進(jìn)行的混合，降低了氧擴(kuò)散器與氫吸收劑的生產(chǎn)成本和燈泡的裝配成本。
本發(fā)明的擴(kuò)散器可具有任何幾何形狀；下面在附圖的描述中給出一些例子。
第一種可能的形式示于圖1的切開圖中。在該實(shí)施方案中，擴(kuò)散器10包括一圓筒形容器11，它帶有一封閉的底并且向上開口。在容器內(nèi)放置Ag2O12，其既可是松散的粉末形式，也可是壓縮的粉末形式。上部孔由阻擋件13封閉，它能保留住粉末并且可使氣體通過，這種阻擋件例如是一種燒結(jié)的金屬粉末盤。一支承部件14固定到容器上，用于將擴(kuò)散器安裝在燈泡內(nèi)側(cè)。
本發(fā)明的擴(kuò)散器的一種可能的變型形狀示于圖2的切開圖中；在該情況中擴(kuò)散器20包括一環(huán)形容器21，其底部填充有Ag2O粉末22，采用壓縮或者不壓縮的形式；該情況中也由一阻擋件23將粉末保留在其位置，其中該阻擋件23是由金屬多孔材料制造；此外一支承部件24固定到容器20上。
本發(fā)明的另一種類型的裝置由圖3所示；在該情況中擴(kuò)散器30由一空心容器31構(gòu)成，該容器是由一金屬箔簡單地冷成型；該容器具有一平的并且平行于容器底的上邊緣32；在容器31的腔內(nèi)充填A(yù)g2O33；擴(kuò)散器的上部由一阻擋件34封閉，在該情況中所述的阻擋件是由一連續(xù)的金屬箔構(gòu)成，通過非連續(xù)的焊接例如少量的焊接點(diǎn)35、35’…將該阻擋件34焊接到邊緣32上；采用非連續(xù)的焊接在于可確保該容器能不讓粉末通過但是卻允許氧從細(xì)小的開口36釋放出來，所述開口36是保留在相鄰的焊接點(diǎn)及邊緣32與阻擋件34之間(圖中僅示出了一個(gè)這種開口，為清晰起見采用了放大的尺寸)；最后，在該情況中也需一支承部件以將擴(kuò)散器固定在燈泡內(nèi)；該支承部件可通過適當(dāng)?shù)匦纬缮线吘?2和阻擋件34、使得其一具有一舌部37而簡單地獲得。
最后，本發(fā)明的擴(kuò)散器的另一可行的實(shí)施例示于圖4。在該情況中擴(kuò)散器40具有一細(xì)長形狀并且包括一容器41，該容器41由一合適寬度的金屬條帶冷成型，將該金屬條帶沿線42、42’兩次彎折而獲得一細(xì)長的通道，在該通道內(nèi)充填A(yù)g2O粉末43，然后再沿線44、44’彎折該金屬條帶以形成兩個(gè)表面45、45’，兩者合并起來限定容器的一面。這種彎折是以這樣的方式進(jìn)行的在表面45、45’的邊緣之間保留一細(xì)縫46，該細(xì)縫允許氧容易溢出。該實(shí)施方案允許連續(xù)地生產(chǎn)本發(fā)明的擴(kuò)散器可以生產(chǎn)不定長度的金屬線制品，然后切割成所需長度的片段，如圖4所示的那樣。由金屬線制品切割而形成的開口端47、47’可由合適的裝置(塞子、陶瓷膠…)來密封或者通過壓縮來封閉，這種壓縮可在切割金屬線制品的同一操作中完成，其中Ag2O可從所述開口端47、47’逸出。
顯然，其它形狀的裝置也是可以的，只要其能實(shí)現(xiàn)這樣的狀況即可其具有能保保留粉末而允許氣體通過的容器。
通過下面非限制性的實(shí)施例將進(jìn)一步描述本發(fā)明，下述這些實(shí)施例的目的在于教導(dǎo)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員如何應(yīng)用本發(fā)明和表示實(shí)施本發(fā)明的最佳方式。
實(shí)施例1108mg的Ag2O被放置在圖1所示的一容器內(nèi)，由一燒結(jié)的多孔鋼盤封閉，該盤的平均孔徑為大約1μm。該Ag2O容器被放置在一微量天平CAHN模式121的具有防漏措施的腔內(nèi)。該腔被抽空到殘壓為10-5mbar。將該樣品以3℃/min的加熱速度從室溫加熱到400℃。加熱過程由計(jì)算機(jī)控制，該計(jì)算機(jī)同時(shí)記錄樣品重量與溫度作為時(shí)間函數(shù)的變化，其中溫度變化是由一熱電偶測量的。由一質(zhì)譜儀來分析釋放出的氣體。測試結(jié)果記錄在圖5中。重量作為時(shí)間函數(shù)的變化由曲線1記錄并且其值是由圖右側(cè)的垂直軸讀取。溫度作為時(shí)間函數(shù)的值由曲線T記錄，并且由圖左側(cè)的垂直軸讀取。曲線1表示在150℃附近一小的重量變化，由質(zhì)譜儀的分析得出這是由于有少量的CO2與H2O從樣品中釋放出來。不考慮該影響，并且測量在大約300-400℃溫度范圍內(nèi)樣品重量的變化，得到大約7.4mg的重量損失，這相當(dāng)于可由樣品釋放出氧總量的100％。
實(shí)施例2(對比)重復(fù)實(shí)施例1的測試，采用195mg的BaO2來替代Ag2O。測試結(jié)果由圖5中的曲線2記錄。在該情況中在大約150℃的溫度附近也表示了少量的重量變化，因?yàn)橛蠧O2和H2O從樣品中釋放出。除了該重量變化外，該樣品直到400℃也不會(huì)遭受任何可測得的重量損失。
實(shí)施例3評價(jià)某些金屬鹵化物燈的特性，這些燈帶有氧擴(kuò)散器和不帶有氧擴(kuò)散器。特別是，測試是針對下列類型的燈泡進(jìn)行的沒有氧擴(kuò)散器的基準(zhǔn)燈(Ref.燈)；保持在惰性氣體下包含有氧擴(kuò)散器的燈，直到氧擴(kuò)散器被引入燈內(nèi)(FD燈)；帶有“老化的”的擴(kuò)散器的燈，在安裝到燈內(nèi)之前置于空氣內(nèi)72小時(shí)(AD燈)；特意殘留有碳?xì)浠衔锊⑶椅窗醒鯏U(kuò)散器的燈(O燈)；以及保持在惰性氣體下特意殘留有碳?xì)浠衔锊⑶野幸谎鯏U(kuò)散器的燈，直到安裝在燈內(nèi)(OFD燈)；在測試中采用任何類型的一些燈泡。這些測試中使用的氧擴(kuò)散器含有115mg的Ag2O。所有燈泡還包含一Zr2Ni基的氫吸收劑。對于任何燈泡，測量光的輸出(采用流明單位，lm)以及本領(lǐng)域中所知的三角形色表的色點(diǎn)的X坐標(biāo)。在第一次開亮燈泡大約15’并且在工作100多小時(shí)后，當(dāng)燈泡達(dá)到穩(wěn)定操作狀態(tài)時(shí)測量這些數(shù)據(jù)。當(dāng)填充放電管的氣體包含碘化鈉時(shí)，由于形成黑沉積物而帶來的放電管穩(wěn)定的升高就會(huì)在放電時(shí)造成大量的鈉蒸氣，結(jié)果使得X坐標(biāo)增大；因此X坐標(biāo)的不增大表示這樣一事實(shí)即未形成黑碳沉積物。測試結(jié)果記錄在表1中，測量結(jié)果是在0小時(shí)的穩(wěn)定操作與100小時(shí)的穩(wěn)定操作后作為發(fā)光輸出量和X坐標(biāo)的值；該表也記錄了在100小時(shí)后的發(fā)光輸出量相對于0小時(shí)時(shí)的發(fā)光輸出量的百分比，其給出了燈泡亮度隨時(shí)間的保持度的指示。
表1
>通過比較圖5中的曲線，顯而易見在從大約340℃起到大約400℃止從Ag2O中釋放出的氧比在400℃以上的溫度下從BaO2中釋放出的氧要多。
此外，比較表1中Ref.燈與FD及AD燈的結(jié)果，可注意到氧擴(kuò)散器可確保較好地保持發(fā)光量輸出，盡管擴(kuò)散器預(yù)先保持在惰性氣體內(nèi)或者暴露于空氣中。從對O燈記錄的值可清楚地看出碳?xì)浠衔锏挠泻πЧ?。從?的最后一行可清楚地得知氧擴(kuò)散器可以消除碳?xì)浠衔锏膿p害效果(OFD燈)。在100小時(shí)時(shí)色點(diǎn)的X坐標(biāo)證實(shí)避免了碳的沉積物，該坐標(biāo)在帶有氧擴(kuò)散器的燈內(nèi)是較低的。
最后，在2000小時(shí)的操作后對燈泡外殼內(nèi)存在的氣體進(jìn)行質(zhì)譜儀分析；這些測試表示帶有氧擴(kuò)散器的燈泡含有CO2但沒有氫。氫吸收劑的能力不會(huì)由氧的釋放而受到影響。CO2由吸收劑慢慢地再次吸收，但其存在對燈泡工作無危害。
權(quán)利要求
1．用于高壓放電燈的氧擴(kuò)散器，包括一金屬容器，該金屬容器能保留固態(tài)材料但能使氣體通過，在該容器內(nèi)充填有氧化銀Ag2O。
2．如權(quán)利要求1所述的氧擴(kuò)散器，其特征是Ag2O為粉末形式。
3．如權(quán)利要求2所述的氧擴(kuò)散器，其特征是Ag2O粉末具有在0.1-50μm之間的顆粒。
4．如權(quán)利要求1所述的氧擴(kuò)散器，包括一圓筒形容器(11)，它具有一封閉的底并向上開口；在該容器內(nèi)的Ag2O(12)；一阻擋件(13)，它覆蓋Ag2O并且能保留粉末但能使氣體通過；和一支承部件(14)，它固定于容器(11)上。
5．如權(quán)利要求1所述的氧擴(kuò)散器，包括一環(huán)形容器(21)，它帶有一封閉的容器并且向上開口；位于該容器內(nèi)的Ag2O(22)；一阻擋件(23)，它覆蓋Ag2O并且能保留粉末但能使氣體通過；和一支承部件(24)，它固定于容器(21)上。
6．如權(quán)利要求1所述的氧擴(kuò)散器，包括一空心容器(31)，它帶有一平的上邊緣(32)；在容器(31)的空心部分的Ag2O(33)；由連續(xù)的金屬箔制造的一阻擋件(34)，它由一非連續(xù)的焊接(35、35’…)固定到邊緣(32)上；在相應(yīng)于非連續(xù)的焊接處位于邊緣(32)與阻擋件(34)之間的孔(36)；一支承部件(37)。
7．如權(quán)利要求1所述的氧擴(kuò)散器，包括一多邊形部段容器(41)，它是通過沿平行線(42,42’)和(44,44’)彎折一金屬條帶而形成，其中的一面由兩個(gè)表面(45,45’)限定；在容器內(nèi)的Ag2O粉末(43)；位于表面(45,45’)之間的一縫隙(46)；金屬容器開口端(47,47’)的封閉裝置。
8．如權(quán)利要求1所述的氧擴(kuò)散器，還包括一惰性材料粉末。
9．如權(quán)利要求1所述的氧擴(kuò)散器，還包括吸收劑材料。
10．如權(quán)利要求7所述的氧擴(kuò)散器，其中Ag2O與吸收劑材料放置在與擴(kuò)散器隔開的位置。
11．如權(quán)利要求7所述的氧擴(kuò)散器，其中Ag2O與吸收劑材料混合在一起。
全文摘要
描述了用于高壓放電燈的一種氧擴(kuò)散器。本發(fā)明的氧擴(kuò)散器包括一金屬容器,它能保留固態(tài)材料但允許氣體容易通過,包含有氧化銀。提出了幾種可行的擴(kuò)散器。該擴(kuò)散器可避免形成由燈泡內(nèi)的碳?xì)浠衔飵淼暮诔练e物。
文檔編號H01J17/24GK1209906SQ97191821
公開日1999年3月3日 申請日期1997年11月20日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月22日
發(fā)明者C·博菲特, B·J·德馬各特 申請人:工程吸氣公司