專利名稱：長(zhǎng)壽命鹵素循環(huán)白熾燈和玻璃封殼組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燈，特別涉及白熾鹵素?zé)?，還特別涉及鹵素?zé)舴鈿び玫牟ＡА?br> 背景技術(shù)：
由鎢-鹵素循環(huán)操作的燈是已知的。該燈工作時(shí)，其含有惰性填充氣體，例如，氖，氮，氬，氪，或氙，或其混合物，與鹵素一起，通常是溴，與從熾熱燈絲逸出的揮發(fā)鎢相結(jié)合。燈中，由熾熱燈絲限定的溫度極限與燈殼中的最冷點(diǎn)之間，以氣態(tài)物質(zhì)達(dá)到濃度平衡。冷點(diǎn)溫度應(yīng)足夠高，以防止任何鎢的鹵化物凝聚，只要滿足該條件，連續(xù)輸送循環(huán)操作能保持鎢不揮發(fā)到燈殼上。
很多硬玻璃，如硅鋁酸鹽，已用于鎢鹵素?zé)羧〉貌煌潭鹊某晒?。這些玻璃包括Corning Incorporated供應(yīng)的1720，1724和1725號(hào)玻璃；Schott供應(yīng)的8252和8253號(hào)玻璃；和General Electric供應(yīng)的180號(hào)玻璃。
1720，1724和8252號(hào)玻璃已成功地用于低壓(即12V)應(yīng)用范圍，如工作壁溫低于500℃的汽車頭燈；但是，對(duì)線路電壓應(yīng)用范圍來(lái)說(shuō)，即，電壓高于85V的應(yīng)用，由于壁溫遠(yuǎn)高于500℃，這些玻璃就不適用，因?yàn)樗荒鼙３至己玫拿芊庑?。該情況是由于工作中的玻璃結(jié)構(gòu)收縮造成的。收縮的玻璃造成的應(yīng)力可能會(huì)超過(guò)玻璃的破裂強(qiáng)度，最終造成燈密封破壞。
其它玻璃，如1725，180和8253號(hào)玻璃均有實(shí)質(zhì)上更高的玻璃變形點(diǎn)，而適用于玻殼尺寸減小和更大電壓產(chǎn)生的更高壁溫，即電壓超過(guò)85伏的情形，此時(shí)玻璃不會(huì)因收縮而破壞，但最終會(huì)出現(xiàn)因鎢淀積在燈泡內(nèi)壁上產(chǎn)生的變黑現(xiàn)象，因而，會(huì)出現(xiàn)非被動(dòng)性燈損壞，即燈殼爆炸。理想情況的燈損壞應(yīng)是被動(dòng)性損壞，即因燈絲斷裂造成的破壞。通常使用的鹵素氣體是HBr或CH3Br。如上所述，溴(或其它鹵素)的濃度是控制有鎢絲的鹵素循環(huán)的關(guān)鍵。上述玻璃最初的工作狀態(tài)很好，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后，堿土陽(yáng)離子與燈泡壁反應(yīng)，從鹵素循環(huán)中消耗溴。反應(yīng)生成物通常是BaBr2和CaBr2，在燈殼內(nèi)表面上出現(xiàn)白色煙霧。這樣通常設(shè)計(jì)出的鹵素?zé)粜阅苁艿皆摲磻?yīng)的限制。
已有人提出在燈殼內(nèi)表面涂一層二氧化硅阻隔層來(lái)減小堿土陽(yáng)離子與溴的反應(yīng)(見已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人的美國(guó)專利5473226)，但該解決辦法使成本增加而且并不完全有效。
如果能開發(fā)出一種玻璃，它能消除或基本上減少加85伏以上電壓時(shí)燈內(nèi)鹵素氣體與玻璃材料的化學(xué)反應(yīng)，從而提高燈的性能(能保持增大的亮度)和壽命，便是本技術(shù)領(lǐng)域的一大進(jìn)展。即可以實(shí)現(xiàn)超過(guò)2500小時(shí)而燈的亮度基本上不減弱這一目標(biāo)。本發(fā)明介紹因此，本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的另一目的是提高鹵素循環(huán)燈的性能。
本發(fā)明的又一目的是，提供鎢鹵素?zé)粲玫牟Ａ?，它能達(dá)到上述效果而且能保持低成本。
按本發(fā)明的一個(gè)方面，為實(shí)現(xiàn)這些目的，提供一種能在85伏以上的電壓工作的長(zhǎng)壽命鹵素循環(huán)白熾燈，它包括把鎢燈絲密封在內(nèi)的透明玻璃封殼；連接燈絲，并伸出封殼外與85伏以上電壓電源連接的一對(duì)引線；在至少三個(gè)大氣壓下填入封殼內(nèi)的含鹵素填充氣體。所述封殼由堿土硅鋁酸鹽玻璃構(gòu)成，該玻璃主要組成如下58以上至約64wt％的SiO2、約14至約17.5wt％的Al2O3、0至約1wt％的B2O3、1至約7wt％的MgO、約5.5至約14wt％的CaO、約6至約17wt％的BaO、0至約8wt％的SrO和0至約1.5wt％的ZrO2。其它微量化合物，例如CeO2或TiO2可以存在的量是1wt％以下。本發(fā)明的優(yōu)選方案中，封殼是由對(duì)鹵素的親合力減小了的硅鋁酸鹽玻璃構(gòu)成的，該玻璃包含59至約61wt％SiO2，約15.3至約17.2wt％Al2O3，約0.3至約0.5wt％B2O3，1至約6.5wt％MgO，約5.9至約13.5wt％CaO，約6.5wt％以上至約9.5wt％的BaO，0至約8wt％SrO，約0.05至約1wt％ZrO2，約0至約0.3wt％CeO2和約0至約0.5wt％TiO2。附圖
的簡(jiǎn)要說(shuō)明只有一個(gè)附圖，它是本發(fā)明用的鎢鹵素?zé)舻臋M截面圖。實(shí)施本發(fā)明的最佳模式參見以下結(jié)合上述附圖所作的說(shuō)明和所附的權(quán)利要求書，能更好理解本發(fā)明以及本發(fā)明的其它更進(jìn)一步的目的，發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和發(fā)明的能力。
現(xiàn)在更具體地參考附圖，圖中所示的燈30有縱軸L，并包括外殼32和內(nèi)殼34，框架組件36和底座38、外殼32有玻頸部分40。內(nèi)殼34是帶有燈絲45的鎢鹵素白熾封殼、其中有彎曲電引線42和44，該引線連接到殼體34外的85伏以上電壓的電源。本例中封殼34安在框架組件36上。
封殼34是用本發(fā)明的玻璃構(gòu)成的，并包含由惰性氣體和鹵素組成的填充氣體。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，填充氣包括95％Kr，約5％N2，和0.10％的HBr，且氣體處于3至8個(gè)大氣壓。
構(gòu)成封殼34用的硅鋁酸鹽玻璃主要成分包括＞58wt％至約64wt％SiO2、約14至約17.5wt％Al2O3、0至約1wt％B2O3、約1至約7wt％MgO、約5.5至約14wt％CaO、約6至約17wt％ BaO、0至約8wt％SrO，0至約1.5wt％ZrO2。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，可以不含氧化硼和氧化鋯而不會(huì)影響燈的工作；但是，為了促進(jìn)熔化工藝必須加少量的氧化硼和氧化鋯。為了控制液態(tài)可加入少量氧化鋅，而少量的CeO2和/或TiO2以控制UV吸收限。適用于茶色燈的玻璃中?？杉幼罡?wt％的Br。這相當(dāng)于制成的玻璃中含Br最高約0.6wt％。因?yàn)樗玫幕衔?，例如BaBr2是有揮發(fā)性的。
用以下方式測(cè)試本發(fā)明的一些玻璃溴的消耗量與現(xiàn)有技術(shù)玻璃對(duì)比。長(zhǎng)度約5英寸，直徑約5英寸的熔合石英反應(yīng)容器內(nèi)裝入8253，180，1725，1724，1720號(hào)玻璃各組合物和本發(fā)明玻璃構(gòu)成的封殼玻璃管。這些玻璃的成分列于表I中。
表I
排空石英反應(yīng)容器，在1個(gè)大氣壓下回填由80％Kr，19％N，和1％HBr組成的氣體，并密封。該反應(yīng)容器放在爐子的等溫部分內(nèi)，在610℃加熱500小時(shí)。冷卻后打開反應(yīng)容器，取出測(cè)試玻璃管，堵住一端并充入去離子水。之后堵住相反的一端，再把該封殼管加熱到100℃ 1小時(shí)，使圓柱形封殼玻璃內(nèi)表面上形成的水溶性反應(yīng)產(chǎn)物溶解。之后分析每個(gè)封殼管的水中所含的溴，鈣，鎂，鋇，鍶(一個(gè)玻璃樣品有少量的CaO被SrO代替)和鈉。結(jié)果列于表II中。
本發(fā)明的其它玻璃制備如下。實(shí)施例制造各實(shí)施例玻璃時(shí)，每次用的堿性物都稍有變化。例如，石英砂，氧化鋁，碳酸鎂、碳酸鈣，和碳酸鋇，以及鋯砂?？砂葱枰砑友趸嫼弯寤^。把混合均勻的混合物放入Pt/Rh坩堝內(nèi)在1600～1650℃于室驗(yàn)室內(nèi)熔化，再精煉和均化。將其在實(shí)驗(yàn)室拉伸機(jī)內(nèi)垂直拉出。玻璃是無(wú)破裂的小晶體。表III列出了按本發(fā)明方案的玻璃(A5)實(shí)例以及對(duì)比例(V1)，以氧化物的重量百分比為基礎(chǔ)的組成和它們的主要性能。
除轉(zhuǎn)變溫度(Tg)之外，再起泡溫度也列出。再起泡溫度是室溫下并無(wú)肉眼可見氣泡的玻璃樣品，當(dāng)升溫時(shí)在金屬的界面處(樣品的夾具，即鉬)突然形成氣泡時(shí)的溫度。該再起泡溫度越高，用于密封鉬時(shí)玻璃形成氣泡的可能性越小。對(duì)比例中，在Tg處會(huì)出現(xiàn)更高的冷卻點(diǎn)(UCP)。
用常規(guī)方法以玻璃管制備的大功率鎢鹵素?zé)粲糜跓魷y(cè)試。這些燈在700℃的燈泡溫度下連續(xù)工作。確定玻璃燈泡開始發(fā)黑之前的持續(xù)時(shí)間。A5的測(cè)試值很好，而V1出現(xiàn)燈泡膨脹現(xiàn)象。
表III
此外，優(yōu)選堿土氧化物(RO)的總量不少于21wt％，但不超過(guò)24wt％。超出該范圍，熱膨脹和粘度值均會(huì)偏離要求值。
而且CaO，SrO和MgO的總量與BaO的重量比((CaO+SrO+MgO)/BaO)應(yīng)在1.45至1.75之間，最好在1.65和1.75之間。
還認(rèn)為MgO與CaO的重量比很重要；因此，MgO/CaO要總是大于0，優(yōu)選小于0.8，否則玻璃的結(jié)晶穩(wěn)定性不足以進(jìn)行玻璃管拉伸。
與上述的高壓燈用的現(xiàn)有技術(shù)玻璃，即GE180，Corning1725或Schott8253玻璃(有兩元堿土氧化物系(BaO、CaO))相比，本發(fā)明的三元堿土氧化物(BaO、CaO、MgO)混合物的離子遷移較慢，因此認(rèn)為本發(fā)明優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。另外本發(fā)明玻璃的制造中的重點(diǎn)也包括消除或減少堿雜質(zhì)使其達(dá)最少量。即鈉、鋰和/或鉀的量應(yīng)保持在0.05wt％以下。因此，本發(fā)明提供了特別優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)玻璃的五元成分硅鋁酸鹽系(SiO2，Al2O3，BaO，CaO，MgO)，即在鹵素循環(huán)下工作的燈的內(nèi)表面上沒有溴的反應(yīng)生成物，因此能工作更長(zhǎng)的時(shí)間，而且，能減少或消除非被動(dòng)性損壞，該燈可清潔地點(diǎn)亮直至燈的壽命正常終結(jié)。
這里已展示和說(shuō)明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。本行業(yè)的技術(shù)人員會(huì)發(fā)現(xiàn)，還含有各種變化和改型出現(xiàn)，但是，這些變化和改型不會(huì)偏離由所附權(quán)利要求書規(guī)定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.可在85伏以上電壓下工作的長(zhǎng)壽命鹵素循環(huán)白熾燈，包括把燈絲密封在內(nèi)的透明玻璃封殼；連接燈絲并伸出所述封殼再連接到85伏以上電壓電源的一對(duì)引線；以及在至少3個(gè)大氣壓下填入所述封殼內(nèi)的含鹵素填充氣體，所述封殼由堿土金屬硅鋁酸鹽玻璃構(gòu)成，該玻璃的主要成分包括58以上至約64wt％的SiO2，約14至約17.5wt％的Al2O3，0至約1wt％的B2O3、1至約7wt％的MgO，約5.5至約14wt％的CaO，約6至約17wt％的BaO和0至約1.5wt％的ZrO2。
2.按權(quán)利要求1的燈，其中，所述鹵素是溴。
3.按權(quán)利要求1的燈，其中，所述壓力最高可達(dá)約8個(gè)大氣壓。
4.按權(quán)利要求3的燈，工作時(shí)，壁溫高于500℃。
5.按權(quán)利要求4的燈，其中，所述封殼組合物包括少量的ZnO，以控制液體。
6.按權(quán)利要求5的燈，其中，所述填充氣體包含惰性氣體。
7.按權(quán)利要求6的燈，其中，所述鹵素是溴。
8.一種對(duì)鹵素的親合力減小了的硅鋁酸鹽玻璃，含有58wt％以上至約64wt％的SiO2，約14至約17.5wt％的Al2O3，約0至約1wt％的B2O3，1至約7wt％的MgO，約5.5至約14wt％的CaO，約6至約17wt％的BaO和0至約8wt％的SrO。
9.按權(quán)利要求8的玻璃，其中，所述組合物含最高約1wt％的B2O3。
10.按權(quán)利要求9的玻璃，其中，所述組合物含最高約1.5wt％的ZrO2。
11.按權(quán)利要求10的玻璃，其中，為控制液體，用少量的ZnO取代少量的CaO。
12.堿土金屬硅鋁酸鹽玻璃，主要由下列成分組成以氧化物的重量百分比計(jì)，58以上至64wt％的SiO2，約14至約17.5wt％的Al2O3，0至約1wt％的B2O3，1至約7wt％的MgO，約5.5至約14wt％的CaO，約6至約17wt％的BaO，0至約1.5wt％的ZrO2，從0至約8wt％的SrO。
13.按權(quán)利要求12的玻璃，其中，堿土金屬氧化物的總重量不少于21wt％，也不多于24wt％。
14.按權(quán)利要求12的玻璃，其中，(CaO+SrO+MgO)/BaO重量比在1.45與1.75之間。
15.按權(quán)利要求14的玻璃，其中，所述重量比在1.65與1.75之間。
16.按權(quán)利要求14的玻璃，其中，所述玻璃的堿金屬氧化物含量少于0.03wt％，而水含量少于0.02wt％。
17.按權(quán)利要求1的燈，其中，所述B2O3的含量為0.2至0.7wt％。
18.按權(quán)利要求1的燈，其中，ZrO2的量是0.05至1wt％。
19.一種對(duì)鹵素的親合力減少了的硅鋁酸鹽玻璃，含有58以上至約64wt％的SiO2，約14至約17.5wt％的Al2O3，約0至約1wt％的B2O3，1至約7wt％的MgO，約5.5至約14wt％的CaO，約6至約17wt％的BaO，約0至約8wt％的SrO，約0至約1.5wt％的ZrO2，約0至約0.3wt％的CeO2、和約0至約0.5wt％的TiO2。
20.一種對(duì)鹵素的親合力減小了的硅鋁酸鹽玻璃，含有59至約61wt％的SiO2，約15.3至約17.2wt％的Al2O3，約0.3至約0.05wt％的B2O3，1至約6.5wt％的MgO，約5.9至約13.5wt％的CaO，約6.5以上至約9.5wt％的BaO，約0至約8wt％的SrO，約0.05至約1wt％的ZrO2，約0至約0.3wt％的CeO2、和約0至約0.5wt％的TiO2。
21.一種對(duì)鹵素的親合力減小了的硅鋁酸鹽玻璃，含有約60.7wt％的SiO2，約16.5wt％的Al2O3，約0.3wt％的B2O3，約5.7wt％的MgO，約7.8wt％的CaO，約8wt％的BaO，約1wt％的ZrO2，約0至約0.3wt％的CeO2和約0至約0.5wt％的TiO2。
22.按權(quán)利要求1的燈，其中，所述封殼還包含0以上至約8wt％的SrO。
全文摘要
一種可在85伏以上的電壓工作的長(zhǎng)壽命,鹵素循環(huán)白熾燈(30)。該燈包括將鎢燈絲(45)密封在其中的透明玻璃封殼(34);連接燈絲并伸出封殼外接到大于100伏的電壓源的一對(duì)彎曲電引線(42.44);和在至少3個(gè)大氣壓下填充在封殼內(nèi)的包含鹵素的填充氣體。該封殼由五種成分堿土硅鋁酸鹽系玻璃制成,該玻璃的主要成分包括大于58wt%至64wt%的SiO
文檔編號(hào)H01K1/28GK1269910SQ98808908
公開日2000年10月11日 申請(qǐng)日期1998年9月10日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月12日
發(fā)明者R·C·馬洛爾, K·瑙曼, F·奧特, O·貝克 申請(qǐng)人:奧斯蘭姆施爾凡尼亞公司, 肖特玻璃制造廠