本發(fā)明屬于特種電光源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種脈沖氙燈及其封接方法。

背景技術(shù)：

大功率脈沖氙燈作為大型激光器的泵浦光源具有廣泛的應(yīng)用。為承受氙燈工作瞬間產(chǎn)生的高溫等離子體，燈管均采用石英玻璃。石英管與電極組件之間的封接是脈沖氙燈生產(chǎn)中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，封接工藝以及封接質(zhì)量的好壞不僅影響氙燈的壽命，也對(duì)氙燈結(jié)構(gòu)強(qiáng)度產(chǎn)生重要影響。目前最常用的封接方式是過(guò)渡玻璃封接和鉬箔（或鉬筒）封接。

過(guò)渡玻璃封接技術(shù)是首先利用可與金屬實(shí)現(xiàn)匹配連接的特種玻璃實(shí)現(xiàn)金屬與特種玻璃之間的致密封接，然后利用一系列過(guò)渡玻璃實(shí)現(xiàn)特種玻璃與石英玻璃之間的連接，最終實(shí)現(xiàn)金屬電極與石英管之間的緊密連接。名稱為“過(guò)渡封接型氙燈”的中國(guó)專利（授權(quán)公布號(hào)CN 101246800 A），公開了采用一次玻璃過(guò)渡即完成鎢電極和石英管之間的封接，簡(jiǎn)化了封接工藝。但是過(guò)渡玻璃封接技術(shù)存在使用火焰加工，封接工藝復(fù)雜，嚴(yán)重依賴人工，過(guò)渡玻璃封接區(qū)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較差和電極截面積偏小等不足。

名稱為“一種軟電極內(nèi)置式脈沖氙燈”的中國(guó)專利（授權(quán)公布號(hào)CN 102592951 B），公開了一種鉬箔（或鉬筒）封接技術(shù)。這種技術(shù)存在鉬箔（或鉬筒）封接的截面積較小，負(fù)載電流小，點(diǎn)燈時(shí)易出現(xiàn)微漏氣現(xiàn)象，不適用于大功率脈沖氙燈。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的封接工藝復(fù)雜、嚴(yán)重依賴人工、負(fù)載電流小的不足，本發(fā)明提供一種脈沖氙燈，本發(fā)明的另一目的是提供一種脈沖氙燈封接方法，采用活性焊料直接封接工藝的大功率脈沖氙燈。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明的脈沖氙燈，其特點(diǎn)是，所述的脈沖氙燈為具有外形為圓柱狀的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，脈沖氙燈包括石英管、電極、陶瓷環(huán)、絕緣膠、不銹鋼套筒、均壓帽、活性焊料、電極帽、轉(zhuǎn)接頭和電纜線。其連接關(guān)系是，所述的石英管內(nèi)兩端沿橫向中軸線分別設(shè)置有電極Ⅰ、電極Ⅱ。電極Ⅰ與電極Ⅱ沿石英管的縱向中軸線左右對(duì)稱設(shè)置。所述的石英管縱向中軸線右端的電極Ⅰ尾部與電極帽、轉(zhuǎn)接頭、電纜線沿橫向中軸線依次固定連接。石英管兩端坡度區(qū)外套接陶瓷環(huán)，陶瓷環(huán)后端套接有不銹鋼套筒。石英管兩端的尾管區(qū)端部外表面通過(guò)活性焊料與電極帽焊接，電極帽外部與均壓帽固定連接。所述的不銹鋼套筒內(nèi)連通的間隙均填充絕緣膠，絕緣膠與接觸的石英管、陶瓷環(huán)、不銹鋼套筒、均壓帽、電極帽、轉(zhuǎn)接頭、電纜線表面粘接。所述的石英管、電極、陶瓷環(huán)、不銹鋼套筒、均壓帽、電極帽、轉(zhuǎn)接頭和電纜線為同軸心設(shè)置。所述的石英管縱向中軸線左端與石英管縱向中軸線右端的結(jié)構(gòu)相同。

所述的電極由電極頭和電極桿構(gòu)成。

所述的電極Ⅰ與電極Ⅱ端部之間的距離范圍為200mm～1900mm。

所述的石英管外徑的范圍為7mm～50mm。

所述的石英管的端口壁厚的范圍為1mm～6mm。

所述的電極帽焊接區(qū)的壁厚范圍為0.05mm～1.0mm。

所述的電極頭材料采用鈰鎢、釔鎢、多元復(fù)合鎢合金中的一種，電極桿材料采用可伐、鉬、鈮中的一種。

本發(fā)明的脈沖氙燈封接方法，依次包括如下步驟：

a. 將電極連接在電極帽上，石英管端部包裹一層活性焊料片，然后將電極帽裝配到石英管端部；

b. 將裝配好電極帽的石英管固定在真空釬焊爐中，電極帽位于加熱爐的恒溫區(qū)；

c. 對(duì)真空釬焊爐抽真空，真空度低于5×10^－3Pa；

d. 對(duì)封接部位加熱至600℃~900℃，保溫10分鐘~30分鐘，使活性焊料熔融并與石英玻璃發(fā)生充分反應(yīng)，將石英管和電極帽直接封接形成一個(gè)整體；

e. 停止加熱后，待溫度降至室溫方可取出封接好的石英管。

所述的a）步驟中的活性焊料為含有Y、Sc、Ti、Zr、Al、Nb中的一種或多種組合的可與石英玻璃發(fā)生置換反應(yīng)的合金。

利用石英玻璃抗壓強(qiáng)度高達(dá)1150MPa的特點(diǎn)，將電極帽（008）套在石英管（001）端口外面，兩者中間填充活性焊料（007），然后在不高于5×10^－3Pa真空環(huán)境中加熱至600℃以上，當(dāng)活性焊料熔融并與石英玻璃充分反應(yīng)后，一次性完成電極帽與石英管的直接非匹配封接，電極帽對(duì)石英管施加的壓應(yīng)力遠(yuǎn)低于石英管抗壓強(qiáng)度。

所述的活性焊料（007）為一種含有Y、Sc、Ti、Zr、Al或Nb等的合金。

所述的脈沖氙燈的充氣氣壓范圍100Torr～500Torr。

本發(fā)明的有益效果是，易于實(shí)現(xiàn)脈沖氙燈封接的自動(dòng)化和規(guī)?；a(chǎn)，封接工藝簡(jiǎn)單穩(wěn)定，封接區(qū)真空密封性能好，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，氙燈可承受超高電流，使用壽命和工作可靠性顯著提高。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的脈沖氙燈的剖視圖。

圖2為圖1中的局部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明中的電極結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1.石英管 2.電極Ⅰ 3.陶瓷環(huán) 4.絕緣膠 5.不銹鋼套筒 6.均壓帽 7.活性焊料 8.電極帽 9.轉(zhuǎn)接頭 10.電纜線 21.電極頭 22.電極桿。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明

實(shí)施例1

圖1為本發(fā)明的脈沖氙燈的剖視圖，圖2為圖1中的局部結(jié)構(gòu)示意圖，即電極帽和石英管封接區(qū)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為本發(fā)明中的電極結(jié)構(gòu)示意圖。在圖1~圖3中，本發(fā)明的脈沖氙燈，為具有外形為圓柱狀的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，脈沖氙燈包括石英管1、電極2、陶瓷環(huán)3、絕緣膠4、不銹鋼套筒5、均壓帽6、活性焊料7、電極帽8、轉(zhuǎn)接頭9和電纜線10。其連接關(guān)系是，所述的石英管1內(nèi)兩端沿橫向中軸線分別設(shè)置有電極Ⅰ2、電極Ⅱ。電極Ⅰ2與電極Ⅱ沿石英管1的縱向中軸線左右對(duì)稱設(shè)置。所述的石英管1縱向中軸線右端的電極Ⅰ2尾部與電極帽8、轉(zhuǎn)接頭9、電纜線10沿橫向中軸線依次固定連接；石英管1兩端坡度區(qū)外套接陶瓷環(huán)3，陶瓷環(huán)3后端套接有不銹鋼套筒5；石英管1兩端的尾管區(qū)端部外表面通過(guò)活性焊料7與電極帽8焊接，電極帽8外部與均壓帽6固定連接。所述的不銹鋼套筒5內(nèi)連通的間隙均填充絕緣膠4，絕緣膠4與接觸的石英管1、陶瓷環(huán)3、不銹鋼套筒5、均壓帽6、電極帽8、轉(zhuǎn)接頭9、電纜線10表面粘接。所述的石英管1、電極2、陶瓷環(huán)3、不銹鋼套筒5、均壓帽6、電極帽8、轉(zhuǎn)接頭9和電纜線10為同軸心設(shè)置。所述的石英管1縱向中軸線左端與石英管1縱向中軸線右端的結(jié)構(gòu)相同。如圖1、圖2所示。

所述的電極2由電極頭21和電極桿22構(gòu)成。如圖3所示。

本實(shí)施例中，所述的電極Ⅰ2與電極Ⅱ端部之間的距離范圍為1850mm；所述的石英管1外徑為48mm；所述的石英管1的端口壁厚為3mm；所述的電極帽8焊接區(qū)的壁厚為0.1mm；所述的電極頭21材料采用鈰鎢，電極桿22材料采用可伐。

本發(fā)明的脈沖氙燈的封接方法，依次包括如下步驟：

a. 將電極連接在電極帽上，石英管端部包裹一層活性焊料片，然后將電極帽裝配到石英管端部；

b. 將裝配好電極帽的石英管固定在真空釬焊爐中，電極帽位于加熱爐的恒溫區(qū)；

c. 對(duì)真空釬焊爐抽真空，真空度低于5×10^－3Pa；

d. 對(duì)封接部位加熱至600℃~900℃，保溫10分鐘~30分鐘，使活性焊料熔融并與石英玻璃發(fā)生充分反應(yīng)，將石英管和電極帽直接封接形成一個(gè)整體；

e. 停止加熱后，待溫度降至室溫方可取出封接好的石英管。

所述的a）步驟中的活性焊料為含有Y、Sc、Ti、Zr、Al、Nb中的一種或多種組合的合金。

本發(fā)明的脈沖氙燈的主要制作工序分為三步：（1）封接；（2）充氙；（3）絕緣制作。在封接工序中，將電極連接在電極帽上，石英管端部包裹一層活性焊料片，然后將電極帽裝配到石英管端部；將裝配好電極帽的石英管固定在真空釬焊爐中，電極帽位于加熱爐的恒溫區(qū)；對(duì)真空釬焊爐抽真空至不高于5×10^－3Pa；對(duì)封接部位加熱至600℃以上，直至活性焊料熔融并與石英玻璃發(fā)生充分反應(yīng)，將石英管和電極帽直接封接形成一個(gè)整體；停止加熱后，待溫度降至室溫方可取出封接好的石英管；在充氙工序中，首先通過(guò)電極帽上的排氣管對(duì)氙燈進(jìn)行真空除氣，然后通過(guò)排氣管充入定量的氙氣，最后對(duì)排氣管進(jìn)行冷封；在絕緣制作工序中，首先將轉(zhuǎn)接頭和電纜線連接，然后將轉(zhuǎn)接頭連接到氙燈電極帽上；套上陶瓷環(huán)與石英管接觸，將均壓帽鑲嵌在轉(zhuǎn)接頭和電極帽的外面，然后將不銹鋼套筒與陶瓷環(huán)連接，向不銹鋼套筒內(nèi)注入液體絕緣膠，等待絕緣膠凝固后完成氙燈絕緣制作。

實(shí)施例2

本實(shí)施例與實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)相同，不同之處是，所述的電極Ⅰ2與電極Ⅱ端部之間的距離為440mm；石英管1外徑為37mm；

所述的電極頭21材料采用多元復(fù)合鎢合金，電極桿22材料采用鉬。

實(shí)施例3

本實(shí)施例與實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)相同，不同之處是，所述的電極Ⅰ2與電極Ⅱ端部之間的距離為200mm；石英管1外徑為22mm；石英管1的端口壁厚為2mm；

所述的電極頭21材料采用釔鎢，電極桿22材料采用鈮。