專(zhuān)利名稱(chēng):大功率氙燈石英與銅焊接方法
一種用于大功率短弧氙燈、長(zhǎng)弧氙燈、按照燈或其他電光源或電真空器件上石英與銅焊接技術(shù)。
電真空技術(shù)中，復(fù)雜而困難的焊接就屬石英與金屬之間的焊接。石英與金屬(如銅)的焊接件同時(shí)由高溫(1000℃以上)降至室溫(27℃)，由于熱膨脹系數(shù)相差懸殊(石英熱膨脹系數(shù)α＝5.6×10-7/℃，銅熱膨脹系數(shù)α＝1.68×10-7/℃)體積驟然收縮時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)尺寸差ΔS，即產(chǎn)生應(yīng)力(包括壓應(yīng)力，拉應(yīng)力，剪切應(yīng)力)，焊件極易炸裂。其尺寸差ΔS與溫度T，與焊件的直徑D成正比，由下列公式看出。
ΔS＝(T1KmDm-T1KcDc)-(T2KmDm-T2KcDc)其中，T1，T2-為溫度范圍Km，Kc-為金屬與石英的膨脹系數(shù)Dm，Dc-為金屬與石英的直徑人們希望焊接件尺寸差ΔS等于零或很小。
已有的幾種焊接方法(1)過(guò)渡玻璃焊接(見(jiàn)蘇聯(lián)，φ.尤爾柯夫，B.K.列柯著《電真空工業(yè)中的過(guò)渡玻璃與過(guò)渡封接》)，其焊件機(jī)械強(qiáng)度低，口徑Dm與Dc小，制作工藝復(fù)雜。
(2)金屬法焊接，通常采用金屬鉬與石英焊接，稱(chēng)為鉬箔封接，(見(jiàn)專(zhuān)利Su-589646，《Sealed lead for lamp quartz envelope》)這種焊接件，機(jī)械強(qiáng)度比前種好，對(duì)于口徑Dm和Dc小的焊件，尺寸差ΔS也可以做得很小，但因鉬箔很薄(僅厚0.025mm)，電流通道(口徑D)受到限制，不能制造大功率氙燈。
(3)可折式的真空橡皮封接(見(jiàn)署名復(fù)旦大學(xué)電光源實(shí)驗(yàn)室著《電光源原理》)，是一種機(jī)械封接，機(jī)械強(qiáng)度雖高，但慢漏氣，不宜長(zhǎng)期保存。
本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，為解決大功率短弧或長(zhǎng)弧氙燈的真空密封問(wèn)題，發(fā)明一種工藝簡(jiǎn)單，既適應(yīng)大范圍的溫度T1、T2的變化，又適應(yīng)大口徑D焊件的焊接，ΔS值很小。
本發(fā)明的焊接方法，稱(chēng)為“襯砂灌鉛法”。技術(shù)關(guān)鍵在于選用塑性的銅料與石英管(1)焊接。塑性銅料可以選用無(wú)氧銅或紫銅。將其加工成銅帽(2)的形狀，銅帽(2)的壁帶有錐度，如圖(一)所示。采用軟焊料金屬鉛作為銅帽(2)與石英管(1)之間的過(guò)渡材料。
石英管(1)的焊接面必須達(dá)到真空密封面，為此，用溫度高達(dá)1550℃至1600℃的氫氧火焰處理焊接面。一方面去掉表面的臟物和雜質(zhì);一方面，將凹凸不平或帶有紋絡(luò)的表面變光滑，既達(dá)到清洗的目的，又進(jìn)行了拋光。
工藝流程是處理銅帽(2)→銅帽內(nèi)裝石英砂(3)→加熱石英管(1)，(A) (B)加熱銅帽(2)→石英管(1)插入銅帽(2)內(nèi)→灌入鉛水(4)→冷凝之后沖出石(D) (E) (F)英砂(3)→清洗→成品(G) (H)流程中第(E)步，開(kāi)始灌入鉛水(4)時(shí)，鉛水的溫度是400℃至500℃，石英管(1)的溫度是600℃至700℃，銅帽(2)的溫度是80℃至100℃。
為使灌入的鉛水，不從焊縫中外溢，以及使鉛與銅帽(2)頂端面之間留有空隙(10)，先在銅帽(2)內(nèi)裝入石英砂(3)(流程第(B)步所做)，作為襯墊。此襯墊的厚度應(yīng)該控制大于或等于1毫米，或者焊接件口徑的四分之一。襯墊過(guò)厚，焊件容易脹裂，襯墊小于1毫米，起不到防止鉛水外溢的作用。
上述全部操作均在大氣中進(jìn)行，無(wú)需石英管(1)的焊接面先金屬化(如鍍膜)，或者真空中無(wú)氧焊接。
本發(fā)明“襯砂灌鉛法”具有優(yōu)點(diǎn)工藝簡(jiǎn)單，焊接速度快，比其他焊接方法快十倍以上，節(jié)約了大量的人力物力。焊接件的應(yīng)力小，ΔS值小，不易炸裂?？趶紻基本上不受限制。真空密封性好，可以達(dá)到永久性密封。承受六至七個(gè)大氣壓時(shí)，漏氣速率小于10-11乇·升/秒。機(jī)械強(qiáng)度高。用在氙燈上，可以通過(guò)百萬(wàn)瓦以上的大功率脈沖，燈的電極引線拆卸方便。
結(jié)合
實(shí)施例圖(一)，顯示石英管(1)與銅帽(2)焊接過(guò)程。用鉛勺(5)將鉛水(4)灌入石英管(1)與裝有石英砂(3)的銅帽(2)之間的縫隙內(nèi)。
圖(二)，大功率短弧氙燈簡(jiǎn)圖。短弧氙燈的電極頭(6)通過(guò)銅管(7)為引出電極，銅管(7)內(nèi)通水(9)冷卻，銅管(7)與石英管(1)之間采用銅帽(2)與石英管(1)焊接，兩者中間是軟焊料鉛(4)，銅帽(2)與銅管(7)之間用錫(8)密焊。銅帽(2)頂端面與鉛(4)之間有空隙(10)。
實(shí)施例1大功率短弧氙燈，如圖(二)所示。石英管(1)口徑Dm為φ40毫米，銅帽(2)采用無(wú)氧銅，銅帽焊接區(qū)頂口端厚為0.08毫米至0.1毫米，石英砂(3)的顆粒度為120＃，石英砂(3)的厚度是1毫米，燈內(nèi)工作氣壓是六或七個(gè)大氣壓，漏氣速率小于10-11乇·升/秒。(用現(xiàn)有的測(cè)量?jī)x器幾乎測(cè)不出漏氣)。連續(xù)功率為3萬(wàn)瓦或6萬(wàn)瓦。
作為電極引線的銅管(7)與銅帽(2)之間用金屬錫(8)焊接，使得燈的電極拆卸方便，而且密封性好。
實(shí)施例2大功率長(zhǎng)弧氙燈，口徑Dm為φ80毫米，銅帽(2)是紫銅，石英砂(3)顆粒度是120＃，石英砂(3)襯墊厚度是20毫米，燈內(nèi)氙氣氣壓是600乇以上。燈管長(zhǎng)5米。當(dāng)放電脈沖寬度是30毫秒時(shí)，能量為二百五十萬(wàn)焦耳，其漏氣速率仍然小于10-11升·乇/秒。
權(quán)利要求
1.一種用于大功率氙燈或其他電光源和電真空器件上的石英與銅焊接方法，其特征是“襯砂灌鉛法”，選用塑性銅料與石英焊接，用鉛料作為兩者之間的過(guò)渡材料。
2.一種按照權(quán)利要求
1所述的石英與銅焊接方法，其特征在于將塑性銅料加工成壁帶有錐度的銅帽(2)。
3.一種按照權(quán)利要求
1或2所述的石英與銅焊接方法，其特征在于將石英管(1)插進(jìn)裝有石英砂(3)的銅帽(2)中，以石英砂(3)作襯墊，擋住鉛水(4)外溢。
4.一種按照權(quán)利要求
3所述的石英與銅焊接方法，其特征在于鉛水(4)開(kāi)始灌入石英管(1)與銅帽(2)之間的焊縫時(shí)，鉛水的溫度為400℃至500℃，石英管(1)的溫度為600℃至700℃，銅帽(2)的溫度為80℃至100℃。
5.一種按照權(quán)利要求
1或3所述的石英與銅焊接方法，其特征在于為使石英管(1)的焊接面成為真空密封面，采用溫度為1500℃至1600℃的氫氧火焰處理焊接面。
6.一種按照權(quán)利要求
3所述的石英與銅焊接方法，其特征在于作為襯墊的石英砂(3)厚度應(yīng)控制大于或等于1毫米，或是焊接件口徑的四分之一。
7.一種按照權(quán)利要求
3或4所述的石英與銅焊接方法，其特征在于灌入的鉛水(4)與銅帽(2)頂端面之間，留有空隙(10)。
8.一種按照權(quán)利要求
1或2所述的石英與銅焊接方法，其特征在于塑性銅料可以是無(wú)氧銅或紫銅。
專(zhuān)利摘要
一種用于大功率氙燈或其他電光源和電真空器件上石英與銅焊接技術(shù)，稱(chēng)為“襯砂灌鉛法”。關(guān)鍵在于選用塑性銅料與石英焊接，用鉛料作為兩者之間的過(guò)渡材料。全部操作均在大氣中進(jìn)行。具有工藝簡(jiǎn)單，速度快，焊件真空氣密性好，承受6至7個(gè)大氣壓時(shí)，漏氣速率小于10
文檔編號(hào)H01J9/32GK86100418SQ86100418
公開(kāi)日1987年8月5日 申請(qǐng)日期1986年1月14日
發(fā)明者王世明 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan