專利名稱：復合式hid電弧管的制作方法
技術領域：
本發明涉及照明設備中使用的電弧管，特別涉及高壓氣體放電 燈(HID)中所使用的復合式HID電弧管。
背景技術：
通常，選用熔融石英玻璃作為HID電弧管的制作材料，這是由 于這種玻璃制作的電弧管在高溫工作狀態下具有很好的耐壓特性，可 以承受大約200-300個大氣壓；另一方面，采用石英玻璃制作的電弧 管容易封接。然而，石英玻璃同時存在明顯的缺點， 一方面石英玻璃 電弧管是高溫下熱熔靠外模擠壓同時內腔吹入高壓風成型，其內腔尺 寸成了無法控制的自由工差；這樣可導致在高溫狀態下工作的電弧管 隨燈燃點角度的改變(最大可達360° )色溫最大變化達1000K;另 一方面，石英玻璃難以承受HID燈工作在電弧狀態下造成的高溫熔蝕 (尤其為了提高光效電弧管內引入鈉元素之后，大大加強了電弧電離 高溫對管壁石英材料硅的滲透和析出以及鈉自身損失的雙向作用)， 從管壁熔蝕析出的硅附隨鹵鎢循環氣流進入一對電極間的放電區，電 弧電離沖擊狀態下的高溫氣流導致硅瞬態熔化，這種液態硅膜最終像 電焊渣一樣沉積在電極的表層，導致電極不可逆轉的劣化現象，嚴重 影響了燈的發光效率和有效壽命。
近年來，特別是小功率陳列照明用燈的石英玻璃電弧管，開始 被多晶氧化鋁(PCA)陶瓷電弧管所替代，從而大大提高了光色的均 勻度及穩定性。陶瓷電弧管替代石英電弧管金屬鹵化物燈(MH)顏色 一致性的改善，其原因之一是由于陶瓷電弧管制作胚胎是在常溫下模 壓或灌漿成型，其幾何尺寸得到嚴格控制，而另一原因是陶瓷電弧管 提高了管壁的工作溫度在管壁溫度很高的情況下，對其相關色溫與 管壁溫度曲線上可觀察到極小值，陶瓷電弧管完全能適應于在這一相
應色溫極小值區域工作(而對石英電弧管，這個區域出現在石英玻璃 能承受的合理工作溫度之上)，尤其當燈中填充劑為鈉與稀土鹵化物
時，更高的工作溫度使燈具有優良的顯色性(Ra>80)，并提高了發 光效率(>901nr W—。多晶氧化鋁結構的另 一個主要優點是在壽命 期間，燈內鈉金屬損失大大減少，確保光色比傳統的石英電弧管的金 屬鹵化物燈產品更穩定。
專利號為98115658. 4的中國專利公開了一種高壓氣體放電燈的 陶瓷殼組件，殼體結構PCA殼和特殊設計的軸向分層的氧化鋁-金屬 陶瓷多層結構。其中多零件端塞的最后零件不用任何密封材料而直接 燒結到相關的穿通線上，同時保持一定的熱膨脹系數。但事實上，由 于燈的高工作溫度和強烈的熔融金屬鹵化物及蒸汽的腐蝕，這種封接 方式也很難提供長期可靠的密封和較長的壽命。
美國專利US 6， 313， 582B1也公開了一種陶瓷燈，其放電管采用 半透明陶瓷制成，密封管部分采用基于Dy203-Al20:,-Si02的密封材料 進行端口封接。這種由陶瓷制成的電弧管由于PCA自身的耐壓差(只 能承受大約3-5個大氣壓)的缺點，實際封裝電極很難，在排氣過程 之中的真實狀態下既要往電弧內填充金鹵丸、注汞、充入各種惰性氣
體、又要靠填充玻璃焊料把電極的外引線與陶瓷材料之間達到氣密性 封接并非易事，往往走到制作電弧管這最后一步而失敗，使前功盡棄， 嚴重影響了制作陶瓷電弧管的綜合合格率，不僅使成本居高不下。而 且，目前的技術也僅僅能夠150w以下中小功率的電弧管，對250W 以上至幾個KW的大功率還未見到有普及商業化應用的范例，因此， 也使這項先進的制燈技術還未得到推廣與普及。
上述專利文獻公開的技術方案被作為背景技術在此引作參考。
發明內容
因此，針對石英玻璃和半透明多晶氧化鋁材料的優點和不足， 以及封接方面的問題，本發明將兩種材料的優點相結合，同時彌補了 各自的缺點，提出了一種新穎的電弧管。
本發明的目的是提供一種復合式HID電弧管，其主要特點是用
石英玻璃或拜可(Vycor)石英玻璃吹制成型的電弧管內部分地涂敷 一層半透明多晶氧化鋁，然后經高溫胚燒成型為熔融石英玻璃與半透 明多晶氧化鋁或拜可石英玻璃與半透明多晶氧化鋁復合式HID電弧 管。這種復合式HID電弧管保留了石英玻璃封接容易，能夠承受高氣 壓工作，采用內套成型模灌漿涂敷半透明多晶氧化鋁，使電弧管內腔 尺寸受到嚴格控制，提高了電弧管內壁工作溫度，并有效防止了鈉滲 透現象。用這種復合式HID電弧管制作的金屬鹵化燈可以將燈內充氣 壓力比普通多晶氧化鋁制作的陶瓷金鹵燈的充氣壓力提高20%-50%。 因此，光效可提高25%左右，尤其可以采用這種復合式HID電弧管技 術去制作超高壓汞燈(UHP)光源的電弧管，能有效克服現有UHP石 英電弧管因內壁溫度過高重結晶和失透而降低了耐壓強度早期失效 的問題。
根據本發明的復合式HID電弧管，包括放電管、兩根引出管， 其特征在于
放電管是由熔融石英玻璃或拜可石英玻璃吹制成外殼，并且內 涂敷半透明多晶氧化鋁層構成的復合式雙層殼體，并且
引出管由熔融石英玻璃或拜可石英玻璃構成，其中在引出管內 靠電弧腔體的兩端，部分地內涂敷有多晶氧化鋁層。
根據本發明的一方面，在上述復合式HID電弧管中，放電管的 電弧腔體呈橄欖型或橢球型。
根據本發明的另一方面，在上述復合式HID電弧管中，電弧腔 體的內壁以及靠近腔體兩端3 8mm引出管的內壁均勻涂敷有0. 2 0. 5mm厚的半透明多晶氧化鋁層。
根據本發明的又一方面，上述復合式HID電弧管的導出管采用 兩種不同方式進行封接。
根據本發明的再一方面，在上述復合式HID電弧管中，其中， 在所述引出管位置內涂敷有多晶氧化鋁的部位，采用A1203， Dy203，Si02 的混合物為主體的玻璃焊料封接，所述引出管由石英玻璃構成的位 置，采用煤氧火加熱后壓封。
另外，根據本發明的復合式HID電弧管，其中，多晶氧化鋁層
通過以下方式涂覆而成采用耐熱硅膠精密制成的內膽塞入放電管電 弧腔體及引出管內，再注入一定壓力的空氣，使硅膠內膽成之為一精 密的內襯膜，再往內襯膜與所述外殼之間的縫隙注入高純氧化鋁粉末 與少量粘接劑、晶粒生產抑制劑、增塑劑充分拌勻的陶瓷粉漿，灌漿
成型之后要經過室溫固化、脫模，50(TC 60CTC低溫增壓胚燒，1000
x:中溫預燒，然后加精密氧化鋁外模、內襯模套防止石英玻璃高溫變
型，經180(TC真空高溫鍛燒3-4小時，再迅速將工件移出高溫爐強
風冷卻。
本發明與已有技術相對照，其效果是積極和明顯的。具體地說， 相比較石英玻璃材料的不耐高溫，而且容易產生鈉金屬損失，以及多 晶氧化鋁材料不耐高壓以及不易氣密性封裝的缺點來說，本發明的復
合HID電弧管既保留了石英玻璃的電弧管容易成型，好裝配封口，耐 壓特性好，工作氣壓高，又吸收了半透明多晶氧化鋁(PCA)電弧腔體
內幾何尺寸規范，耐高溫，抗鈉滲透性強的優點。因此，本發明的復
合式HID電弧管可以提高工作氣壓和溫度，防止鈉滲透以及電極表面 液態硅膜形成的變形損壞，提高了 HID，尤其是MH燈的光色穩定性 和光效，并延長了燈的使用壽命。
本發明的目的、特征及優點將通過實施例并結合附圖進行詳細 說明。
圖1是本發明一種復合式HID電弧管示意圖。
具體實施例方式
下面，將參考附圖對本發明進行具體描述。
如圖1所示，本發明的一種復合式HID電弧管，具有放電管l、 電極2、鉬引線3、鉬箔4、鉬外引線5，電極2設置在所述的放電管 1的電弧腔體13內，鉬引線3、鉬箔4、鉬外引線5依次與電極2連 接，并分別設置在放電管1兩端的兩根引出管14中，其中，放電管 1由熔融石英玻璃或拜可石英玻璃11吹制外殼，內涂敷半透明多晶 氧化鋁(PCA) 12構成的復合式雙層殼體，放電管1的電弧腔體13 兩邊設置有兩根細而長的引出管14，引出管14內靠電弧腔體13的 一端也分別涂敷有半透明多晶氧化鋁層12，由所述的電弧腔體內13 向外依次是所述的電極2、鉬引線3、鉬箔4和鉬外引線5，與所述 的鉬引線3對應的引出管14位置是內涂敷有多晶氧化鋁12的部位， 采用Al203，Dy203，Si02的混合物為主體的玻璃焊料15封接，與鉬箔4 相對應的引出管14是石英玻璃11構成的單層玻管位置，采用煤氧火 加熱后壓封，所述的放電管1根據不同的品種充填有各種不同的金屬 鹵化物，汞或汞的替代物，高純氬氣，氬氖混合氣，氪氣或氤氣。
進一步的，根據本發明的復合式HID電弧管，其中，放電管的 電弧腔體13呈橄欖型或橢球型，電弧腔體13的內壁以及靠近腔體兩 端約3 8mm引出管14的內壁均勻涂敷有0. 2 0. 5mra厚的半透明多 晶氧化鋁層12。
進一步的，根據本發明的復合式HID電弧管，其中采用第一段 和第二段分段封接的方法對電極2進行封接。
進一步的，根據本發明的復合式HID電弧管，其中，放電管的 電弧腔體13的內壁及靠近腔體兩端約3 8mm引出管14的內壁均勻 涂敷半透明多晶氧化鋁層12，涂敷時采用耐熱硅膠精密制成的內膽 塞入放電管內腔13及引出管14內，再注入一定壓力的空氣，使所述 的硅膠內膽成之為一精密的內襯膜，再往內襯膜與所述的放電管1 的熔融石英玻璃或拜可石英玻璃外殼11之間的縫隙注入高純氧化鋁 粉末與少量粘接劑、晶粒生產抑制劑、增塑劑充分拌勻的陶瓷粉漿。
進一步的，根據本發明的復合式HID電弧管，其中，電弧腔體 13的內壁靠近腔體兩端約3 8mm引出管14的內壁均勻半透明多晶 氧化鋁層12，灌漿成型之后要經過室溫固化、脫模，50(TC 60(TC 低溫增壓胚燒，100(TC中溫預燒，然后加精密氧化鋁外模、內襯模套 防止石英玻璃11高溫變型，經180(TC真空高溫鍛燒3-4小時，再迅 速將工件移出高溫爐強風冷卻，以防止石英玻璃外殼11失透。
進一步的，根據本發明的復合式HID電弧管，其中，電極2采 用第一段和第二段分段封接的方法，其中，在靠近電弧管電弧腔體
13兩端距離約3 8mm引出管14的一段為第一段，由此段再往外延 伸10 20mm的引出管14稱之為第二段，第一段引出管14內壁與電 弧腔體13內壁一樣涂敷有半透明多晶氧化鋁層12，封接時采用以 八1203，07203，5102的混合物為主體的玻璃焊料15封接，第二段是石英 玻璃或改進型石英玻璃11，如拜可石英玻璃，鉬阻玻璃，采用鉬箔4 非匹配性封接，或將鉬桿加工后進行匹配性封接，以增加燈工作在超 高氣壓，如100 200atm時的氣密性。
在圖1所示的實例中，電弧管1優選采用橢球型電弧管外殼11 由羥基含量《10卯ra的高純熔融石英玻璃11吹制而成，最大直徑為 4)18.5mm，平均壁厚1. 8mm，最薄的地方》1. 5mm，內涂敷并燒結而 成的半透明氧化鋁(PCA)層12，平均厚O. 2mm，最薄處>0. 15腿， 最厚處《0.25mra;電極2采用釷鎢材料制作，有良好的發射性能，燈 的金鹵充填物選取Scl3-Cel3-lnl3-T11-Nal，因此管壁負載Ws約為 20W/cra2，燈標稱功率150W。
在燈管匹配高頻方波電流、電壓及衡功率輸出的電子鎮流器情 況下測試初始光效》1101m/w，平均光效951m/w，顯色指數Ra>85， 色溫4200K,壽命20,000小時，而且燈壽命期間內的光色的一致性 比石英鈧鈉燈有很大的改善。
根據本發明的實施例，為了說明的目的，采取了金屬鉬作為引 線以及箔片來與電極連接，但是本發明并不限于金屬鉬，也可以采用 其他適合的金屬或者合金來替換。
可以利用本發明的電弧管來制作陶瓷金屬鹵化物燈， 一般采用 雙端或者單端方式來制作。雙端方式是在燈外殼的兩端設置有導線連
接到電弧管的兩端，燈外殼一般可選用圓柱型或者圓錐型等。而單端 方式是只在燈外殼的一端設置導線，電弧管兩端的引線都通過這個導 線引出，燈外殼一般可選用球型或橢球型等。
以上引用的所有專利均以全文復制的方式引入本文以供參考。 雖然為了有助于說明本發明的各個方面，上文詳細描述了本發明的具 體實例，但是應當理解，這并不旨在將本發明限制于實例中所給出的 具體內容。相反，其目的在于涵蓋附帶的權利要求書中限定的本發明
的精神和范圍內的所有修改形式、實施例和替代實施例。
權利要求
1.一種復合式HID電弧管，包括放電管(1)、兩根引出管(14)，其特征在于所述放電管是由熔融石英玻璃或拜可石英玻璃吹制成外殼(11)，并且內涂敷半透明多晶氧化鋁層(12)構成的復合式雙層殼體，并且所述引出管由熔融石英玻璃或拜可石英玻璃構成，其中在所述引出管內靠電弧腔體的兩端，部分地內涂敷有多晶氧化鋁層。
2. 如權利要求1所述的復合式HID電弧管，其特征在于所述 電弧腔體的內壁以及靠近腔體兩端3 8mra引出管的內壁均勻涂敷有 0. 2 0. 5mra厚的半透明多晶氧化鋁層。
3. 如權利要求1或2所述的復合式HID電弧管，其特征在于 所述放電管的電弧腔體呈橄欖型或橢球型。
4. 如權利要求1或2所述的復合式HID電弧管，其特征在于 所述引出管采用兩種不同方式進行封接。
5. 如權利要求3所述的復合式HID電弧管，其特征在于所述 引出管采用兩種不同方式進行封接。
全文摘要
一種復合式HID電弧管，包括放電管、兩根引出管，其中放電管是由熔融石英玻璃或拜可石英玻璃吹制成外殼，并且內涂敷半透明多晶氧化鋁(PCA)層構成的復合式雙層殼體，并且引出管由熔融石英玻璃或拜可石英玻璃構成，其中在所述引出管內靠電弧腔體的兩端，部分地內涂敷有多晶氧化鋁層。電弧管經高溫燒結之后采用分兩段封裝電極的方法，引出管內涂敷有PCA的第一段采用玻璃焊料封接，第二段石英玻璃采用鉬箔壓封封接。上述結構的HID電弧管，既保留了石英玻璃電弧管容易成型，耐壓特性好，又具有PCA電弧腔體內幾何尺寸規范、耐高溫、抗鈉滲透性強的優點，可以提高HID，尤其是MH燈的光色穩定性和光效，并延長燈的使用壽命。
文檔編號H01J61/36GK101373698SQ20081009722
公開日2009年2月25日 申請日期2008年5月5日 優先權日2007年8月21日
發明者陳宗烈 申請人:陳宗烈