УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ КОМПАУНД И КЕРАМИЧЕСКИЙ РАЗРЯДНЫЙ БАЛЛОН, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКОЙ УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ КОМПАУНД Российский патент 2017 года по МПК H01J61/36 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к разрядному баллону, содержащему керамическое тело, которое вмещает в себя разрядное пространство, заполненное ионизируемым наполнителем, причем разрядное пространство уплотнено герметичным образом уплотнительным компаундом. Настоящее изобретение дополнительно относится к электрической лампе, уплотнительному компаунду и применению уплотнительного компаунда.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Металлогалогенные лампы, содержащие разрядный баллон, содержащий керамическое тело, известны в уровне техники и описаны, например, в патентах US2009/0269523 и EP215524. Такие лампы работают при высоком давлении и содержат наполнитель в виде ионизированного газа, например NaI (йодид натрия), TlI (йодид талия), CaI₂ (йодид кальция) и REI₃. REI₃ относятся к йодидам редкоземельных элементов. Характерными йодидами редкоземельных элементов для металлогалогенных ламп являются CeI₃, PrI₃, NdI₃, DyI₃ и LuI₃ (соответственно, йодиды церия, празеодима, неодима, диспрозия и лютеция). Обычно упомянутое керамическое тело изготовлено из прозрачного, газонепроницаемого (поли) кристаллического алюминия (TGA), алюмонитрида или алюмоиттриевого граната.

В промышленности постоянно прикладываются усилия по оптимизации таких ламп и процесса их производства. Аспекты, связанные с увеличением срока службы и энергосбережением при эксплуатации ламп, а также с уменьшением себестоимости процесса производства ламп, представляют собой проблемы, которые постоянно исследуются.

Одной специфической проблемой, представляющей интерес, является срок службы лампы. По существу, желательны продолжительные сроки службы, однако без существенного изменения характеристик лампы. Другой проблемой, представляющей интерес, является, например, уменьшение стоимости во время процесса производства. Например, уменьшение температуры нагрева во время этапа уплотнения в процессе производства, например уплотнение межслойного соединения с помощью уплотнительной части в концевой части может представлять интерес с точки зрения экономии расходов. В современном процессе производства металлогалогенных ламп лампы герметизируют при относительно высоких температурах. Уменьшение времени нагревания и/или температуры нагрева будет преимущественным для устройства, которое используется для выполнения такого этапа герметизации, но может быть также преимущественным для срока службы лампы (меньше риск образования трещин).

Другой специфической проблемой, представляющей интерес для увеличения упомянутого срока службы, является совпадение термического коэффициента расширения материала уплотнения с материалом для уплотнения, например с материалом уплотняющей части и/или с керамическим материалом разрядного баллона. В общем, чем лучше совпадение, тем продолжительнее срок службы, и/или чем меньше риск изготовления дефектных ламп в современных процессах изготовления ламп в большом количестве в промышленном масштабе. Наилучшее совпадение также позволит уменьшить риск образования трещин. Хотя ниобий не обладает достаточно хорошей стойкостью к наполнителю на основе галида металла, ниобий до сих пор выбирают в известной лампе в качестве уплотнительной части, так как он имеет коэффициент линейного теплового расширения, соответствующий коэффициенту линейного теплового расширения прозрачного спеченного керамического материала на основе Al₂O₃ разрядного баллона, то есть 7,3×10^-6K^-1, соответственно, 7,0×10^-6Κ^-1 (при температуре 300 K). Упомянутая уплотнительная часть герметизируется и полностью покрывается уплотнительным компаундом соответствующей концевой части лампы.

Недостаток известной лампы состоит в том, что оба уплотнительных компаунда являются стойкими к наполнителю на основе галида металла, что приводит к другому недостатку известной лампы, который заключается в том, что она является относительно длинной из-за своих длинных концевых частей, которые также называются продолжительными втулками (или vup). Длинные концевые части желательны для того, чтобы сохранять уплотнительный компаунд при относительно низкой температуре и, таким образом, замедлять процесс химического воздействия наполнителя и повысить стабильность характеристик лампы и/или увеличить срок службы лампы.

В альтернативном варианте осуществления известной лампы, как раскрыто в патенте WO2008075273, уплотнительная часть выполнена из металла, такого как иридий, который непосредственно уплотняется в керамическом материале концевой части посредством термоусадочного уплотнения. Получена повышенная стойкость конструкции выводов к коррозионному наполнителю на основе галида металла, так как иридий является стойким к упомянутому галиду металла, и отсутствует уплотнительный компаунд. Однако этот вариант осуществления известной лампы имеет недостаток, который заключается в том, что в результате процесса термоусадочного уплотнения иридий становится (отчасти) хрупким и менее устойчивым к удару, что влечет за собой недостаток, связанный с повышенным риском относительно короткого срока службы лампы. Более того, металл иридий является дорогостоящим материалом, что делает лампу относительно дорогой.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить лампу типа, указанного в первом абзаце, в котором устраняется по меньшей мере один из недостатков известных ламп. Кроме того, лампа, согласно первому абзацу характеризуется тем, что уплотнительный компаунд содержит по меньшей мере первый компонент, выбранный из первой группы, состоящей из рутения (Ru), осмия (Os), рения (Re), и содержит по меньшей мере второй компонент, выбранный из второй группы, состоящей из кремния (Si), бора (B), фосфора (P). Например, эти уплотнительные компаунды представляют собой тугоплавкие сплавы. Типичными компаундами, содержащими как первый, так и второй компонент, являются двухкомпонентные и трехкомпонентные тугоплавкие сплавы, такие как фосфид рутения (Ru_xP_w) и борид рутения-иридия (Ru_xIr_yB_z). Лампы, в которых используются упомянутые компаунды в качестве уплотнительного компаунда, удивительным образом показали относительно продолжительные сроки службы и отличные характеристики в течение срока службы. Эти уплотнительные компаунды, по-видимому, должны иметь коэффициенты линейного теплового расширения, близкие к таковым прозрачного спеченного керамического материала на основе Al₂O₃ разрядного баллона. Более того, оказалось, что упомянутые уплотнительные компаунды имеют очень хорошую стойкость к агрессивному наполнителю на основе металла галида. По меньшей мереодин второй компонент может находиться в диапазоне от нескольких атомных процентов, например 5 атомных процентов, до достаточно высокого количества, например 50 атомных процентов. Слишком большое количество по меньшей мере одного второго компонента, например бора, не следует применять во избежание диффузии (слишком большой) упомянутого второго компонента в керамическом разрядном баллоне, причем диффузия влечет за собой риск меньшей стойкости к коррозии разрядного баллона из-за наполнителя лампы. Следовательно, количество по меньшей мере одного второго компонента предпочтительно составляет не более чем 45 атомных процентов. С другой стороны, количество одного второго компонента предпочтительно составляет по меньшей мере 10 атомных процентов для того, чтобы оказывать значительное предпочтительное снижение точки плавления тугоплавкого сплава, например для того, чтобы обеспечить плавление уплотнительного стекла при приемлемой низкой температуре по сравнению с температурой плавления по меньшей мере одного первого компонента (то есть при температурах плавления ниже 2000°C).

Так как упомянутый уплотнительный компаунд является стойким к (агрессивному) ионизируемому наполнителю при относительно высоких температурах на стенке во время работы лампы, уплотнительный компаунд изобретения позволяет заполнить разрядное пространство через отверстие в стенке разрядного пространства и, по существу, загерметизировать упомянутое отверстие с помощью уплотнительного компаунда. Таким образом, уплотнение выполнено (почти) заподлицо с внутренней и внешней стенкой разрядного баллона, что делает компактный разрядный баллон с относительно гладкой стенкой разрядного пространства, и разрядное пространство свободно от (непреднамеренно) холодного места на уплотнении. Альтернативно, упомянутого уплотнения упомянутого отверстия можно достичь посредством комбинации из уплотнительного компаунда и керамической/металлической заглушки, при этом возможны и предусмотрены различные конструкции. Таким образом, возможны разрядные баллоны, которые подходят для высокочастотных газоразрядных ламп или газоразрядных ламп с диэлектрическим барьером, то есть для ламп, в которых электроды не расположены в разрядном пространстве, а расположены на наружной стороне стенки. Альтернативно, традиционная конструкция лампы с электродами, размещенными в разрядном пространстве газоразрядной лампы, удобно в изготовлении с электродом, установленном на соответствующем выводе, который герметизирован с помощью уплотнительного компаунда в соответствующей концевой части, причем концевая часть уплотнена с керамическим телом. Таким образом, возможно простое изготовление надежных, прочных разрядных баллонов, которые подходят для металлогалогенных HID-ламп, автомобильных HID-ламп, натриевых ламп высокого давления и т.п.

В частности, очевидно, что уплотнительные компаунды с высокой химической стойкостью к ионизируемому наполнителю представляют собой уплотнительные компаунды, выбранные из группы, состоящей из борида рутения (Ru_xB_z) и борида рутения-иридия (Ir_yRu_xB_z), где x+y+z=1 и пренебрегают загрязнениями вплоть до примесного уровня 0,05 атомных процентов, как, например, Na и/или Al. Путем изменения соотношения между количеством первого компонента и количеством второго компонента можно управлять некоторыми важными физическими свойствами уплотнительного компаунда, например коэффициентом линейного теплового расширения (относительно ограниченным) и точкой плавления. Например, количество 10 атомных процентов B (бора) в Ir (иридии) приводит к точке плавления приблизительно 2200°C тугоплавкого сплава, и количество 30 атомных процентов B в Ir приводит к точке плавления приблизительно 1600°C тугоплавкого сплава, хотя коэффициент линейного теплового расширения остается равным приблизительно 7,0×10^-6Κ^-1, то есть только слегка изменяясь между приблизительно 6,5-7,0×10^-6K^-1 при температуре 300 K. Желательную температуру для изготовления герметичного вывода, например в диапазоне 1650°C-1800°C, можно выбрать путем выбора упомянутого соотношения между количеством первого компонента и количеством второго компонента. Таким образом устраняется хрупкость уплотняющей части, например, которая имеет место в случае непосредственного термоусадочного уплотнения из иридия в керамическом разрядном баллоне при относительно высоких температурах, то есть при температурах приблизительно 1850°C. Так как необходимо найти хороший баланс между коэффициентом линейного теплового расширения, химической стойкостью и температурой плавления уплотнительного стекла, из экспериментальных исследований получено, что, в частности, компаунды составом Ru_xB_z и Ru_xIr_yB_z и при z, находящемся в диапазоне от 20 атомных процентов до 35 атомных процентов, удовлетворяют этим требованиям, например уплотнительные компаунды, такие как Ru_0,65B_0,35 или Ru_0,75B_0,25. Кроме того, Ru и/или Ir в комбинации с Si и/или P привели к соизмеримому снижению точки плавления Ir, соответственно, Ru (или их смесей также с бором), и эти компаунды также показали хорошую стойкость к ионизируемому наполнителю при повышенных температурах, которые были получены во время работы лампы. Следовательно, тугоплавкие сплавы, например Ru_xSi_v, Ir_yP_w, Ru_xP_w (где v+w+x+y(+z)=1), можно в равной степени применять с приблизительно таким же эффектом/результатом, как и RuB-компаунды. Подходящие тугоплавкие сплавы с осмием и рением в качестве первого компонента имеют второй компонент в диапазоне приблизительно 40 атомных процентов, например Os_0,6B_0,4 и Re_0,58B_0,42, причем эти компаунды имеют температуры плавления приблизительно 1700°C и 1830°C, соответственно. В общем, получены комбинации, согласно общей формуле Ir_xRu_yOs_zRe_aBbSi_vP_w при v+w+x+y+z+a+b=1 и при сумме v+w+b, находящейся в диапазоне 0,05-0,040, и которые представляют собой подходящие уплотнительные компаунды.

Весьма подходящие материалы, которые можно использовать в качестве материала для уплотнительной части, выбраны из группы, состоящей из ниобия (Nb), молибдена (Mo), рения (Re), вольфрама (W), тантала (Ta) и иридия (Ir). Молибден, ниобий и вольфрам являются предпочтительными по отношению к цене материала уплотнительной части. Тем не менее, для всех этих материалов взаимная разность между коэффициентом линейного теплового расширения уплотнительной части и коэффициентом линейного теплового расширения керамического разрядного баллона является достаточно маленькой, так что слой уплотнительного компаунда подходит для перекрытия этой упомянутой разности, например, толщина слоя уплотнительного стекла находится в диапазоне 50-250 мкм, например, в случае молибдена уплотнительная часть толщины слоя составляет 200 мкм. В частности, для ниобия, рения и иридия в качестве материала для уплотнительных частей, взаимная разность по коэффициенту линейного теплового расширения является такой маленькой, что требуется только относительно тонкий слой уплотнительного компаунда для уплотнения, например слой уплотнительного компаунда, находящийся между 50-130 мкм для металлической части на основе ниобия с диаметром приблизительно 650 мкм, таким образом обеспечивая относительно компактный разрядный баллон. Предпочтительно, выше температурного диапазона 25-300°C уплотнительный компаунд имеет коэффициент линейного теплового расширения Е в диапазоне 6,5×10^-6K^-1<=E<=7,0×10^-6K^-1, что приводит к относительно низкому механическому напряжению на границе между выводом и разрядным баллоном. Таким образом, получен разрядный баллон с улучшенным соединением между разрядным баллоном и выводом, что является преимущественным для срока службы лампы, содержащей упомянутый разрядный баллон. Более предпочтительно, что уплотнительный компаунд имеет состав, выбранный таким образом, что коэффициент линейного расширения Е находится в диапазоне ±0,5×l0^-6K^-1 среднего коэффициента линейного теплового расширения керамического материала разрядного баллона и коэффициента линейного теплового расширения уплотнительной части. Таким образом, уплотнительное стекло имеет хороший промежуточный коэффициент линейного теплового расширения между коэффициентами линейного теплового расширения керамического разрядного баллона и керамической частью, что приводит к большей или меньшей минимизации механических напряжений между выводом и разрядным баллоном.

Вариант осуществления разрядного баллона согласно изобретению характеризуется тем, что разрядный баллон избавляется от трещин вдоль металлической части вывода. Превосходная химическая стойкость уплотнительного стекла позволяет уплотнительному стеклу выдерживать повышенные температуры, следовательно, находиться ближе к дуговому разряду, не приводя к срокам службы изобретенных разрядных баллонов короче, чем сроки службы известных разрядных баллонов. Таким образом, можно получить более компактные, но в равной степени надежные разрядные баллоны. Затем в равной степени возможно изготовить вариант осуществления разрядного баллона изобретения, который свободен от продолжающейся втулки на своей концевой части, что делает разрядный баллон и, следовательно, лампу, содержащую упомянутый разрядный баллон, еще более компактными.

В варианте осуществления разрядный баллон изобретения характеризуется тем, что металлическая часть находится в одной части и продолжается между электродом и внешним контактом. Таким образом получены относительно дешевый разрядный баллон и относительно простая конструкция.

Настоящее изобретение дополнительно относится к электрической лампе, содержащей по меньшей мере два внешних электрических контакта и содержащей разрядный баллон согласно изобретению, причем разрядный баллон содержит по меньшей мере два электрода, при этом каждый электрод соединен с соответствующими внешними электрическими контактами. Электроды можно разместить внутри разрядного пространства или выполнить на внешней стороне стенки разрядного баллона. Вариант осуществления лампы содержит выводы, которые, в частности, являются подходящими в металлогалогенных газовых разрядных лампах высокого давления. В упомянутых лампах выводы подвергаются относительно высоким температурам во время работы лампы, что накладывает высокие требования к стойкости упомянутых выводов к (агрессивному) ионизируемому наполнителю лампы. Очевидно, что достаточная стойкость к упомянутому наполнителю получена с помощью выводов (или ламп) согласно изобретению.

Изобретение также относится к использованию уплотнительного компаунда в разрядном баллоне, причем уплотнительный компаунд содержит по меньшей мере один первый компонент, выбранный и первой группы, состоящей из рутения (Ru), рения (Re), осмия (Os), и содержит по меньшей мере один второй компонент, выбранный из второй группы, состоящий из кремния (Si), бора (B), фосфора (P), и дополнительно содержащему по меньшей мере третий компонент, выбранный из первой и/или второй группы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее приводится подробное описание изобретения исключительно посредством примера со ссылкой на схематичные чертежи, на которых:

фиг.1 - схематичный вид в поперечном сечении разрядного баллона согласно уровню техники;

фиг.2 - вид сбоку лампы согласно изобретению;

фиг.3 - схематичный вид в поперечном сечении варианта осуществления разрядного баллона согласно уровню техники;

фиг.4 - схематичный вид в поперечном сечении второго варианта осуществления разрядного баллона согласно изобретению;

фиг.5 - детальный вид герметизированного вывода третьего варианта осуществления разрядного баллона согласно изобретению;

фиг.6 - четвертый вариант осуществления разрядного баллона согласно изобретению;

фиг.7А-В - фазовые диаграммы борида Ru и, соответственно, борида Ir.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Разрядный баллон (3) согласно уровню техники показан на фиг.1, он имеет керамическую стенку 31 и, в общем, образован из цилиндрической части с внутренним диаметром D, которая ограничена на любом конце соответствующей концевой части, то есть керамической продолжающейся втулкой 34, 35, которая закреплена герметичным образом в цилиндрической части посредством спеченного термоусадочного уплотнения места соединения S. Каждая керамическая продолжающаяся втулка 34, 35 точно охватывает токовый вывод 20, 21 соответствующего электрода 4, 5, имеющего электродные стержни 4а, 5а, которые снабжены наконечниками 4b, 5b, соответственно. Два электрода 4, 5, например вольфрамовые электроды, со своими наконечниками 4b, 5b на взаимном расстоянии ЕА размещаются в разрядном пространстве 11 для того, чтобы ограничить путь разряда между ними. Каждый электрод 4, 5 продолжается внутри разрядного баллона 3 по длине, образующей расстояние от кончика до основания между стенкой 31 разрядного баллона и наконечниками 4b, 5b электродов. Токовые выводы 20, 21 введены в разрядный баллон 3. Каждый токовый вывод 20, 21 содержит участок 41, 51, стойкий к галоидному соединению в известной лампе в форме Мо стержня, и уплотнительную часть 40, 50, которая прикреплена к соответствующей концевой втулке 34, 35 герметичным образом посредством уплотнительного компаунда 10. Уплотнительный компаунд 10 в известной лампе представляет собой стеклокерамическую систему из Al₂O₃-CaO-BaO-MgO-B₂O₃. Уплотнительные компаунды 10 продолжаются на некотором расстоянии, например 1 - 5 мм поверх Мо-стержня 41 (во время герметизации, керамический уплотнительный материал проникает в концевые втулки 34, 35, соответственно). Части 41, 51 можно выполнить альтернативным способом вместо Мо-стержня. Известны и другие возможные конструкции, например конфигурация спираль-стержень на основе Мо. Части 40, 50 изготовлены из металла, чей коэффициент линейного расширения соответствует достаточно хорошо коэффициентам линейного расширения концевых втулок 34, 35. Ниобий (Nb) выбран вследствие того, что этот материал имеет коэффициент теплового расширения, соответствующий таковому керамического разрядного баллона 3. Дополнительно показано, что щели 42, 52 присутствуют вдоль соответствующих выводов 20, 21.

Далее будет описана лампа изобретения со ссылкой на фиг.2-5, на которых схематично изображены лампа и разрядные баллоны, и проводники токовых выводов загерметизированы с помощью двух уплотнений, соответственно. Однако изобретение не ограничивается таким вариантом осуществления. Варианты осуществления, представленные здесь, содержат разрядные баллоны, имеющие одно ли два уплотнения, выполненные посредством уплотнительного материала проводников токовых проходных втулок в разрядном баллоне согласно изобретению.

Со ссылкой на фиг.2 показан вариант осуществления газоразрядной лампы 1 (показанной не в масштабе) согласно изобретению, который снабжен разрядным баллоном 3, имеющим керамическое тело 2 со стенкой 31 и двумя концевыми частями, то есть продолжающимися втулками 34, 35, которые охватывают разрядное пространство 11, содержащее ионизируемый наполнитель. Ионизируемый наполнитель может содержать, например NaI, TiI, CaI₂ и REI₃ (йодиды редкоземельных элементов). REI₃ относится к редкоземельным йодидам, таким как CeI₃, PrI₃, NdI₃, DyI₃, HoI₃, TmI₃ и LuI₃, но также включает в себя йодиды Y (иттрия). Можно также применять комбинации двух или более редкоземельных йодидов. Наполнитель предпочтительно содержит в качестве редкоземельного галида, по меньшей мере, галид церия, такой как CeI₃. Кроме того, разрядное пространство 11 может быть свободным от Hg (ртути) или альтернативно может содержать Hg (ртуть) и дополнительно содержит газ для поджига дуги, такой как Ar (аргон) или Xe (ксенон). Ионизируемый наполнитель может также содержать ионизируемый наполнитель, свободный от редкоземельных соединений, такой как наполнитель, содержащий NaI, TiI и CaI₂. Такие наполнители известны в уровне техники; настоящее изобретение не ограничивается этими ионизируемыми наполнителями; можно применять также другие наполнители. Лампа 1 является газоразрядной лампой с высокой интенсивностью излучения с двумя электродами 4, 5, продолжающимися от концевых частей в разрядном пространстве, причем каждый электрод соединен посредством соответствующего вывода (на фиг.2 не показано) с соответствующим токоподводящим проводником 8, 9. Разрядное пространство 3 и токоподводящие проводники охвачены внешней колбой 100, например, изготовленной из тугоплавкого стекла, установленной в цоколе 2, к которому токоподводящие проводники присоединены к его соответствующему электрическому контакту.

Как известно специалистам в данной области техники, уплотнения в этой области содержат керамические уплотнительные материалы. Такие керамические уплотнительные материалы обычно основаны на смеси оксидов, которые спрессованы или спечены в изделие в форме кольца. Производство спеченных колец и способ уплотнения хорошо известен специалистам в данной области техники, и этот способ уплотнения в равной степени или аналогичным образом применим к уплотнительному материалу, который используется для изготовления лампы согласно настоящему изобретению.

На фиг.3-5 показаны подробности различных вариантов осуществления разрядного баллона 3 согласно изобретению.

В частности, на фиг.3 показана часть разрядного баллона 3 согласно уровню техники, содержащая керамическое тело 2 с керамической стенкой 31, которая, в общем, образована из цилиндрической части, но которая может иметь другие формы, например форму электрической лампы, которая ограничена на любом конце соответствующей концевой частью, то есть керамической втулкой 34, на фиг.3 продолжающейся втулкой (или не продолжающейся как на фиг.4 и 5). Упомянутая втулка 34 прикреплена герметичным образом в цилиндрической части посредством термоусадочного спеченного места соединения S. Керамическая втулка 34 точно охватывает токовый вывод 20 соответствующего электрода 4, имеющего электродный стержень 4а, который снабжен наконечником 4b. Токовый вывод 20 содержит участок 41, стойкий к галиду, в лампе на фиг.3 в форме Мо-стержня, на котором установлен электрод, и уплотнительную часть 40, которая уплотняется на соответствующей концевой втулке 34 герметичным образом посредством уплотнительного компаунда 10. Уплотнительный компаунд в варианте осуществления на фиг.3 представляет собой борид иридия, то есть Ir_0,7B_0,3, имеющий точку плавления приблизительно 1600°C и коэффициент линейного теплового расширения приблизительно 6,6×10^-6K^-1. Уплотнительные компаунды 10 продолжаются на некотором расстоянии, например приблизительно 1-5 мм поверх Мо-стержня 41 (во время уплотнения керамический уплотнительный материал проникает в концевую втулку 34). Уплотнительная часть 40 изготовлена из металла, чей коэффициент линейного расширения достаточно хорошо соответствует таковому концевых втулок 34. Ниобий (Nb) выбран вследствие того, что этот материал имеет коэффициент теплового расширения, соответствующий таковому керамического разрядного баллона 3. Кроме того, показано, что вдоль выводов 20 присутствуют щели 42. Лампа имеет ионизируемый (солевой) наполнитель 64, который во время работы находится в газообразном паровом состоянии, но которое конденсируется после охлаждения лампы. Упомянутый солевой наполнитель обычно конденсируется в самых холодных участках, к которым имеется прямой доступ из разрядного пространства, то есть в щелях или на острых удаленных углах самого разрядного пространства.

На фиг.4 разрядный баллон 3 имеет в качестве концевой части не продолжающуюся втулку 34. Упомянутая втулка 34 закреплена герметичным образом цилиндрической части посредством термоусадочного спеченного места соединения S. Керамическая втулка 34 точно охватывает токовый вывод 20 соответствующего электрода 4, имеющего электродный стержень 4а, который снабжен наконечником 4b. Электрод непосредственно установлен на уплотнительной части 40, которая изготовлена из металла, чей линейный коэффициент расширения достаточно хорошо соответствует таковому концевых втулок 34, в этом случае ниобий (Nb), но альтернативно можно выбрать рутений (Ru), так как эти материалы имеют коэффициент теплового расширения, соответствующий таковому керамического разрядного баллона 3. Так как ниобий имеет очень хорошую стойкость к агрессивному ионизируемому (солевому) наполнителю, ниобий полностью защищен от солевого наполнителя с помощью электрода и уплотнительного компаунда 10, в варианте осуществления фиг.4 уплотнительный компаунд представляет собой борид рутения, то есть Ru_0,85B_0,15, имеющий точку плавления приблизительно 1900°C и коэффициент линейного теплового расширения 6,5×10^-6K^-1. Отличная стойкость уплотнительного компаунда к галиду позволяет изготовить бесщелевой разрядный баллон. Токовый вывод 20 как таковой не содержит участка, стойкого к галиду. Следовательно, получен относительно компактный разрядный баллон с простой конструкцией. Уплотнительная часть имеет диаметр приблизительно 700 мкм, и уплотнительный компаунд выполнен в виде слоя между уплотнительной частью и керамической стенкой разрядного объема/концевой части и имеет толщину приблизительно 85 мкм.

На фиг.5 разрядный баллон 3 имеет в качестве концевой части непродолжительную втулку 34. Упомянутая втулка 34 закреплена герметичным образом в цилиндрической части посредством термоусадочного спеченного места соединения S. Керамическая втулка 34 точно охватывает токовый вывод 20 соответствующего электрода 4, имеющего электродный стержень 4а, который снабжен наконечником 4b. Электрод непосредственно установлен на уплотнительной части 40, которая изготовлена из металла, чей коэффициент линейного расширения достаточно соответствует таковому концевых втулок 34, в этом случае молибдена (Мо), так как этот материал является относительно дешевым и имеет коэффициент теплового расширения, обеспечивающий ему уплотнение герметичным образом в керамическом разрядном баллоне 3. Так как коэффициент линейного теплового расширения молибдена, то есть 5,0×10^-6Κ^-1, не очень хорошо совпадает с коэффициентом линейного теплового расширения керамической стенки, то есть 7,0×10^-6Κ^-1, уплотнительный компаунд 10 выполнен с толщиной слоя приблизительно 200 мкм. Так как молибден устойчив к агрессивному ионизированному (солевому) наполнителю, то его необязательно полностью защищать от солевого наполнителя с помощью уплотнительного компаунда 10. В варианте осуществления фиг.4 уплотнительный компаунд представляет собой борид рутения, то есть Ru_0,75B_0,25, имеющий точку плавления приблизительно 1800°C и коэффициент линейного теплового расширения приблизительно 6,5×10^-6Κ^-1, который ближе к среднему коэффициенту линейного теплового расширения как прозрачного газонепроницаемого оксида алюминия, так и молибдена, таким образом существенно уменьшая уровни постоянного механического напряжения в лампе. Отличная стойкость конструкции вывода и уплотнительного компаунда к галиду позволяет изготовить бесщелевой зарядный баллон. Следовательно, получен относительно компактный разрядный баллон с простой конструкцией.

На фиг.6 показан четвертый вариант осуществления разрядного баллона 3 согласно изобретению, содержащему керамическое тело 2. Разрядный баллон охватывает с помощью стенки 31 керамического тела разрядное пространство 11, причем упомянутая стенка снабжена отверстием 81, через которое разрядное пространство снабжается ионизируемым солевым наполнителем 64. После заполнения разрядного пространства упомянутым наполнителем отверстие закрывается с помощью заглушки 85, которая на фигуре изготовлена из TGA, например из Al₂O₃ с примесями Mg, Er и/или Zr. Упомянутая заглушка имеет такие размеры, что при ее помещении в отверстии она располагается заподлицо с внутренней и внешней стенкой разрядного баллона, причем заглушка уплотняется с помощью уплотнительного компаунда 10 в отверстии с использованием лазерной обработки с использованием плавления с помощью лазерной обработки уплотнительного компаунда, а не материала керамической стенки. Уплотнительный компаунд представляет собой тугоплавкий сплав из борида Ru. Так как упомянутый уплотнительный компаунд является стойким к (агрессивному) ионизированному наполнителю при относительно высоких температурах на стенке во время работы лампы, уплотнительный компаунд изобретения позволяет изготавливать разрядные баллоны, которые подходят для высокочастотных газоразрядных ламп. На фигуре разрядный баллон снабжен электродами 4, которые не расположены в разрядном пространстве, а расположены на внешней стороне стенки. Разрядный баллон свободен от любой отдельной концевой части, уплотненной в керамическом теле.

На фиг.7А и 7В показана диаграмма 75 фазового равновесия борида Ru и, соответственно, борида Ir. Интересующая часть фазовой диаграммы представляет собой кривую 76 ликвидуса, показанную слева, то есть для металл-боридных компаундов с количеством менее чем 44 атомных процентов или менее чем 37 атомных процентов второго компонента бора, так как большое количество бора в компаунде влечет за собой риск (слишком большой) упомянутого второго компонента в керамическом разрядном баллоне, причем упомянутая диффузия влечет за собой риск меньшей стойкости к коррозии разрядного баллона за счет наполнителя лампы. Для того чтобы находиться на безопасной стороне, верхний предел для бора поэтому предпочтительно составляет менее чем 40 атомных процентов. Для составов уплотнительного компаунда с количеством бора менее чем 40 атомных процентов точка плавления уплотнительного компаунда увеличивается с уменьшением количества бора. Следовательно, желательную температуру плавления уплотнительного компаунда можно легко выбрать путем выбора отношения первого компонента и по меньшей мере одного второго компонента. Коэффициент линейного теплового расширения изменяется относительно мало, то есть не более 10%, в упомянутом диапазоне.

Примеры

Экспериментальные исследования с Ir_xB_y были выполнены в трехступенчатых (с индексом Т) горелках мощностью 70 Вт (см. фиг.3).

Порошкообразный Ir_xB_y смешивался с 3-мя весовыми процентами порошкообразного В (что соответствует приблизительно 35,5 атомным процентам В), и были спрессованы маленькие кольца массой приблизительно 14 мг.

Разрядные баллоны CDM T мощностью 70 Вт (внешний диаметр разрядного баллона составлял 8,45 мм, толщина стенки 0,8 мм, длина тела разрядного баллона 13 мм, внешний диаметр продолжительной втулки 2,63 мм, внутренний диаметр продолжительной втулки 0,775 мм, длина втулки 14 мм, продолжительная часть втулки 12 мм) герметизировались в линейной печи. В процессе герметизации температура печи повышалась в течение ~20 сек до 1625°C, и температура 1625°C поддерживалась в течение ~25 сек.

Использовалась тройная конструкция вывода электрода из Nb, Mo(W) и W (где диаметр Nb был равен 720 мкм, длина - 15,50 нм, диаметр Mo(W) стержня был равен 386 мкм с Mo спиралью из проволоки толщиной 139 мкм (с общим диаметром 664 мкм), длиной 9 мм и W электрод со стержнем диаметром 300 мкм, длиной 3 мм со спиралью (3,5 витка 170 мкм)).

Разрядный баллон заполнен солью NTD (10 мг) (состав в весовых процентах, NaI - 7%, TlI - 90%, DyI₃ - 3%), 8,5 мг Hg и 200 мбар ArKr.

Лампа работала в вертикальном рабочем положении в режиме: 11 часов включена - 1 час выключена. Время работы составило 1000 часов и 90 переключений вкл./выкл. Начальное напряжение на лампе составило ~93 В и после 500 часов работы незначительно увеличилось до ~99 В. В течение следующих 500 часов работы стабильное напряжение 99 В указывало на отсутствие утечки соли. Отсутствие почернения горелки наблюдалось в течение срока службы лампы, равного 1000 часов.

По сравнению с современными, соответствующими последним достижениям лампами, имеющими традиционные характеристики, лампы 1 согласно изобретению с одним или более уплотнениями 10 показали аналогичные или лучшие характеристики по отношению к техническому обслуживанию и стабильности светотехнических свойств (цветовой точки) и т.д.

Следует отметить, что вышеупомянутые варианты осуществления иллюстрируют, а не ограничивают изобретение, и специалисты в данной области техники могут разработать многочисленные альтернативные варианты осуществления без отклонения от объема прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения любые ссылочные позиции, указанные в круглых скобках, не следует рассматривать как ограничивающие формулу изобретения. Использование глагола "содержать" и его спряжения не исключают наличия элементов или этапов, которые отличаются от тех, которые изложены в формуле изобретения. Форма единственного числа не исключает наличия множественного числа таких элементов.

Изобретение относится к области светотехники. Лампа содержит керамический разрядный баллон (3) с концевыми частями (34) и с электродами (4), которые соединены с соответствующим внешним контактом посредством соответствующего вывода (20). Каждый вывод загерметизирован со своей уплотнительной частью (40) посредством уплотнительного компаунда (10) на концевой части. Разрядный баллон герметичным образом охватывает разрядное пространство, в котором упомянутые два электрода продолжаются из концевой части и которые содержат ионизируемый наполнитель. Уплотнительный компаунд содержит по меньшей мере один первый компонент, выбранный из группы, состоящей из рутения (Ru), иридя (Ir), осмия (Os) и рения (Re), и содержит по меньшей мере один второй компонент, выбранный из группы, состоящей из кремния (Si), бора (B), фосфора (P). Технический результат - повышение устойчивости компаунда к галидам и срока службы лампы. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Разрядный баллон, содержащий керамическое тело, включающее разрядное пространство, заполненное ионизируемым наполнителем, причем разрядное пространство загерметизировано герметичным образом с помощью уплотнительного компаунда,

отличающийся тем, что уплотнительный компаунд содержит по меньшей мере один первый компонент, выбранный из первой группы, состоящей из рутения (Ru), осмия (Os), рения (Re), и содержит по меньшей мере один второй компонент, выбранный из второй группы, состоящей из кремния (Si), бора (В), фосфора (Р).

2. Разрядный баллон по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит концевую часть, уплотненную в керамическом теле, электрод, установленный на выводе электрода, причем вывод уплотнен в упомянутой концевой части с помощью уплотнительного компаунда, при этом электрод продолжается от концевой части в разрядное пространство.

3. Разрядный баллон по п. 1 или 2, отличающийся тем, что керамическое тело в разрядном пространстве содержит отверстие, причем отверстие уплотнено с помощью уплотнительного компаунда.

4. Разрядный баллон по п. 1 или 2, отличающийся тем, что уплотнительный компаунд выбран из группы тугоплавких сплавов, состоящих из борида рутения (Ru_xB_z) и борида рутения-иридия (Ru_xIr_yB_z), где x+y+z=1.

5. Разрядный баллон по п. 4, отличающийся тем, что z находится в диапазоне 0,2<=z<=0,4 (атомной доли), причем предпочтительно уплотнительный компаунд представляет собой Ru_0,65B_0,35 или Ru_0,75B_0,25.

6. Разрядный баллон по п. 2, отличающийся тем, что вывод содержит уплотнительную часть, которая выбрана из группы металлов, состоящей из ниобия (Nb), молибдена (Мо), рения (Re), вольфрама (W), тантала (Та), иридия (Ir).

7. Разрядный баллон по п. 6, отличающийся тем, что уплотнительная часть выбрана из ниобия (Nb), молибдена (Мо) и рения (Re).

8. Разрядный баллон по п. 2, отличающийся тем, что он свободен от щели, проходящей вдоль вывода.

9. Разрядный баллон по п. 2, отличающийся тем, что он свободен от продолжающейся втулки на своей концевой части.

10. Разрядный баллон по п. 1, отличающийся тем, что сверх диапазона температур 25°С-300°С уплотнительный компаунд имеет коэффициент линейного теплового расширения Е в диапазоне 6,5×10^-6K^-1<=Е<=7,0×10^-6K^-1.

11. Разрядный баллон по п. 6, отличающийся тем, что уплотнительный компаунд имеет состав, выбранный таким образом, чтобы коэффициент линейного теплового расширения Е находится в диапазоне ±0,5×10^-6K^-1 среднего значения коэффициента линейного теплового расширения керамического материала разрядного баллона и коэффициента линейного теплового расширения уплотнительной части.

12. Разрядный баллон по п. 6, отличающийся тем, что уплотнительная часть находится в виде одной части и продолжается между электродом и внешним контактом.

13. Электрическая лампа, содержащая по меньшей мере два внешних электрических контакта и содержащая разрядный баллон по любому одному из предыдущих пунктов, причем разрядный баллон содержит по меньшей мере два электрода, при этом каждый электрод соединен с соответствующим из внешних электрических контактов.

14. Применение уплотнительного компаунда в разрядном баллоне, причем упомянутый уплотнительный компаунд содержит по меньшей мере один первый компонент, выбранный из первой группы, состоящей из рутения (Ru), осмия (Os), рения (Re), тантала (Та), и содержит по меньшей мере один второй компонент, выбранный из второй группы, состоящей из кремния (Si), бора (В), фосфора (Р).