Высокоинтенсивная импульсная газоразрядная короткодуговая лампа Российский патент 2023 года по МПК H01J61/02 H01J61/36 

Изобретение относится к газоразрядным (ГР) источникам оптического излучения (ИОИ), в частности к конструкции высокоинтенсивных импульсных ламп сверхвысокого давления с короткой дугой, в том числе многоэлектродных, предназначенных для использования в качестве излучающего элемента в оптико-электронных системах (ОЭС), а именно светосигнальных устройствах, стробоскопах, установках ультрафиолетового (УФ) обеззараживания воздуха и поверхностей, прожекторах инфракрасной подсветки, спектрально-аналитических приборах и т.д.

Из уровня техники известна импульсная газоразрядная лампа (JP 2006324012 A, фиг.1А, опубл. 30.11.2006), содержащая заполненную рабочим газом оптически прозрачную колбу из керамики с одним или двумя герметично установленными на ее концах электродными узлами, каждый из которых включает вакуумноплотное основание, выполненное в виде металлического колпачка из ниобия, устанавливаемого на колбе посредством припоя по предварительно нанесенному слою металлизации. Электрод из вольфрама или молибдена фиксируется в колпачке припоем.

Недостаток данной ГР лампы состоит в ее низкой надежности, обусловленной разрушением металлического колпачка из ниобия при рабочих температурах лампы 500-900°С. Ниобий легко соединяется с кислородом и заметно поглощает водород и азот из атмосферы, начиная с 200°С, образуя с ними соответственно оксиды, гидриды и нитриды. Так, в интервале температур 200-400°С на поверхности ниобия образуется темная, плотная окисная пленка, имеющая хорошее сцепление с металлической основой. При температуре выше 400°С увеличивается скорость окисления ниобия, и, начиная с температуры 700°С, процесс окисления приобретает линейную зависимость от времени. На поверхности колпачка при этих температурах образуется пористый окисленный слой пятиокиси ниобия (Nb₂O₅), легко отделяющийся от металлической основы, т.е. происходит разрушение колпачка вплоть до выхода из строя лампы.

Также известна многоэлектродная короткодуговая газоразрядная импульсная лампа (US 20150115794 A1, опубл. 30.04.2015), представляющая заполненную рабочим газом кварцевую колбу, в которую с одной стороны огневой обработкой соосно с основным электродом загеметизированы два токоввода, на которых в фиксированном положении по отношению к основному электроду закреплены два электрода зажигания. Токоввод представляет собой комбинацию двух металлических прутков, соединенных с тонкой молибденовой фольгой, по поверхности которой происходит герметизация рабочего объема лампы. Герметичное соединение токоввода в лампе образовывается за счет плотного механического контакта, образующимся механическим сжатием размягченного стекла под воздействием атмосферного давления. Такие соединения обладают повышенными напряжениями на границах молибден - кварцевое стекло, поэтому при рабочих температурах ГР лампы происходит треск кварцевого стекла или нарушение герметичности на границе кварцевого стекла с молибденовой фольгой. Учитывая, что в конструкции известной ГР лампы три указанных соединения, то вероятность выхода лампы из строя при работе значительно увеличивается, а ее надежность снижается. При этом вариативность материала колбы конструкцией не предусмотрена.

Кроме того, фольговые токовводы ограничены по величине пропускаемого тока, т.е. в случае увеличения электрической мощности ГР ламп для повышения интенсивности излучения при превышении определенной величины тока, зависящей от толщины и ширины молибденовой полосы, произойдет расплавление указанной фольги.

В качестве прототипа выбрана многоэлектродная короткодуговая газоразрядная импульсная лампа с колбой из бесцветного лейкосапфира (RU 152355 U1, опубл. 27.05.2015), которая имеет трехэлектродное исполнение и предназначена для использования в качестве излучающего элемента устройства ОЭС. Конструктивно указанная лампа имеет заполненную ксеноном прямую трубчатую колбу из бесцветного лейкосапфира, на противоположных концах которой соосно с ней герметично установлены электродные узлы - анодный и катодный. Электродные узлы представляют собой держатели электродов, выполненные из ковара (сплава 29НК) и частично вставленные в колбу. Соединение держателей с колбой осуществляется посредством охватывающего цилиндрического герметизирующего спая (поз.6 фиг.1). Особенностью конструкции ГР лампы является наличие в держателе катода вне его оси продольного сквозного цилиндрического отверстия, в котором вакуумно-плотно установлен электрод зажигания, отделенный от стенок отверстия изоляционным элементом в виде прямой трубки из высокотемпературного диэлектрического материала. Цилиндрический герметизирующий спай также выполнен между обращенными друг к другу внутренней поверхностью отверстия в держателе катода и наружной поверхностью изоляционного элемента.

К основным недостаткам описанной ГР лампы можно отнести низкую надежность, которая обусловлена высокой вероятностью разрушения диэлектрического изоляционного элемента, что приводит к разгерметизации лампы. Массивный металлический держатель катода, охватывающий и образующий по всей длине с изоляционным элементом сжатый спай, уже при комнатной температуре формирует на границе соединения высокие тангенциальные и радиальные напряжения. А при работе лампы за счет поступления тепла из плазмы повышаются температура спая и величина сжимающих напряжений до критических значений, что приводит к разрушению стенки изоляционного элемента.

Кроме того, конструкцией не предусмотрена вариативность материала колбы, а у лампы с одним электродом зажигания ухудшаются пусковые характеристики (режимы зажигания разряда) при увеличении длины основного разрядного промежутка, так как с увеличением длины возрастает не только напряжение зажигания, но и энергия и напряжение импульса зажигания вспомогательного электрода.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении надежности и долговечности ГР лампы за счет лучшей герметизации и возможности ее контроля при сборке каждого узла лампы, использования рассчитанных на большие токи прутковых металлических токовводов, возможности использовать один или несколько электродов зажигания и применять разные материалы колбы, например, электровакуумное стекло, кварцевое стекло, оптически прозрачную керамику или сапфир (лейкосапфир).

Технический результат, обеспечиваемый настоящим изобретением, заключается в повышении срока службы и надежности конструкции ГР короткодуговой лампы.

Данный результат достигается за счет того, что импульсная газоразрядная короткодуговая лампа содержит заполненную рабочим газом оптически прозрачную колбу с одним или двумя электродными узлами, каждый из которых включает вакуумноплотное керамическое основание, имеющее один или более прутковых токовводов, в которых размещены электроды, и охваченное, по крайней мере частично, соединительным кольцом, которое связано с другим кольцом, герметично установленным на конце колбы, причем кольца и токовводы выполнены из одного или разных металлов или сплавов, имеющих коэффициент линейного теплового расширения при комнатной температуре от 4⋅10^-6 до 9⋅10^-6 °С^-1.

Колба лампы может быть выполнена из электровакуумного стекла, кварцевого стекла, оптически прозрачной керамики или сапфира.

Керамическое основание соединено с токовводами посредством спая и имеет металлизированное покрытие в его зоне.

Кольца могут быть соединены посредством сварки или пайки.

Токовводы могут быть выполнены из сплава железо-никель-кобальт или железо-никель, либо псевдосплава медь-никель-молибден или медь-молибден, либо из титана или молибдена.

Кольца также могут быть выполнены из сплава железо-никель-кобальт или железо-никель, либо псевдосплава медь-никель-молибден или медь-молибден, либо из титана или молибдена.

Кроме того, в некоторых случаях лампа содержит размещенные в одном или нескольких электродных узлах электроды зажигания.

Предложенная конструкция лампы позволяет известными способами выполнить одинаково надежное и герметичное соединение основания из керамики с колбой из оптически прозрачного материала, например, электровакуумного стекла, кварцевого стекла, оптически прозрачной керамики или сапфира за счет использования металлических колец с коэффициентом линейного теплового расширения (КЛТР) при комнатной температуре от 4⋅10^-6 до 9⋅10^-6 °С^-1. Такой материал колец позволяет выполнить соединение с колбой из практически любого материала и с основанием из керамики с минимальными напряжениями и соответственно риском разрушения. А соединение колец из металлов с близким КЛТР между собой, как известно, будет надежно при температурных изменениях.

Кроме того, конструкция с кольцами позволяет осуществлять контроль герметичности соединений при сборке лампы на каждом этапе: на этапе производства электродного узла, на этапе производства колбы и на этапе соединения колбы с упомянутым узлом, что минимизирует брак и также способствует повышению надежности работы ГР ламп.

Надежность лампы также обеспечивают прутковые токовводы, так как они способны выдерживать бόльшие токи, а также дают возможность размещения по длине разрядного промежутка двух или более электродов зажигания, улучшающих пусковые характеристики.

Таким образом, предложенная ГР лампа обладает повышенной надежностью за счет использования описанной конструкции с керамическими основаниями и кольцами, а также за счет использования прутковых токовводов и возможности размещения по длине разрядного промежутка двух или более электродов зажигания.

Изобретение поясняется с помощью фиг.1-5.

На фиг. 1 показана импульсная газоразрядная короткодуговая лампа без электродов зажигания.

На фиг. 2 изображен вариант исполнения предлагаемой ГР лампы, содержащей цилиндрическую колбу с двумя электродными узлами, каждый из которых включает основной электрод и электрод зажигания.

На фиг. 3 изображен другой вариант заявляемой ГР лампы, содержащей цилиндрическую колбу с двумя электродными узлами, один из которых включает два электрода зажигания.

На фиг. 4 изображен третий вариант исполнения ГР лампы, содержащей колбу в виде купола с одним электродным узлом, включающим основные электроды и два электрода зажигания.

На фиг. 5а-5б изображен четвертый вариант ГР лампы, содержащей цилиндрическую колбу с закрытым плоским торцевым окном для выхода излучения и с одним электродным узлом, включающим основные электроды и два электрода зажигания.

Импульсная ГР короткодуговая лампа (фиг.1-5) содержит заполненную рабочим газом колбу 1 из оптически прозрачного материала с установленными в зависимости от формы колбы 1 и количества ее открытых концов одним или двумя электродными узлами. Колба 1, как правило, изготавливается из электровакуумного стекла, кварцевого стекла, оптически прозрачной керамики или сапфира (лейкосапфира), а в качестве рабочего газа используется ксенон, аргон, криптон, либо смесь ксенона с аргоном, неоном, криптоном, азотом или водородом.

Каждый применяемый электродный узел включает в себя вакуумноплотное керамическое основание 2, снабженное одним или более прутковыми токовводами 3, в которых размещены электроды. В случае выполнения одного токоввода 3 в нем размещают один основной электрод 4: анод или катод. Если же токовводов несколько, то в них могут быть размещены дополнительные электроды зажигания 5. В варианте реализации многоэлектродной ГР лампы с одним электродным узлом (фиг.4-5) в токовводах 3 одного основания 2 размещаются оба основных электрода 4, а также устанавливаются электроды зажигания 5. Прутковые токовводы 3 устанавливаются в основании 2 герметично посредством спая.

Керамическое основание 2 каждого используемого электродного узла герметично спаяно с соединительным кольцом 6, которое охватывает основание 2 частично или полностью и сваркой или пайкой соединено с другим соединительным кольцом 7 (фиг.1-5 зона А), установленным герметично на конце колбы 1 - в области торцевой части, при этом способ установки кольца 7 зависит от материала колбы 1, а возможные варианты подробно описаны ниже. Свободные от основания 2 и колбы 1 части колец 6 и 7 при этом для спая друг с другом могут иметь форму фланцев или размещаться внахлест. Также керамическое основание 2, как правило, имеет металлизированное покрытие в зоне спая с токовводами 3 и соединительным кольцом 6, но может применяться метод активной пайки припоями без предварительной металлизации.

Токовводы 3 и кольца 6, 7 изготавливаются из металлов с КЛТР при комнатной температуре от 4⋅10^-6 до 9⋅10^-6 °С^-1, так, например, они могут быть изготовлены из одного или разных металлов или сплавов: сплава железо-никель-кобальт, например, 29НК, 30НКД, 32НК-ВИ, 33НК и других, железо-никель, например, FeNi41, FeNi46, FeNi51 и других, псевдосплавов медь-никель-молибден или медь-молибден, например, МД25, МД40, МД50 и других или другого сплава, либо из чистого металла на основе титана, молибдена или другого.

Специалисту в данной области техники понятно, что выполнение всех спаев элементов ГР лампы должно осуществляться с наименьшим расхождением КЛТР соединяемых материалов. Упомянутый выше диапазон КЛТР токовводов 3 и колец 6,7 как раз позволяет выполнить их соединение с керамическим основанием 2 и оптически прозрачной колбой 1 с минимальными напряжениями и, соответственно, риском разрушения.

В зависимости от формы колбы 1 меняется число электродных узлов и устанавливается число основных электродов 4 на один узел, а для многоэлектродных ламп - еще и число электродов зажигания 5 на один узел, при этом число последних может быть больше двух. Например, колба 1 многоэлектродной ГР лампы может быть выполнена в виде цилиндрической трубы, с двух концов которой установлены электродные узлы (фиг.2-3) или трубы, одна сторона которой закрыта и имеет, например, куполообразную (фиг.4) или плоскую форму (фиг.5а-5б), в этом случае применяется один электродный узел, соответственно, в нем размещаются все электроды 4, 5. При наличии двух электродных узлов основные электроды 4 размещаются, как правило, в разных узлах, а электроды зажигания 5 - в одном (фиг.3) или разных узлах (фиг.2). Во всех случаях основные электроды 4 размещаются друг от друга по оси колбы 1 на расстоянии требуемого межэлектродного промежутка, а электроды зажигания 5 в зависимости от их количества устанавливаются так, чтобы разделить межэлектродное расстояние на одинаковые по длине отрезки.

Принцип работы импульсной короткодуговой двухэлектродной лампы характерен для всех ГР ламп данного типа и заключается в следующем. Для предварительной ионизации разрядного промежутка к нему прикладывают высоковольтное напряжение от трансформатора зажигания, соединенного последовательно с одним из электродов. Сразу после образования слаботочного канала на выводы ГР лампы подают напряжение от силового импульсного источника электрического питания (ИЭП). Энергия, поступающая в разряд, обеспечивает повышение температуры плазмы до уровня, который определяется конструктивным исполнением ГР лампы и режимами ее электрического питания, и сформированный термическими процессами плазменный канал генерирует импульс оптического излучения.

При работе лампы КПД системы ИОИ - ИЭП существенно зависит от потерь энергии на элементах источника электрического питания, особенно на высоковольтном трансформаторе зажигания. Для повышения энергии разряда ГР лампы и, как следствие, энергии излучения ИОИ из электрической цепи питания лампы исключают упомянутый трансформатор, а внутрь лампы в зону разрядного промежутка для надежного поджига вводят дополнительные электроды зажигания, электрически соединенные с автономным источником высоковольтного напряжения.

Процесс изготовления предлагаемой конструкции импульсной ГР короткодуговой лампы реализуется следующим образом.

На керамическое основание 2 либо наносят металлизированное покрытие в зону соединения с прутковыми токовводами 3 и кольцом 6, после чего в вакууме производят пайку припоем токовводов 3 и кольца 6 с керамическим основанием 2 по месту нанесенной металлизации, либо без металлизации соединяют основание 2 с токовводами 3 и кольцом 6 методом активной пайки. Полученные спаи контролируют на герметичность на гелиевом течеискателе. При этом используются токовводы 3 и кольцо 6, изготовленные из металла с КЛТР при комнатной температуре от 4⋅10^-6 до 9⋅10^-6 °С^-1, например, сплава железо-никель-кобальт или железо-никель, либо псевдосплава медь-никель-молибден или медь-молибден, либо из титана или молибдена.

Далее с обеспечением электрического контакта производят установку на токовводы 3 основных электродов 4 и электродов зажигания 5 с обеспечением требуемых межэлектродных расстояний.

Колбе 1 из оптически прозрачного материала придают форму, например, такую как показана на фиг.1-5, известными способами: литьем, огневой обработкой, шлифовкой, полировкой и т.д. Далее производят герметичное соединение колбы 1 с одним или двумя кольцами 7 следующими способами:

- в случае использования в качестве материала колбы 1 высокотемпературного электровакуумного стекла, например, боросиликатного стекла С52-1, соединение с кольцом 7, изготовленным, например, из прецизионного сплава ковара 29НК с КЛТР при комнатной температуре 5,4⋅10^-6 °С^-1, производят огневой обработкой с образованием рантового согласованного спая;

- в случае использования колбы 1 из кварцевого стекла соединение с кольцом 7 из сплава FeNi41 с КЛТР при комнатной температуре 4,2⋅10^-6 °С^-1, производят индукционной пайкой легкоплавким припоем на основе олова, свинца или индия по предварительно нанесенному слою металлизации на основе титана, силицида титана, сплава олово-титан;

- в случае использования колбы 1 из оптически прозрачной алюмооксидной керамики (поликора) или сапфира соединение с кольцом 7 из титана с КЛТР при комнатной температуре 8,3⋅10^-6 °С^-1, производят пайкой в вакууме припоями на основе меди (медь, ПСР-72, ПСр-50 и т.д.) по предварительно нанесенному вакуумным напылением слою металлизации на основе титана или сформированной ручным способом слою металлизации на основе вольфрамовой или молибденовой пасты.

Иные возможные варианты материалы кольца 7 и колбы 1 и методы их соединения очевидны для специалиста в данной области техники.

После соединения колбы 1 с кольцом 7 производят контроль герметичности спаев на гелиевом течеискателе.

Заключительными операциями по изготовлению ГР лампы являются сварка или пайка кольца 6 с кольцом 7, контроль герметичности лампы на гелиевом течеискателе через откачной штенгель 8, прогрев в вакуумной печи собранной лампы, откачка и наполнение лампы рабочим газом, например, ксеноном через штенгель 8.

Применение в предложенной конструкции металлических колец 6, 7 с КЛТР при комнатной температуре от 4⋅10^-6 до 9⋅10^-6 °С^-1 позволяет получать герметичное соединение с колбой 1 из любого материала и с основанием из керамики с минимальными напряжениями и соответствующим риском разрушения. При этом при сварке или пайке колец 6, 7 из металлов с близким КЛТР также образуется надежное герметичное соединение, устойчивое к температурным расширениям.

Также надежность ГР короткодуговой лампы и срок ее службы повышаются за счет возможности контроля герметичности отдельных узлов и лампы в целом и точности установки межэлектродных расстояний при установке электродов на токовводы 3, впаянных в керамическое основание 2, соответственно, отсутствует необходимость дальнейшего обслуживания и ремонта, снижается трудоемкость производства.

Таким образом, повышение надежности конструкции ГР короткодуговой лампы и срока ее службы удается достичь благодаря следующему:

- возможности контроля герметичности соединения элементов лампы на каждом этапе ее производства;

- возможности использования любого материала колбы 1 в конструкции ГР лампы при одинаково герметичном соединении с керамическим основанием 2 за счет использования предложенной конструкции с токовводами 3 и кольцами 6,7 из металлов с КЛТР при комнатной температуре от 4⋅10^-6 до 9⋅10^-6 °С^-1, что обеспечивает безопасные термоупругие напряжения и исключает нарушение герметичности или разрушение соединений при изготовлении и в процессе работы ГР лампы;

- использованию прутковых токовводов, выдерживающих бόльшие токи;

- возможности размещения по длине разрядного промежутка двух или более электродов зажигания за счет использования керамического основания и размещения в нем увеличенного числа токовводов.

Ниже приведены примеры осуществления изобретения.

Пример 1. Изготовление ГР лампы со стеклянной колбой производится в следующей последовательности.

1.1. Изготовление керамического основания из алюмооксидной вакуумноплотной керамики (ВК94-1, ВК-95, ВК-100) с впаянными токовводами и кольцом из сплава 29НК с КЛТР, равным 6,5⋅10^-6 °С^-1.

Осуществили напыление слоя титана на керамическое основание в зоне спая керамики с прутковыми токовводами и кольцом в вакуумной установке, обеспечивающей нанесение покрытий на оптические материалы методом резистивного испарения.

После чего керамическое основание собрали с токовводами, кольцом и медным припоем. Полученную сборку разместили в вакуумную печь и произвели пайку при температуре 1025°С. Проконтролировали герметичность спаев токовводов и кольца с керамическим основанием.

Окончательную механическую сборку впаянных в керамическое основание токовводов с электродами осуществили под микроскопом, входящим в состав установки лазерной сварки, после чего их зафиксировали лазерным лучом с образованием электрического контакта.

1.2. Изготовление стеклянной колбы.

Трубу из боросиликатного стекла С52-1 зажали в бабку стеклодувного станка, во вторую бабку установили кольцо из сплава 29НК. Предварительно стеклодувной горелкой произвели нагрев части кольца, обращенного к стеклянной колбе до температуры образования окисленного слоя серого цвета. Далее часть стеклянной колбы, обращенной к кольцу, прогрели до температуры размягчения стекла, после чего металлическое кольцо плавно прижали к размягченной части и совместно прогрели в пламени горелки. Затем при непрерывном прогреве металлическое кольцо плавно вдавили в размягченное стекло вплоть до образования исправного спая требуемой длины. Окончательно в течение 5 минут выполнили прогрев спая в «мягком» пламени горелки для снятия термоупругих напряжений. После остывания контролируют герметичность спаев колбы и кольца.

1.3. Сборка лампы.

Керамическое основание установили в конце колбы так, чтобы электроды располагались внутри нее, а фланцы колец образовывали плотный механический контакт между собой. По торцевой части фланцев произвели лазерную сварку, после чего произвели контроль герметичности полученного сварного соединения и лампы в целом.

Далее лампу в вакуумной печи прогрели при температуре 450°С. После остывания ее установили на откачной пост, произвели откачку и наполнили рабочим газом через откачной штенгель, который после выполнения операции загерметизировали в пламени газовой горелки. Выполнили контроль герметичности соединения с применением масс-спектрометрического гелиевого течеискателя.

Пример 2. Изготовление ГР лампы с кварцевой колбой производится в следующей последовательности.

2.1. Изготовление керамического основания из алюмооксидной вакуумноплотной керамики (ВК94-1, ВК-95, ВК-100) с впаянными токовводами из молибдена с КЛТР, равным 5,2⋅10^-6 °С^-1 и кольцом из псевдосплава МД50 с КЛТР, равным 4,9⋅10^-6 °С^-1 производится методом активной пайки. Для этого в зоне спая в зазор между керамикой с токовводами и кольцом разместили последовательно сначала титановую, а затем медную фольгу.

После чего полученную сборку разместили в вакуумную печь и произвели пайку при температуре 950°С. Проконтролировали герметичность спаев токовводов и кольца с керамическим основанием.

Окончательную механическую сборку впаянных в керамическое основание токовводов с электродами осуществили под микроскопом, входящим в состав установки лазерной сварки, после чего их зафиксировали лазерным лучом с образованием электрического контакта.

2.2. Изготовление кварцевой колбы.

Кварцевую колбу поместили в вакуумную установку, обеспечивающую нанесение покрытий на оптические материалы методом резистивного испарения. В зоне спая кварцевой колбы и кольца выполнили операцию ионной очистки кварцевых оболочек, по окончании которой включили прогрев рабочей камеры и откачку до необходимого давления. После выполнили процесс напыления титана в зоне спая.

После остывания рабочей камеры колбу извлекли из установки, собрали с кольцом из сплава 38НКД-ВИ с КЛТР, равным 7,2⋅10^-6 °С^-1 и припоем на основе олова, свинца или индия. Полученную сборку разместили в вакуумной камере пайки и произвели индукционный нагрев кольца в зоне спая с кварцевой колбой при температуре поверхности кольца 800°С. Проконтролировали герметичность спаев кольца с кварцевой оболочкой.

2.3. Сборка лампы.

Керамическое основание установили в конце колбы так, чтобы электроды располагались внутри нее, а фланцы колец образовывали плотный механический контакт между собой. По торцевой части фланцев произвели лазерную сварку, после чего проконтролировали герметичность полученного сварного соединения и лампы в целом.

Далее лампу разместили в вакуумную печь и прогрели при температуре 200°С. После остывания лампы ее установили на откачной пост, произвели откачку и наполнили рабочим газом через откачной штенгель, который после выполнения операции загерметизировали в пламени газовой горелки. Выполнили контроль герметичности соединения с применением масс-спектрометрического гелиевого течеискателя.

Пример 3. Изготовление ГР лампы колбой из оптически прозрачной алюмооксидной керамики (поликора) или сапфира производится в следующей последовательности.

3.1. Изготовление керамического основания из алюмооксидной вакуумноплотной керамики (ВК94-1, ВК-95, ВК-100) с впаянными токовводами и кольцом из сплавов FeNi41 и FeNi46 с КЛТР, равными 4,2⋅10^-6 и 7,4⋅10^-6 °С^-1 соответственно, производится идентично примеру 1.

3.2. Изготовление колбы из оптически прозрачной алюмооксидной керамики (поликора) или сапфира.

Колбу поместили в вакуумную установку, обеспечивающую нанесение покрытий на оптические материалы методом магнетронного напыления. В зоне спая колбы и кольца из сплава 33НК с КЛТР, равным 6,0⋅10^-6 °С^-1 выполнили операцию ионной очистки оболочек из оптически прозрачной алюмооксидной керамики (поликора) или сапфира, по окончании которой включили прогрев рабочей камеры и откачку до необходимого давления. После выполнили процесс напыления титана в зоне спая.

После остывания рабочей камеры колбу извлекли из установки, собрали с кольцом и припоем на основе меди. Полученную сборку разместили в вакуумной печи и произвели пайку при температуре 1025°С. Проконтролировали герметичность спаев кольца с оболочкой из оптически прозрачной алюмооксидной керамики (поликора) или сапфира.

3.3. Сборка лампы.

Керамическое основание установили в конце колбы так, чтобы электроды располагались внутри колбы, а фланцы колец образовывали плотный механический контакт между собой. По торцевой части фланцев произвели лазерную сварку, после чего проконтролировали герметичность полученного сварного соединения и лампы в целом.

Далее лампу разместили в вакуумной печи и произвели прогрев при температуре 700°С. После остывания лампы ее установили на откачной пост, произвели откачку и наполнили рабочим газом через откачной штенгель, который после выполнения операции загерметизировали в пламени газовой горелки. Выполнили контроль герметичности соединения с применением масс-спектрометрического гелиевого течеискателя.

Таким образом, использование предложенной конструкции многоэлектродной высокоинтенсивной импульсной ГР короткодуговой лампы повышает надежность и снижает трудоемкость ее изготовления за счет пооперационного контроля герметичности отдельных узлов, возможности использования любого материала колбы в конструкции ГР лампы при одинаково герметичном соединении с керамическим основанием.

Изобретение относится к газоразрядным (ГР) источникам оптического излучения, в частности к конструкции многоэлектродных высокоинтенсивных импульсных ламп сверхвысокого давления с короткой дугой, предназначенных для использования в качестве излучающего элемента в светосигнальных устройствах, стробоскопах, установках ультрафиолетового обеззараживания воздуха и поверхностей, прожекторах инфракрасной подсветки, спектрально-аналитических приборах. Технический результат - повышение срока службы и надежности конструкции ГР короткодуговой лампы. Импульсная ГР короткодуговая лампа содержит заполненную рабочим газом оптически прозрачную колбу с одним или двумя электродными узлами, каждый из которых включает вакуумноплотное керамическое основание. Керамическое основание снабжено одним или более прутковыми токовводами, в которых размещены электроды. Керамическое основание охвачено соединительным кольцом, которое связано с другим кольцом, герметично установленным на конце колбы. Кольца и токовводы выполнены из одного или разных металлов или сплавов, имеющих коэффициент линейного теплового расширения при комнатной температуре от 4⋅10^-6 до 9⋅10^-6 °С^-1. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Импульсная газоразрядная короткодуговая лампа, содержащая заполненную рабочим газом оптически прозрачную колбу с одним или двумя электродными узлами, отличающаяся тем, что каждый электродный узел включает вакуумноплотное керамическое основание, имеющее один или более прутковых токовводов, в которых размещены электроды, и охваченная, по крайней мере частично, соединительным кольцом, которое связано с другим кольцом, герметично установленным на конце колбы, причем кольца и токовводы выполнены из одного или разных металлов или сплавов, имеющих коэффициент линейного теплового расширения при комнатной температуре от 4⋅10^-6 до 9⋅10^-6 °С^-1.

2. Лампа по п.1, отличающаяся тем, что колба выполнена из электровакуумного стекла, кварцевого стекла, оптически прозрачной керамики или сапфира.

3. Лампа по п.1, отличающаяся тем, что керамическое основание соединено с токовводами посредством спая и имеет металлизированное покрытие в его зоне.

4. Лампа по п.1, отличающаяся тем, что кольца связаны друг с другом посредством сварки или пайки.

5. Лампа по п.1, отличающаяся тем, что токовводы выполнены из сплава железо-никель-кобальт или железо-никель, либо псевдосплава медь-никель-молибден или медь-молибден, либо из титана или молибдена.

6. Лампа по п.1, отличающаяся тем, что кольца выполнены из сплава железо-никель-кобальт или железо-никель, либо псевдосплава медь-никель-молибден или медь-молибден, либо из титана или молибдена.

7. Лампа по п.1, отличающаяся тем, что содержит размещенные в одном или нескольких электродных узлах электроды зажигания.