Герметичный токоввод в кварцевую колбу газоразрядной лампы Советский патент 1976 года по МПК H01J61/36 

1

Изобретение относится к элементам конструкции газоразрядных осветительных ламн, а именно к герметичным токовводам, и может быть использовано на предприятиях, выпускающих подобные лампы, в частности, предназначенные для оптической накачки лазеров.

В настоящее время колбы ламп высокой интенсивности изготовляются в основном из кварцевого стекла. Особенностью кварпа является низкий коэффициент теплового расщирения, что затрудняет конструирование вакуумноплотных в щироком диапазоне температур токовводов в кварцевые колбы ламп. Наиболее распространенные типы герметичных токовводов в кварцевое стекло - фольговые, колпачковые и на переходных стеклах. Технология изготовления всех этих типов токовводов сложна. Кроме того, фольговый токоввод имеет значительные габариты по длине, токоввод на переходных стеклах неустойчив к циклическому воздействию температур, а колпачковые вводы недостаточно надежны.

В последние годы разработаны токовводы колпачкового типа, герметизация -которых производится при помощи мягкого припоя. Такие токовводы сравнительно просты в сборке и надежны в эксплуатации.

Известен герметичный токоввод в кварцевую колбу газоразрядной лампы, состоящий из трубчатой кварцевой ножки, охватываемой металлическим, например титановым, цилиндром так, что образуется кольцевой зазор между цилиндром и боковой поверхностью кварцевой труоки, заливаемый припоем. Ци5 линдр установлен на дисковом выступе металлического держателя электрода и соединен с ним посредством сварки (см., например, авт. св. № 292567). Недостатком известного токоввода является малая термостойкость, которая связана со следующими обстоятельствами.

Вакуумноплотность подобного соединения обеспечивается тем, что предел текучести применяемого припоя ниже предела прочности на

5 растяжение -кварцевого стекла, и при повышении температуры растягивающие усилия, возникающие в кварцевой ножке из-за большой разницы в коэффициентах теплового расщирения у кварца и металла, компенсируются за

0 счет пластической деформации слоя припоя. Так как кварцевое стекло обладает новысокой прочностью на растяжение, пластичность припоя долл1на быть высокой. Однако все известные припои с хорошей пластичностью (олово,

5 индий, их сплавы с титаном и т. п.) имеют небольшую температуру плавления, что ограничивает предельную эксплуатационную температуру токоввода - значениями порядка 150-180°С. Припои же с более высокой тем0 пературой плавления (сплавы на основе серебра, меди и т. п.) обладают плохой пластичностью, которая не обеспечивает компенсации деформирующих усилий, поэтому такие припои в известном токовводе применены быть ле могут. Вследствие этого при повышенных токовых нагрузках известный токоввод может быть использован лишь при принудительном охлаждении держателя электрода, что делает, систему громоздкой и усложняет эксплуатацию лампы, особенно в бортовых устройствах.

Целью изобретения является повышение термостойкости герметичного токоввода в кварцевую колбу.

Указанная цель достигается тем, что кварцевая ножка выполнена в виде толстодонного стакана с центральным отверстием, через которое в колбу входит стержневая часть держателя, а цилиндр выполнен разрезным и снабжен стяжным устройством, например смонтированным в месте разреза резьбовым соединением, причем до сборки соотношение внутреннего диа.метра цилиндра и наружного диаметра ножки выбрано из условия образования сжатого соединения цилиндра и ножки при затяжке цилиндра до контакта торцовых поверхностей в месте его разреза. При такой конструкции обеспечиваются сжимающие усилия в микрозазоре между цилиндром и ножкой, уплотненном припоем, что позволяет применить для герметизации припои с небольшой пластичностью, так как отпадает необходимость в компенсации растягивающих усилий за счет пластической деформации слоя припоя, как это имеет место в известном токовводе. Таким образом, становится возможным применение известных нрипоев с малой пластичностью, но достаточно высокой температурой плавления, что позволяет значительно увеличить термостойкость предложенного токоввода по сравнению с известным. Выполнение цилиндра стяжным позволяет применить простую технологию сборки, так как создание сжимающих усилий осуществляется путем механической затяжки цилиндра в нормальных условиях (аналогичные токовводы сжатого типа, в которых цилиндр выполнен неразрезным, могут быть собраны лишь но методу горячей носадки, которая должна осуществляться в условиях вакуума, это требует сложного оборудования и затрудняет серийное нроизводство). Ввиду того, что для кварцевого стекла прочность на сжатие примерно в 20 раз превышает прочность на растяжение, предложенная конструкция может надежно работать в широком диапазоне температур.

В описанной конструкции толщина цилинддра и прочность стяжного устройства должны быть достаточны для противодействия растягивающим усилиям в диапазоне эксплуатационных температур. Для обеспечения этого условия требуется значительный, расход дефицитного металла, например титана, из которого изготовлен цилиндр. Себестоимость токоввода уменьшается, если стяжное устройство выполнено в виде вспомогательного разрезного кольца, плотно охватывающего цилиндр, которое в месте разреза имеет выступы с отверстиями, служащими для установки элементов резьбового соединения, например болта и гайки. В этом случае цилиндр может иметь небольшую толщину, а вспомогательное кольцо изготавливаться из недифицитного металла, например стали.

В случае, если электрод имеет диаметр больше, чем диаметр отверстия в ножке, сборка токоввода может быть упрощена, если держатель электрода выполнен составным, состояп 1,и.м из диска, на котором установлен цилиндр, имеющего центральное отверстие, и стержневого ввода, входящего в колбу через отверстия в ножке и диске и герметически соединенного с последним, например, путем вакуумной найки.

Оптимальная разница между диаметром кварцевой ножки и внутренним диаметром затянутого цилиндра (до сборки) зависит от величины диаметра и .материала цилиндра. При

титановом цилиндре оптимальная разница

между указанными диаметрами составляет

0,2-0,6% диаметра ножки, увеличиваясь с

увеличением л,иаметра.

Технология пайки токоввода упрощается,

если для соединения стержневого ввода с диском и для герметизации соединения цилиндра и ножки применен один и тот же припой, например сплав серебро- медь эвтектического состава.

На фиг. 1 изображен предложенный токоввод в продольном разрезе; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1.

Герметичный токоввод состоит из кварцевой ножки 1, выполненной в виде стакана с

толстым дном с центральным отверстием в последнем, и охватывающего ее цилиндра 2, например титанового, выполненного с разрезом. Цилинляр 2 установлен на диске 3, имеющем центральное отверстие, в котором герметически закреплен стержневой ввод 4, входяЩ1Ш в колбу лампы через отверстие в дне ножки 1. Цилиндр 2 стянут при помощи кольца 5, которое в месте разреза имеет выступы 6, стянутые друг с другом при помощи винта 7.

Цри сборке цилиндр 2 надевается на ножку 1 и стягивается кольцом 5 путем затяжки винта 7. Ввод 4 со смонтированным на нем электродным узлом вводится в отверстия со стороны ножки 1, после чего производится

пайка в вакууме. Кольца припоя накладываются на .месте соединений предварительно. Собранный токоввод соединяется с остальной частью лампы. Степень сжатия подбирается экспериментально, чтобы сжимающие усилия сохранялись во всем диапазоне эксплуатационных температур. Сжатые спаи титана с кварцем, герметизированные сплавом серебро-медь эвтектического состава, работоспособны при

температурах до 500°С (см. журнал «Обмен

электронной

опытом в стр. 46). 1968 г, N 1,

Формула изобретения

1.Герметичный токоввод в кварцевую колбу газоразрядной лампы, содержащпй металлический держатель электрода, имеюпип дисковый выступ, на котором установлен охватывающий кварцевую ножку металлический, например титановый, цилиндр, герметизированный при помощи приноя, о т л и ч а ю щц йся тем, что, с целью повышения термостойк( сти токоввода, кварцевая иожка выполнена в виде толстодонного стакана с центральным отверстием, через которое в колбу входит стержневая часть держателя, а цилиндр выполнен разрезным и снабжен стяжным устройством.

2.Герметичный токоввод по п. 1, отличпющиися те.м, что стяжное устройство выполнено в виде вспомогательного разрезного кольца, напри1мер стального, охватывающего цилиндр, причем кольцо в месте разреза имеет выступ с отверстиями, в которых установлены элементы резьбового соединения.

3.Герметичный токоввод по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что держатель электрода выполнен составным и состоит из диска, на котором установлен цилиндр, имеющего нейтральное отверстне, и стержневого ввода, входящего в колбу через отверстия в ножке и диске и герметически соединенного с последliiiiM, например, пайкой.

4.Герметнчпый токоввод по пп. 1 и 3, о тл и ч а ю { и и с я тем, что для соединения стержневого ввода с диском и для герметизации соединения ци.чиндра с ножкой применен один н тот же припой, например сплав серебро - медь эвтектического состава.

А-А