通过感应加热用焊接玻璃预制品密封的照明装置.pdf

介绍了一种用感应加热将部件组合体密封到电照明装置上的方法。所述组合体包含诸如电极引线这样的部件和焊接玻璃预制品。举例来说，该方法适用于将灯具部件，如电引线和排气管密封连接到低压荧光放电灯壳上，灯壳事先已经涂有无机发光体涂层。本发明尤其适用于由0－300℃之间的CTE在30－45×10－7℃－1之间的硼硅酸盐玻璃制备的灯壳。

1.  一种用来将部件密封连接到照明装置的灯壳上的方法，所述器件由0-300℃之间的CTE为C₁的玻璃制备，所述方法包括如下步骤：
(1)提供部件组合体，它包含要与灯壳密封的部件和焊接玻璃预制品，所述焊接玻璃预制品封闭并结合到所述部件上要密封连接到玻璃灯壳上的那部分，其中预制品焊接玻璃密封前的软化点T_s超过500℃，密封后在0-300℃之间的CTE C₂为C₁±10×10^-7℃^-1，加热到其密封前软化点T_s以上后，可使部件与灯壳形成密封；
(2)将部件组合体插入灯壳的孔中，部件是要通过该孔密封连接到灯壳上的；
(3)让焊接玻璃预制品靠近通过感应加热的感应加热装置的感受器模，将焊接玻璃预制品加热到高于焊接玻璃密封前的软化点T_s的温度，进行密封。

2.  权利要求1所述方法，其特征在于，在步骤(3)中，(a)模具不与焊接玻璃预制品直接接触；(b)预制品受热时，感受器模与焊接玻璃预制品之间的距离不到5mm；(c)焊接玻璃预制品通过受热感受器模发出的辐射加热。

3.  权利要求2所述方法，其特征在于，预制品受热时，感受器模与焊接玻璃预制品之间的距离不到3mm。

4.  权利要求3所述方法，其特征在于，预制品受热时，感受器模与焊接玻璃预制品之间的距离在1-2mm之间。

5.  权利要求2所述方法，其特征在于，焊接玻璃预制品的焊接玻璃吸收红外线。

6.  权利要求1所述方法，其特征在于，玻璃灯壳由0-300℃之间的CTE C₁在30-45×10^-7℃^-1范围的硼硅酸盐玻璃制备，无机发光体涂层在玻璃壳密封之前涂布到该玻璃壳上。

7.  权利要求6所述方法，其特征在于，焊接玻璃预制品由可析晶焊接玻璃形成，所述可析晶的焊接玻璃基本上由含CuO和/或Fe₂O₃的B₂O₃-SiO₂-PbO-ZnO玻璃组成，其密封前软化点在550-700℃之间，密封后在0-300℃之间的CTE C₂在32-40×10^-7℃^-1之间，析晶温度T_d在630-750℃之间。

8.  权利要求7所述方法，其特征在于，焊接玻璃预制品由可析晶焊接玻璃形成，以氧化物重量％为基准计，所述可析晶的焊接玻璃基本上由下列组分组成：0-2重量％Al₂O₃，15-25重量％B₂O₃，1-5重量％CuO，0-5重量％Fe₂O₃，0-7重量％PbO，10-16重量％SiO₂和55-65重量％ZnO，其密封前的软化点为600-650℃，密封后在0-300℃之间的CTE C₂在34-38×10^-7℃^-1之间，析晶温度T_d在650-700℃之间。

9.  权利要求1所述方法，其特征在于，玻璃罩由硼硅酸盐玻璃制备，以玻璃批料中的氧化物计的重量％为基准计，它大致具有以下组成：77.4重量％SiO₂、15.4重量％B₂O₃、1.9重量％Al₂O₃和5.3重量％Na₂O，它在0-300℃之间的CTE约为38×10^-7℃^-1。

10.  权利要求6所述方法，其特征在于，在步骤(3)之前，玻璃壳预热到低于600℃的温度。

11.  权利要求10所述方法，其特征在于，在步骤(3)之前，玻璃壳预热到约550-585℃之间的温度。

12.  权利要求1所述方法，其特征在于，密封连接到玻璃罩上的部件是珠封电极引线。

13.  权利要求12所述方法，其特征在于，珠封电极引线包含内引线、外引线和中间引线，其中中间引线带有一个密封上去的焊接玻璃珠。

14.  权利要求13所述方法，其特征在于，珠封引线的焊接玻璃珠通过在低于焊接玻璃预制品的密封前软化温度T_s的温度下烧结而结合到焊接玻璃预制品上。

15.  权利要求14所述方法，其特征在于，焊接玻璃预制品的形状使得它可直接插入或覆盖玻璃罩的孔，焊接玻璃预制品和珠封电极引线的组合体通过该孔密封连接到灯壳上的。

16.  权利要求15所述方法，其特征在于，封闭引线部分的焊接玻璃预制品由两个截面尺寸不同的整体部分P₁和P₂组成，其中P₁具有较小的截面尺寸，可放入灯壳上部件组合体通过其要密封连接的孔中；P₂具有较大的截面尺寸，当P₁插入并放置在孔中时，P₂能够覆盖着孔。

17.  权利要求6所述方法，其特征在于，密封连接的部件是CTE C₃在C₁±10×10^-7℃^-1之间的硼硅酸盐玻璃管。

18.  权利要求17所述方法，其特征在于，管子通过在低于焊接玻璃预制品的密封前软化温度T_s的温度下烧结而结合到焊接玻璃预制品上。

19.  权利要求18所述方法，其特征在于，被焊接玻璃预制品封闭的部件是作为排气管要连接到灯壳上的。

20.  权利要求18所述方法，其特征在于，封闭管子的焊接玻璃预制品的形状使得它能够插入或者覆盖灯壳上部件组合体通过其要密封连接的孔中。

21.  权利要求18所述方法，其特征在于，封闭管子的焊接玻璃预制品由两个截面大小不同的整体部分P₁和P₂组成，其中P₁具有较小的截面尺寸，可插入灯壳上部件组合体通过其要密封连接的孔；部分P₂具有较大的截面尺寸，当P₁插入并放置的孔中时，P₂能够覆盖着孔。

22.  权利要求20或21所述方法，其特征在于，要密封连接到灯壳上的部件组合体还包含放在管子内部的珠封电极引线，珠封引线和管子这样选择和放置，使得对管子事先加热或事后加热时，珠封引线和管子之间可形成密封，此时基本上不会加热到组合体要密封连接上去的玻璃罩。

23.  权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(3)在5分钟以内完成。

24.  权利要求16所述方法，其特征在于，步骤(3)在3分钟以内完成。

25.  权利要求17所述方法，其特征在于，步骤(3)在1分钟以内完成。

26.  权利要求18所述方法，其特征在于，步骤(3)在30秒钟以内完成。

通过感应加热用焊接玻璃预制品 密封的照明装置
发明领域
本发明涉及通过感应加热对部件进行密封连接到电照明装置的玻璃罩上的方法。具体说来，本发明涉及通过感应加热密封含有焊接玻璃预制品和灯具部件的部件组合体并进行连接的方法。例如，本发明适用于将灯具部件，如导电引线和排气管，密封连接到已经含有荧光体涂层的低压荧光放电灯外套上。
发明背景
电照明装置，包括白炽灯、荧光灯、高强度放电灯和卤灯以及阴极射线管，通常都包含一个密封的玻璃罩。电极、白炽灯丝、排气管和其他部件都需要密封连接到玻璃罩上。电极和白炽灯丝一般都装在玻璃罩中。电极的引线与玻璃罩之间必须密封。为形成玻璃-金属密封，传统上在这些照明装置中采用珠封引线。图1所示为传统珠封引线的示意图，它包含三个部分：内部的镍或钨引线13、外部的绞合镍引线11和中间的钨引线15。一个玻璃珠17密封在中间钨引线上。对于硼硅酸盐灯具，珠子通常也由硼硅酸盐玻璃制备。一般用火焰技术将珠子密封到玻璃罩上。由燃烧器提供必要的热量，使两种玻璃部件软化熔合在一起，实现密封。玻璃-玻璃接触可确保通电与完全隔绝在照明装置内部。
典型的荧光灯包含具有密封放电管的玻璃罩。放电管内部置有电极、汞、吸气装置、无机发光体涂层和惰性气体。密封在放电管内的惰性气体和/或汞蒸气受电能激发后，发射紫外线和少量可见光。大小一般在微米级的无机发光体颗粒通过荧光机制将紫外线转变为可见光。如其他照明用途一样，排气管密封在玻璃灯壳的外面。最近开发出新一代荧光灯，它特别适合用作信息显示器，如LCD显示器和其他需要光源的显示器的背光照明单元。这些灯的特征是具有平板几何形状，内部封装了旋绕的放电管。为了得到较好的照明效率和吸引人的色彩，通常在这些灯壳上的放电管内壁涂布稀土三基色无机发光体(tri-phosphors)。就像其他荧光灯照明装置那样，吸气装置、电极、汞和惰性气体以及排气管都密封于玻璃罩。生产这种平板灯壳的方法见述于美国专利6301932。用这种方法生产的玻璃罩是个整件结构，即面板和底板密封在一起，形成含有旋绕管的完整灯壳体。为了满足众多应用的要求，特别是便携式装置，如笔记本电脑、手持式计算机等的要求，生产了轻型平板背光单元。这些灯壳的基底可以非常薄，壁厚甚至小于1mm。
对于这些平板灯壳，特别是根据美国专利6301932生产的整件灯壳，电极、吸气装置和排气管通常在涂布无机发光体后密封到灯壳。事实证明，将电极、排气管和其他部件密封于灯壳不是一件容易的事情。适用于传统照明装置的火焰密封技术直接以传统方式用于这些应用时，即便不是不可能，也是非常困难的。首先，燃烧器火焰产生的过量的热会软化玻璃罩，引起薄玻璃壁下陷，从而导致变形。蛇形管的几何形状要求在玻璃厚度小于1mm的平坦表面上进行密封。虽然可能，但用火焰技术将玻璃部件连接到平坦表面上通常会产生变形的密封区域，结果影响灯壳的总体厚度和机械强度。其次，这些面积较大、几何形状复杂的灯壳对温差非常很敏感。火焰密封中存在的温差容易使它们发生破裂。第三，无机发光体涂层、吸气装置和电极对高温敏感。无机发光体涂层在600℃以上高温，其功能会受到极大削弱，光输出功率和寿命会下降。吸气装置在放电管抽真空并密封前遇到高温时，将与放电管中的气体反应，从而丧失其目标功能。电极罩(electrode bell)外表面上通常涂有一层特殊的发射涂层材料。当加热到600℃以上时，该涂层将受到破坏或者受到负面影响。以传统方式直接用火焰密封技术往往无法避免对无机发光体、吸气装置和电极的加热，因为它们通常离密封区不远。因此举例来说，一些自然的结果是灯具部件受到破坏或损害，灯具功能丧失或寿命缩短，灯具亮度的均匀性下降。第四，在许多灯具应用中，要密封的孔比珠封引线上的焊接玻璃珠大得多，要用传统的火焰密封技术直接将珠封引线密封连接到玻璃罩上，即使可能，也很困难。最后，用火焰技术会在灯具放电管中带入不必要的杂质，如碳氢化合物，这对灯具的亮度、亮度均匀性和寿命是有害的。
因此，确实需要一种新方法，以代替传统的直接火焰密封技术来密封平板灯具，它用局部加热形成灯具部件，如电极引线和排气管的密封和连接，而不会影响灯具的关键和敏感部件。
用焊接玻璃完成玻璃-玻璃或玻璃-金属密封。焊接玻璃可以是透明的，也可能会会析晶。透明焊接玻璃密封后仍保持玻璃态。它们是热塑性材料，每次熔化后在相同的温度下熔化和流动。会析晶的焊接玻璃常称作玻璃料，它们是热固性的，也就是说密封后不再呈玻璃态，而包含玻璃相和晶体相。由于具有热固性，会析晶焊接玻璃有许多优点，在许多应用中比透明玻璃更适合。一旦析晶之后，会析晶的焊接玻璃就具有高达4.2-5.6×10^-6kg·m^-2的断裂模数，而其透明前体及透明玻璃的断裂模数约为2.1-3.5×10^-6kg·m^-2。此外，会析晶玻璃料的软化点也基本上高于其透明前体的初始软化点。其总体效果将是密封强度更高，在高温下更稳定。
焊接玻璃可以采用局部加热的方法形成密封。此外，焊接玻璃可用来填充珠封引线上的珠子和排气管之类的管道这样的部件与密封该部件的较大洞穴之间的空隙。因此，它们在密封平板灯具方面上具有诱人前景。
因为电灯在工作期间会产生热，所以宜采用低膨胀玻璃生产玻璃罩。硼硅酸盐玻璃在0-300℃之间的热膨胀系数(CTE)在30-45×10^-7℃^-1之间，它们已经用于照明器件，包括平板灯壳。但是，实践表明，要找到合适的焊接玻璃用来将灯具部件焊接到硼硅酸盐灯壳上的方法不是件容易的事情。
本发明提供了通过感应加热密封连接一种部件组合体的方法，所述部件组合体包含焊接玻璃预制品和要密封的部件，从而解决了上述问题。
发明概述
本发明提供了将部件密封连接到照明装置地灯壳上的方法，所述装置由0-300℃之间有CTE C₁的玻璃制成，所述方法包括如下步骤：
(1)提供一种部件组合体，它包含要密封连接到灯壳上的部件和焊接玻璃预制品，所述预制品封闭并结合到所述部件上要密封连接到玻璃灯壳上的那部分，其中预制品焊接玻璃密封前的软化点T_s超过500℃，密封后在0-300℃之间的CTE _C2为C₁±10×10^-7℃^-1，加热到其密封前软化点T_s以上的温度时，可使部件与灯壳形成密封；
(2)将部件组合体插入灯壳的孔中，部件是要通过该孔密封连接到灯壳上的；
(3)让焊接玻璃预制品靠近通过感应加热装置加热的感受器(succeptor)模，将焊接玻璃预制品加热到高于焊接玻璃密封前的软化点T_s的温度，进行密封。
本发明方法宜用于由0-300℃之间的CTE C₁在30-45×10^-7℃^-1之间的硼硅酸盐玻璃制造的灯壳。
较好的，根据本发明的一种实施方式，在步骤(3)中，感受器模不与焊接玻璃预制品直接接触，而是放在焊接玻璃预制品上方不到5mm，较好不到3mm，更好在1-2mm之间的地方，焊接玻璃预制品通过受热感受器模发出的辐射加热。在此实施方式中，较好的，用于本发明方法的预制品焊接玻璃可吸收红外线。
本发明方法所用预制品中的焊接玻璃宜由会析晶焊接玻璃形成，所述玻璃基本上由含CuO和/或Fe₂O₃的B₂O₃-SiO₂-PbO-ZnO玻璃组成，其密封前软化点在550-700℃之间，密封后在0-300℃之间的CTE C₂在32-40×10^-7℃^-1之间，析晶温度T_d在630-750℃之间。形成本发明部件组合体中的焊接玻璃预制品的焊接玻璃的组成基本上如下：0-2重量％Al₂O₃，15-25重量％B₂O₃，1-5重量％CuO，0-5重量％Fe₂O₃，0-7重量％PbO，10-16重量％SiO₂和55-65重量％ZnO(根据批料中的氧化物计算)，预制品密封前的软化点为550-700℃，较好为600-650℃，密封后在0-300℃之间的CTE C₂在32-40×10^-7℃^-1之间，较好为34-38×10^-7℃^-1，析晶温度T_d在630-750℃之间，较好在650-700℃之间。由于焊接玻璃除其他组分外，还包含CuO和/或Fe₂O₃，它具有良好的吸收红外线的能力。
根据本发明的一个优选实施方式，要密封连接到玻璃罩上的部件是珠封电极引线。珠封引线宜含有外引线、内引线和中间引线，中间引线用焊接玻璃珠密封。
根据本发明的另一个优选实施方式，密封连接到玻璃罩上的部件是CTE类似于玻璃罩的玻璃管。管子可以是玻璃罩的排气管。或者，根据本发明的一个实施方式，珠封电极引线可放置在管子里面，管子在进一步加热后，可在管子和珠子之间形成密封。
在本发明的一种实施方式中，本发明部件组合体的焊接玻璃预制品具有适合覆盖玻璃罩上一个孔的形状，要密封连接的部件通过该孔。
在本发明的另一个优选实施方式中，焊接玻璃预制品具有由两个整体部分P₁和P₂组成的台阶结构，其中P₁的截面尺寸小于P₂，P₁可放入一个孔中，要密封连接于玻璃罩上的部件就通过该孔；P₂具有较大的截面尺寸，能够覆盖P₁所插入的孔。
用感应加热装置的感受器模以局部加热方式加热本发明部件组合体中的焊接玻璃预制品，可在较短时间内形成部件与玻璃罩之间的密封，而不会引起附近灯壳区域的温度明显升高，因而不会引起灯壳的变形，无机发光体涂层、吸气装置和电极的破坏。本发明特别适用于密封对高温敏感、无法应用传统火焰密封技术的平板灯壳，例如已经涂有无机发光体的平板灯壳。
本发明的其他特征和优点将在下面详加描述，其中部分内容对于本领域的技术人员来说是显而易见的，或者通过实践本发明说明书和权利要求以及附图所述发明内容很容易看出来。
应当理解，前面的概述和下面的详述以及附图只是为了说明本发明，其目的是为理解本发明所要求保护的精神和特征而提供概貌或框架。
附图是为了进台阶帮助理解本发明，它们包含在本说明书中作为其组成部分。

附图简述
在附图中：
图1是由外引线、内引线和带有密封焊接玻璃珠的中间引线组成的珠封电极引线的截面示意图；
图2是本发明一个部件组合体的截面示意图，它包含珠封电极引线和焊接玻璃预制品，所述预制品具有适合覆盖灯壳上孔的均一形状，部件组合体通过该孔进行密封连接；
图3是本发明一个部件组合体的截面示意图，它包含珠封电极引线和焊接玻璃预制品，所述预制品具有两个整体部分P₁和P₂组成的台阶结构，其中P₁较小，可穿过部件组合体要进行密封连接时通过的孔；P₂较大，能够覆盖P₁所插入的孔；
图4是本发明部件组合体的截面示意图，它包含管子和焊接玻璃预制品，所述预制品具有可插入灯壳上孔或覆盖该孔的形状，部件组合体就通过该孔要进行密封连接；
图5是本发明一个部件组合体的截面示意图，它包含管子和焊接玻璃预制品，所述预制品具有两个整体部分P₁和P₂组成的台阶结构，其中P₁较小，可穿过部件组合体要进行密封连接时通过的孔；P₂较大，能够覆盖P₁所插入的孔；
图6是本发明一个部件组合体的截面示意图，它包含管子和焊接玻璃预制品，所述预制品具有可插入灯壳上孔或覆盖该孔的形状，部件组合体就通过该孔要进行密封连接，珠封引线插在管子中；
图7是本发明一个部件组合体的截面示意图，它包含管子和焊接玻璃预制品，所述预制品具有两个整体部分P₁和P₂组成的台阶结构，其中P₁较小，可穿过部件组合体要进行密封连接时通过的孔；P₂较大，能够覆盖P₁所插入的孔，珠封引线插在管子中；
图8是设备结构的顶视图，它采用了三个感受器模，以便用本发明方法将部件密封连接到平板灯壳上；
图9是设备结构的侧视图，其中玻璃套放置在预热炉内部，感应装置的感受器模可上下移动，以便用本发明方法将部件密封连接到平板灯壳上。
发明详述
在本发明中，“部件组合体”是指这样一种组合体，它包含(1)要密封连接到玻璃灯壳的电灯部件，如电极引线、管子等；(2)焊接玻璃预制品。一旦密封连接于灯壳后，该部件就成为灯壳的一个结构和功能的部件。
如前所述，将电极引线、吸气装置、排气管和其他灯具部件密封连接到平板灯壳上，特别是已经涂有无机发光体涂层的平板灯壳上，不是一件容易的事情。对于简单的灯壳结构，如白炽灯和荧光灯管，传统的火焰密封方法可方便地用来密封连接图1所示珠封引线或排气管到玻璃罩上。但是，由于前面所详细讨论的原因，以类似方式将直接火焰密封法用来密封平板灯具即便可能，也很困难。最近，美国专利6301932介绍了一种生产平板灯壳的新方法。用该方法生产灯壳的特征是一个整件结构，即灯具的面板和底板形成一个整块，内装旋绕的放电管。对于这种灯具结构，无机发光体涂层必须涂布到放电管内壁上，然后再密封电极、吸气装置和排气管。玻璃灯壳上用来涂布无机发光体涂层以及密封连接电极和排气管的一些孔，通常比珠封引线的焊接玻璃珠大。事实证明，要将电极和排气管密封连接到这种整件玻璃灯壳上而不使灯壳体变形、破坏或影响灯具的关键部件，包括吸气装置、电极部件和无机发光体涂层，是极其困难的，其中无机发光体涂层通常是由对高于600℃以上的温度非常敏感的稀土三基色无机发光体形成的。
电灯在正常工作时会产生热量。因此，灯壳采用低膨胀玻璃，如硼硅酸盐玻璃。
最近开发了一种新的部件组合体，它包含焊接玻璃预制品和要密封连接到灯壳上的灯具部件。这种新型部件组合体可方便地用于密封已经涂有无机发光体的硼硅酸盐玻璃灯壳并将电极引线和排气管这样的灯具部件连接到灯壳上，此时采用感应加热装置的感受器模提供的局部加热。
多年以来，焊接玻璃一直用来实现玻璃-玻璃和玻璃-金属密封。例如，美国专利4238704、3127278、3975176和3088834都介绍了用来连接一些玻璃部件，形成复合玻璃体的焊接玻璃组合物。但是，这些文献所介绍的焊接玻璃和/或它们的使用方法要么不能满足荧光平板放电灯，特别是已经涂有无机发光体涂层的放电灯所要求的苛刻加热条件，要么在所需密封条件下不能形成密封。为特定用途选择正确的焊接玻璃时，需要考虑许多技术因素。第一点，也是最重要的一点，待焊接部件和焊接玻璃在用途操作温度范围内的CTE应当匹配，也就是说，它们之间的CTE差别不能太大。其次，待密封部件和焊接玻璃的组成必须相容，这样，当需要较高的密封性时，焊接玻璃加热到密封温度时的流变性可形成密封。第三，当采用特殊加热源，如红外辐射时，还要考虑焊接玻璃以足够的速率进行局部加热的能力。不是所有的焊接玻璃都对红外辐射具有相同的吸收能力。某些焊接玻璃根本不吸收红外线。
本发明方法所用部件组合体包含要密封到灯壳上的部件，如电极引线，还包含封闭并结合到部件上要密封连接到玻璃灯壳上的那部分的焊接玻璃预制品。灯具部件特别适用于CTE C₁在30-45×10^-7℃^-1之间的硼硅酸盐玻璃制备的灯壳。但是，应当指出，本发明用感应加热进行的密封方法适用于具有不同玻璃组成的灯壳。封闭待密封部件的焊接玻璃预制品密封后的CTE C₂为C₁±10×10^-7℃^-1，加热到其密封前软化点T_s以上的温度时，可形成密封。
本发明方法所用焊接玻璃预制品，其玻璃可以是透明焊接玻璃或会析晶的焊接玻璃。透明焊接玻璃密封后保持玻璃态，其密封前软化温度T_s与密封后软化温度T_s’基本上相同，因为在软化和密封过程中没有发生相变。但是，会析晶焊接玻璃在软化和密封过程中至少部分发生相变，在原来的玻璃相中产生晶相。因此，会析晶焊接玻璃密封后的软化温度T_s高于密封后的软化温度T_s’。不管焊接玻璃是透明还是会析晶，其密封温度必须高于其密封前软化温度T_s，才能在灯具部件和灯壳之间从密封。一般地说，当采用会析晶焊接玻璃时，需要加热到高于其析晶温度T_d的温度，以获得良好而耐久的密封。
对于CTE C₁在30-45×10^-7℃^-1之间的硼硅酸盐玻璃罩，本发明方法所用部件组合体的优选焊接玻璃预制品，其玻璃基本上由含CuO和/或Fe₂O₃的B₂O₃-SiO₂-PbO-ZnO玻璃组成，其密封前软化点T_s在550-700℃之间，密封后在0-300℃之间的CTE C₂在32-40×10^-7℃^-1之间，析晶温度T_d在630-750℃之间。更好的情况是，本发明部件组合体中的焊接玻璃预制品的玻璃的组成基本上如下：0-2重量％Al₂O₃，15-25重量％B₂O₃，1-5重量％CuO，0-5重量％Fe₂O₃，0-7重量％PbO，10-16重量％SiO₂和55-65重量％ZnO(根据批料中的氧化物计算)，预制品密封前的软化点T_s为550-700℃，较好600-650℃，密封后在0-300℃之间的CTE C₂在32-40×10^-7℃^-1之间，较好34-38×10^-7℃^-1，析晶温度T_d在630-750℃之间，较好在650-700℃之间。这些焊接玻璃确保其CTE与灯壳的基本玻璃匹配。此外，焊接玻璃加热到高于其析晶温度时的流变性和组成与灯壳的基本玻璃相匹配，这样可在待密封部件与玻璃灯壳之间形成密封。这些优选焊接玻璃具有良好的吸收红外线的能力，因为它们包含CuO和/或Fe₂O₃。但是，本发明方法采用感应加热，不需要红外吸收能力。因此，其他焊接玻璃也可用于本发明。
用于玻璃罩的硼硅酸盐玻璃的非限制性例子，以批料计算的氧化物为基准的重量％表示，具有以下组成：77.4重量％SiO₂、15.4重量％B₂O₃、1.9重量％Al₂O₃和5.3重量％Na₂O，它在0-300℃之间的CTE约为38×10^-7℃^-1。
在本发明的一个实施方式中，本发明部件组合体中密封连接到玻璃罩上的部件是电极引线。因此，所得部件组合体是要密封到玻璃罩上的引线组合体。用于电极照明装置的典型电极引线的截面简图如图1所示。此引线具有三个部分：与电源相连的外部绞合镍引线，中间钨引线15和内部镍或钨引线13。生产厂家所提供的中间钨引线15通过一个焊接玻璃珠密封。玻璃珠可由NONEX制备，它是一种用于密封钨的透明硼硅酸钠铅玻璃，它在0-300℃之间的CTE约为36.0×10^-7℃^-1。
在传统照明装置中，如白炽灯和简单荧光灯管中，封闭着中间钨引线的玻璃珠用火焰密封等技术直接密封到玻璃灯壳上。但是，由于前面所列举的原因，此项技术不能直接用于平板灯具，特别是密封电极引线之前涂布了无机发光体涂层的灯具。在本发明中，不再需要用火焰密封技术将部件组合体密封到平板灯壳上。焊接玻璃预制品封闭并结合到珠封电极引线的珠子上。当加热到高于其密封前软化温度T_s且/或高于其析晶温度(如果采用会析晶焊接玻璃)时，可实现焊接玻璃预制品与钨中间引线上的玻璃珠之间的密封。珠封电极引线与本发明部件组合体中的焊接玻璃预制品之间的结合强度和密封性不需要像经过密封处理后那么强。实际上，焊接玻璃预制品和珠封引线在密封前的结合部是多孔、不连续的。焊接玻璃预制品和引线珠之间的机械结合在某种程度上便于后面的密封处理，因为引线和焊接在它上面的电极在这种结合作用下不会移动，因而能实现精确密封。电极罩(图中未示出)通常焊接到内部镍或钨引线的末端，插入并穿过灯壳的孔中，然后将珠封引线组合体密封到灯壳上。
图2所示为包含珠封电极引线和焊接玻璃预制品19的本发明部件组合体的截面简图。如此图所示，在珠封电极引线的中间钨引线15上的玻璃珠17结合到焊接玻璃预制品19上。可以看出，17和19之间的结合可以是多孔和/或不连续的，可能不像图中所示那样紧密。如此图所示，本实施方式中的焊接玻璃预制品具有均一的形状，可以插入或覆盖灯壳上的孔，部件组合体就要通过此孔密封到灯壳上。将部件组合体密封到玻璃罩上之前，将吸气装置放入灯壳的放电管中，将电极罩焊接到内引线13的下端。随后，将电极和内引线13经由该孔插入放电管，将焊接玻璃预制品19放置在该孔中或者放在其上面覆盖着孔。焊接玻璃预制品的顶视图宜具有与孔相同的形状，以便放入孔中，其尺寸也基本上与孔相同，这样焊接玻璃预制品和孔周边之间基本上不会留下空隙。例如(此例仅用于说明)，如果孔是圆形的，焊接玻璃预制品应为圆柱形。或者，焊接玻璃预制品的尺寸大于孔，这样预制品放在孔上面时可覆盖着孔。对焊接玻璃预制品进行局部加热，并将焊接玻璃加热到高于其密封前软化温度T_s后，整个孔上的密封就得以实现。
图3所示为本发明另一种部件组合体的截面图，它包含珠封引线和焊接玻璃预制品。在此图中，中间引线15上的玻璃珠17结合到焊接玻璃预制品21上，该玻璃预制品是台阶结构。台阶结构由两个截面尺寸不同的整体部分P₁和P₂组成，P₂大于P₁。P₁的形状和尺寸要使得它能够插入一个孔，珠封引线就是通过该孔要实现密封连接的。但是，P₂的尺寸和形状应当这样选择，当P₁插入孔中时，P₂可覆盖孔的周边。图3是本发明珠封引线焊接玻璃预制品组合体的一种优选结构。与图2所示结构比较，图3所示台阶结构能减少或防止电极引线在密封过程中相对于孔周边的移动，因此可更精确地密封位于孔中央的电极引线。已经发现，引线的偏离中心密封会导致玻璃罩破裂和/或总体泄漏。
在本发明的另一个实施方式中，部件组合体中要密封到玻璃罩上的部件是CTE C₃在C₁±10×10^-7℃^-1之间的硼硅酸盐玻璃管。图4和5所示为此实施方式的截面简图，其中23代表玻璃管的截面图。这种玻璃管可作为灯壳的排气管。同样设计了本实施方式中焊接玻璃预制品的两种结构，分别示于图4和5。图4中的焊接玻璃预制品19具有均一形状和尺寸，可放置在玻璃罩的孔中或覆盖该孔，玻璃管通过孔实现密封连接。图5中的焊接玻璃预制品21具有台阶结构，基本上与图3相同。类似地，图5所示结构是本发明的优选实施方式，其中部件是管子。与图4所示结构相比，图5所示的台阶结构在密封过程中减少或防止了管子相对于孔周边的移动，因此可更精确地密封管子。要密封到灯壳上的管子是排气管时，通常将它密封到另一个孔上，而不是密封连接电极引线用的孔。将吸气装置放在放电管中，电极引线和排气管都加以密封，放电管通过排气管抽气，然后将汞和惰性气体加入放电管后，排气管可用火焰加热或其他加热方法使之坍闭，得到最终的放电灯装置，此时基本上不会使关键、敏感的灯具部件受热。因为排气管比焊接玻璃预制品离灯具部件远，在仔细操作下可用火焰密封技术使排气管坍塌，而不会破坏灯壳或使之变形。尽管也用火焰密封，但在这里火焰不直接施加到玻璃壳上。
除了用作排气管外，图4和5所示的管子还可用来将电极密封到玻璃罩上。图6和7所示为两种部件组合体结构的截面简图，这两种部件组合体包括硼硅酸盐玻璃管、焊接玻璃预制品和珠封电极引线。图7所示结构类似地具有以台阶结构为特征的焊接玻璃预制品，它代表本发明的一种优选实施方式。与图6所示结构相比，图7所示的台阶结构在密封过程中可减少或防止管子23相对于通过其进行密封的孔的周边移动，因而能更精确地密封管子。
在图6和7所示部件组合体中，珠封电极引线插入要密封到玻璃壳中的管子内，然后密封管子。可在将管子密封到玻璃灯壳上之前玻璃珠17就以已用火焰密封等技术密封到管子23上。在这种情况下，当管子23密封到玻璃灯壳上时，珠封电极引线得以完成密封。或者，在将管子密封到玻璃灯壳之前，珠封电极引线可插入管子23，但其间不存在密封。通过局部加热焊接玻璃预制品19和21将管子密封到灯壳上后，玻璃珠17和管子23之间再进一步加热进行密封。同样，只要火焰密封位置与灯壳的关键、敏感部件之间有足够长的距离，在仔细操作下可采用火焰密封。
制备焊接玻璃预制品的各种方法是本领域的技术人员所熟知的。透明和会析晶焊接玻璃都可以粉末形式获得，其粒度分布各种各样，能满足具体应用的要求。透明焊接玻璃可形成棒状，用来制备密封框。但是，会析晶焊接玻璃不能形成制备密封框的棒状形式，因为它在再拉过程中容易析晶。对于这两种类型的焊接玻璃粉末，在使用或不用有机粘结剂的情况下，它们均可进行干压，形成具有各种所需形状和结构的密封环口，例如，供密封管子之用。或者，它们可进行挤压、再烧结形成具有所需形状和结构的密封带。容纳灯具部件，如珠封引线和管子的孔可在干压和/或挤压过程中直接形成，或者事后钻孔。随后，将部件插入孔中，形成本发明的包含部件和焊接玻璃预制品的组合体。为便于后面的操作，部件和焊接玻璃预制品之间需要一定程度的机械结合强度，在低于焊接玻璃密封前软化温度T_s的温度下烧结此整个组合体，可增强所需机械强度。如果在形成预制品时在焊接玻璃中加入有机粘结剂，烧结温度和时间应当足以除去预制品中的粘结剂，以免密封后在灯壳的放电管中存在有害的有机杂质。例如，在本发明的一个优选实施方式中，可将加入了少量乙醇的会析晶焊接玻璃粉先压成所需形状，如上述圆柱形状和台阶形状。然后可在预制品中钻出供珠封电极引线或玻璃管可插入的孔。然后烧结焊接玻璃预制品，除去其中的乙醇，在焊接玻璃预制品和部件之间形成结合作用。这样制备的本发明部件组合体供密封于玻璃灯壳之用。一般地，特别是对于具有整体结构的玻璃罩，将本发明部件组合体密封到灯壳上可在涂布了无机发光体涂层并将吸气装置放进放电管之后进行。其他灯具部件，如电极罩等，是焊接在珠封电极引线的内引线末端，然后将组合体密封到灯壳上。
如上所述，对于平板灯壳，特别是已经涂有无机发光体涂层的灯壳，需要通过局部加热将电极引线和排气管密封到灯壳上，以免破坏灯具的热敏部件如无机发光体涂层，且/或避免使灯壳发生实质性变形。本发明所用部件-焊接玻璃预制品的组合体使得在对部件密封时进行局部加热成为可能。将部件组合体密封到玻璃罩上时，局部热源主要对着焊接玻璃预制品加热。如果必要，还可对预制品加压。焊接玻璃较好在短时间内加热到其密封温度T_s，它在此温度下发生软化，或者还发生流动，和/或析晶(如果使用会析晶焊接玻璃)，在部件与玻璃灯壳之间形成密封。为避免向附近的灯具部件，如无机发光体涂层、吸气装置等传递过多的热量，密封时间宜控制在5分钟以内，宜为3分钟以内，更宜为1分钟以内，最好在数秒之内。还可以采用护罩、反射体和/或吸热覆盖材料对灯壳的其余部分进行屏蔽，防止它受到密封用热源的过度加热。形成密封后，立即从部件组合体撤去热源，并让玻璃壳连同密封部位慢慢冷却到室温。焊接玻璃在冷却过程中硬化，形成牢固的密封。
本发明者设想用感应加热的方法进行局部加热。感应加热涉及将电导体置于交变磁场中。交变磁场通过在感应线圈中通入交流电形成，感应线圈作为简单变压器的初级绕组。将要加热的电导体，通常是金属，放入磁场，作为次级绕组或感受器。感受器中借助交变磁场产生的电流可加热感受器。通过将线圈绕成适当的形状，热量可控制在局部或分布到整个导体上。根据导体上所需的加热形式，感应线圈可以绕一圈，也可以绕许多圈。由于电流较高，及对电流的有效阻抗较高，感应线圈可能损失了相当多的热量。如果热损失较大，可用水或其他方式冷却感应线圈。感应加热具有许多突出优点。例如，可将热量局限在感受器表面。此外，电源和感受器之间不需要电路连接，感受器可以极快加热，加热速率可达10-1000℃/sec，而不会加热周围的气氛，这种加热速率是传统加热方式如火焰加热和/或红外加热的许多倍。这种高度集中、容易调节的快速加热技术非常适应密封低压荧光灯的需要。连接到感受器末端的金属感受器模与焊接玻璃预制品和密封区域接触时，可将产生的热量转移到焊接玻璃上，在短时间内使之软化，从而进行密封。但是，加热到高温的感受器模不应与玻璃预制品直接接触来加热焊接玻璃预制品。如果模具不与焊接玻璃预制品直接接触，可避免若干问题的发生。首先，模具不那么容易污染焊接玻璃预制品。其次，模具在操作过程中不会粘结在焊接玻璃预制品上，从而减少模具的清洁工作。当模具非常靠近预制品时，高温模具产生的辐射，包括红外、紫外和其他辐射，可将预制品非常快地加热到密封温度。模具与玻璃预制品之间的距离宜自动控制在5mm以内，较好3mm以内，更好1-2mm之间。因此，按照本发明方法的焊接玻璃预制品的玻璃宜能够吸收红外线，这样它就能在不加热灯具附近区域的情况下快速热起来。
感受器可由金属制成，如铁、不锈钢等，如果需要清洁密封可由铂制备。为了延长使用，宜采用熔点高、在低于约1200℃的空气中具有良好抗氧化能力的金属。模具的尺寸和形状应能形成对焊接玻璃预制品的有效快速加热，而不会加热周围的玻璃灯壳。所用模具应具有一定曲面的内表面，以便将辐射集中在玻璃预制品上。模具在结构上应当避免模具与相邻灯壳区域，如放电管外壁接触。例如，模具可含有孔或狭缝，灯具部件如电极引线或排气管通过它们插入并放在其中。根据构想，(1)一个感应线圈中可放入一个以上的感受器；或(2)一个以上的感受器可连接到在一个感应线圈中的感受器上；或(3)如果必要，可采用一个以上的感应线圈加热密封多个部位和/或部件到玻璃灯壳上。
图8和9所示为本发明方法所用设备的结构。如图8所示，三个感受器模49连接到三个感受器上，由感应线圈51加热，将它们同时放在三个焊接玻璃预制品上面不到5mm的地方。玻璃灯壳在图8中示为45。一旦感应线圈通电流产生交变磁场，在感受器中感生电流，感受器和模具就会迅速加热。因此，在一个加热循环中，中部放电管和排气管两端上的两个电极进行密封。图9是图8所示设备的侧视图，该设备有另一个加热室，包括绝热元件41和加热元件43组成，灯壳45装在其中。如图9所示，感受器49可上下移动。因此，模具先从上面位置下降，靠近但不与焊接玻璃预制品47直接接触。模具靠近焊接玻璃预制品前可加热到高温。或者，也可以在模具靠近焊接玻璃预制品后，通过接通感应线圈电源将模具快速加热到高温。无论哪种方式，焊接玻璃预制品可在非常短的时间，如1分钟以内，宜在30秒钟内从约580℃加热到约800-900℃，由此形成密封。实验表明，这种加热可在15秒内完成。与其他加热方法相比，这种加热方法速度惊人。一旦完成密封，可上提模具，使之离开焊接玻璃预制品，以防密封过程中不需要的过量热转移到焊接玻璃预制品上，进而转移到相邻的灯具部件如无机发光材料的涂层、吸气装置和电极罩上，在此过程中感应线圈的电源可关闭，也可不关闭。本发明的密封方法特别适用于将电极和管子密封到在密封之前就涂有无机发光材料的涂层的平板灯壳上。由于模具和焊接玻璃预制品靠得很近，模具产生的辐射基本上只射向预制品，而附近的敏感灯具部件不受影响。本发明的密封方法速度快、效果好。此外，根据构想，如果吸气装置可通过射频磁波激发，灯具密封后，用于本发明方法的感应设备可用来激发放电管内部的吸气装置。
在将部件组合体密封到灯壳上的过程中，应该减小玻璃罩和被密封的焊接玻璃预制品温度差。如果密封温度大大高于灯壳基本部分的温度，则在密封过程中存在破裂的危险。因此，将部件组合体密封到灯壳上之前需要对灯壳进行预热。预热宜在炉子中进行，将包含无机发光体涂层的灯壳加热到对无机发光体涂层安全的较高温度。对于采用稀土三基色无机发光体涂层的灯具，此温度应当低于600℃，宜在约500-585℃之间，这样，密封温度与灯壳基本部分的温度之间的温差最小，不会损害无机发光材料的涂层。硼硅酸盐玻璃膨胀率较小是此过程的一个优点，使得玻璃灯壳在密封过程中不容易发生脆裂。密封和后来的缓慢冷却过程宜采用温度程控炉。图9所示为本发明的一种实施方式，它采用的加热室由绝热材料41形成，包含加热元件43。
以下实施例进一步说明了本发明。应当理解，下面的实施例仅仅为了说明，不对本发明构成限制。
实施例
在此实施例中，制备了图2所示珠封电极引线-焊接玻璃预制品的组合体，然后密封到整件平板硼硅酸盐玻璃灯壳上。
本实施例采用SEM-COM公司(Toledo，OH)生产的会析晶焊接玻璃粉末，产品名为SCC-7，它在0-300℃之间的CTE约为35×10^-7℃^-1，密封前软化点约为632℃，析晶温度T_d约为670℃。用图1所示珠封引线与由上述粉末制成的焊接玻璃预制品形成组合体。引线有一个绞合镍外引线11、用Nonex焊接玻璃17密封的钨中间引线15和镍内引线13。珠封引线商购自Fredericks公司(Huntington Valley，PA)。
1.0g焊接玻璃粉与一滴乙醇混合，装入压模，压成圆板状，得到直径为12.8mm、厚度为3.2mm的圆板形生坯预制品。预制品在590℃烧结半小时。随后，在圆板中央钻孔，其大小刚好够图1所示引线珠17悬挂在其中。然后将珠封引线插入孔中，以适当方式放置，使得珠子17位于圆板中央。然后将所得组合体在620℃烧结半小时，从而将珠子17与圆板结合，但没有形成完全密封。然后将电极焊接到内引线13上。这样就完成了电极-焊接玻璃预制品的组合体。
本实施例所用玻璃灯壳用美国专利6301932所述方法制备，它具有整件结构。将稀土三基色无机发光体涂层施涂到灯壳的放电管内壁上。灯壳玻璃的组成基本上是：77.4重量％SiO₂、15.4重量％B₂O₃、1.9重量％Al₂O₃和5.3重量％Na₂O(根据批料中的氧化物计算)，0-300℃之间的CTE约为38×10^-7℃^-1。钻出三个半径约为6mm的孔，密封连接到电极和/或管子上。在与电极组合体密封之前，将灯壳放进炉子中，预热到约580℃。
将吸气装置放入放电管中后，将按照上述方法制备的电极-焊接玻璃预制品组合体插入经预热的灯壳的一个孔中。此时组合体中的焊接玻璃预制品放在孔的上方，引线在孔中央。然后将经过感应加热的感受器模放在焊接玻璃预制品上方约1-2mm的地方。结果，焊接玻璃预制品发生软化并析晶，15秒之内实现密封。接着，从焊接玻璃预制品上面移走感受器模，将灯壳缓慢冷却到室温。进一步测试表明，所得密封是良好的，无机发光体涂层和吸气装置因密封而不受破坏。灯壳上没有观察到破裂现象。光学显微镜检查表明，可用本发明方法在数秒之内获得焊接玻璃中所需玻璃/晶相。
本领域的技术人员不难理解，可对本发明做出各种改进和变化，只要不背离本发明的范围和主旨。因此，本发明意在涵盖本发明的各种改进和变化，只要它们在附属权利要求及其等价内容的范围之内。