本发明是关于一种复合件。它至少包括,第一组成部分的陶瓷材料和通过一种接合材料与之相接合的第二组成部分的金属材料,陶瓷材料或者金属和陶瓷材料的混合物,上述接合材料除了含有Al2O3外,还含有BaO,SrO,Sc2O3,Y2O3中之一种氧化物,及至少还含有一种稀土氧化物,其组成的含量范围,以%(摩尔)表示如下: Al2O335-70
BaO 0-20
SrO 0-20
Sc2O32-40
Y2O32-40
稀土氧化物 5-40
本说明书及权利要求书中所说的一种陶瓷材料应该理解为至少含有氧化铝的结晶形氧化材料。它可以是,例如,单晶兰宝石。另一种可能性是致密状烧结多晶状氧化铝或钇铝石榴石。这些材料适合用来做各种高压放电灯的放电容器的器壁材料,可以长时间把它加热到约1300℃,并且在这样高温下,对多种碱金属和各种卤化物具有高抗侵蚀性。长时间加热到约1300℃以上时,一般来说会引起有关材料大量蒸发。短时间加热到1750至1800℃是可能的,不会有不利影响,加热到高于1750至1800℃,既使是短时间,也会引起前面提过的蒸发,甚至在很大程度上会自发产生破裂。
各种稀土氧化物应理解为下列氧化物:
Gd2O3,Tb2O3,Dy2O3,Ho2O3,Er2O3,Eu2O3,Pr2O3,Ce2O3,Sm2O3,Tm2O3,Yb2O3,Lu2O3,La2O3,Nd2O3.
开头所指的那类复合体是已知的,可参见欧洲专利申请0060582A1。已知的接合材料优选地含有BaO或SrO作为抑制晶体生长的组分,其最高量为20%(摩尔)。这种复合体可以用在一种高压放电灯,该灯是一种具有一个陶瓷壁的放电容器,供电部件穿过该陶瓷壁,用接合材料,气密地与该壁相连接。经常应用的高压放电灯是高压钠灯和高压金属卤化物灯。这两种灯的放电容器壁,在工作状态下,承受高温负载,而放电容器里的填充物部分电离。因此这种灯所用的接合材料,应该在高温下能够抵抗钠和金属卤化物的侵蚀。
采用已知的接合材料,可以得到具有高度抵抗钠和卤化物侵蚀的气密接合。一般可以使接合材料呈细结晶状,以达到气密接合。这里应注意到,各接合部件的热膨胀系数是不同的,因此接合材料会产生应力。而细结晶接合材料产生裂纹的可能性比粗结晶接合材料小。
细结晶接合材料的另一个优点是,在结晶过程中,形成夹杂物和微裂纹的可能性大大小于粗结晶接合材料。
已知接合材料在很大程度上可满足细结晶的要求,尤其是由于优选地分别加入BaO和SrO组分,它们具有抑制晶体生长的作用。然而人们已经发现,这种已知接合材料在与复合体的含氧化铝的陶瓷件相接合时,会产生β-铝酸盐结构。而β-铝酸盐晶体结构,特别对钠侵蚀高度敏感,所以,以钠为充填组分的高压放电灯特别不希望有β-铝酸盐晶体结构。
本发明的目的是提供一种方法,在复合体元件之间进行接合时,不产生β-铝酸盐晶体结构,同时可保留接合材料的有利的结晶性质。
为此目的,按照本发明,本文开头时指出的那类复合体,其特征在于,接合材料中还含有HfO2,其含量范围,以%(摩尔)表示,为5-30。本发明的复合体的固有优点是,没有β-铝酸盐晶体结构,接合材料的细晶结构以及该接合材料的熔点低于1750℃。既使分别去掉BaO和SrO组分,也可得到细晶结构。这就是本发明的另外一个优点,因为人们发现,这些组分有助于形成β-铝酸盐晶体结构。
加入HfO2也影响接合材料的粘度。HfO2的用量大于30%(摩尔)时,接合材料可以具有这样高的粘度,即在小孔隙里不发生或者实际上不发生流动。所以HfO2的用量不用这样高。
若HfO2的量小于5%(摩尔)则浓度低到不会排除β-铝酸盐的产生,所以也不用。
按照本发明的复合体里,接合材料较优选地含有HfO2的量是在10-20%(以摩尔表示)的范围之内,这是因为,接合材料组合物的最低熔点就出现在这个范围内,而且在相应熔点下流量可以达到这样程度,即能够很好地渗透到有待接合的部件之间所产生的孔隙中。
如果接合材料含有1-6%(摩尔)的B2O3,则接合材料的熔点可进一步降低。对此接合材料的其他有用特性也可保留下来。采用这些接合材料,可以在相当低的温度下得到本发明的复合体。所以本发明的复合体,最好是包括含有B2O3的接合材料。下面参照附图以更充分地说明本发明的各种复合体的实施例。
图中表示高压钠灯的端部。这个灯是已知的,例如由美国专利3,716,743可知这里不再进一步叙述。图中所示的灯的端部是一种包括管1和盘2的复合体,管1和盘2两者为致密烧结的氧化铝。一个空心铌套管3,以气密方式密封在盘2中。电极4包括了具有钨螺旋丝的钨销钉,并采用钛钎焊,牢牢地把它固定在套筒3里。采用本发明的接合材料5,可以把套筒3气密地连接在盘2和管1。
接合材料的实例
适合本发明复合体的许多接合材料的制取方法是,在高频炉中把各种氧化物组分分别熔炼成玻璃质和具有小晶体的玻璃质。冷却后,把玻璃质研磨成粉,将这样得到的接合材料做成环状,其步骤是,向该粉末加入粘合剂,把粉末压成所要的形状,然后进行烧结。
其起始原料是由选自下列的氧化物混合料组成的:纯度为99.8%的氧化铝,纯度也是99.8%的氧化钪、氧化钇、氧化镧、氧化钕,纯度为99.9%的氧化钡、氧化锶,氧化铪,纯度大于99.995%的氧化硼。如果不是用上述氧化物,也可以使用在升温下能供应这些氧化物的化合物。表1和表2为所制取的接合材料的组成(%摩尔)。表中还列出每种接合材料的熔点Ts(以℃表示)。该熔点在1560至1700℃内变化。
表1
表2
通过上述表中列出的各种接合材料,可以完成下列材料之间的各种接合,例如,钼和致密烧结多晶体之间,铌和致密烧结多晶体之间,钽和致密烧结多晶体之间,两个致密烧结晶体部件之间,以及钇铝石榴石和兰宝石彼此之间和其对所述金属的接合。
实施例
如图所示那一类高压钠灯的放电容器,使用表1和表2的各种接合材料,使铌套筒和致密烧结多晶体套筒之间形成气密接合。
采用一种密封法完成上述接合。该法如下进行:把有待接合的第一部件在予定位置上连结,在接合区附近,填加所选的接合材料,使之形成环形。把上述组装件在炉中加热15秒,温度从室温升高到1250℃,然后在该温度下,保持60秒钟,接着在30秒内,温度升到比熔点高50℃的温度,在这温度下保持20秒。下一步,把组装件炉中冷却到1250℃,在该温度维持120秒,在炉中冷却至1125℃,在此温度下,维持60秒,然后关闭电源在炉中冷却至室温。
这样制取的放电容器,在铌套筒和致密烧结氧化铝盘(dsa)之间,具有良好的气密接合,同时,发现其接合材料为细晶体。