制造用于构造灯的钼薄膜的方法和钼薄膜以及具有钼薄膜的灯 I.技术领域
本发明涉及根据专利权利要求1的前序部分的制造用于构造灯的钼薄膜的方法，以及这类钼薄膜和具有这类钼薄膜的灯。
这类钼薄膜可按气密方式嵌入石英玻璃容器中，因此用作被石英玻璃构成的灯容器按气密方式包围的光源的供电元件。钼薄膜的这种用途描述在例如关于厚度小于20微米的钼薄膜的德国专利文献DE 573 448中，和例如关于更厚钼薄膜的英国专利文献GB 474 982中。在下文中和为本发明的目的，术语“钼薄膜”表示基于钼的金属薄膜，其主要由钼构成。也就是说，术语“钼薄膜”覆盖由钼构成的金属薄膜或由具有添加剂或掺杂剂的钼构成的金属薄膜，其中所述金属薄膜中添加剂或掺杂剂的重量比例显著小于钼的重量比例。例如，术语“钼薄膜”还包括由加有约1重量％氧化钇或钇-铈混合氧化物的钼构成的金属薄膜。
II.现有技术
专利文献US 4,587,454公开了一种制造用于构造灯的钼薄膜的方法，根据所述方法所述钼薄膜的表面通过喷砂而变得粗糙，从而以此抑制包围钼薄膜的灯容器石英玻璃的不连续或裂缝。
公开文献EP 1 156 505 A1描述了用作通过灯容器的电衬套元件的钼薄膜，其中所述钼薄膜表面的5至60％(面积)具有基本上无内聚性的岛状的物质聚集物区域，该区域具有不同于原薄膜和/或由钼或其合金、或钛、硅或氧化物、混合氧化物和/或在所有情况下在2000℃下蒸汽压小于10毫巴的氧化化合物构成的材料组合物的表面结构。
专利文献US 6,815,892公开了用于构造灯的钼薄膜，其整个表面具有涂层。所述涂层由选自氧化钛、氧化镧、氧化钽、氧化锆、氧化钇和氧化铪的金属氧化物构成。
III.发明内容
本发明的目的在于，提供制造用于构造灯的钼薄膜的方法和这类钼薄膜以及具有这类钼薄膜的灯，从而在钼薄膜和包围它的灯容器材料之间提供更好的附着。
根据本发明，所述目的通过专利权利要求1和8、9或13的技术特征来实现。本发明特别有利的实施方案在从属专利权利要求中描述。
根据本发明的制造用于构造灯的钼薄膜的方法的特征在于，所述钼薄膜表面的至少一部分，优选所述钼薄膜的整个表面，通过喷砂而变得粗糙，并且所用的喷砂剂包含氧化铝和/或石英砂以及至少一种其它组分。
根据本发明的氧化铝和/或石英砂以及至少一种其它喷砂剂组分的组合实现了钼薄膜对灯容器材料，特别是石英玻璃的更好的附着。试验表明，与放电容器用按传统方式喷砂的钼薄膜密封地高压放电灯相比，放电容器用根据本发明的钼薄膜或者用根据本发明的方法制造的钼薄膜密封的高压放电灯具有更长的使用寿命。特别是与装有传统方式制造的钼薄膜的高压放电灯相比，具有根据本发明制造的钼薄膜的高压放电灯的面对放电区的放电容器的石英玻璃的薄膜边缘更少剥离。
根据本发明的喷砂造成喷砂剂细颗粒在钼薄膜的表面的沉积，也就是说，氧化铝颗粒和/或石英砂颗粒以及至少一种其它喷砂组分的颗粒的沉积，其与钼薄膜的粗糙表面一起提供了所述钼薄膜和灯容器材料之间的良好附着。
在钼薄膜表面上沉积的每单位面积上以低密度均匀分布的喷砂剂颗粒的量并不足以在钼薄膜表面上形成封闭的层或岛状聚集物。根据本发明的喷砂在钼薄膜表面上形成少量沉积的优点是不妨碍钼薄膜与其它供电元件的焊接。特别地，根据本发明的方法制造的钼薄膜可以低接触电阻和简单的方式与伸入放电区的钨制气体放电电极和伸出放电容器的供电导线焊接，例如利用根据EP 1 066 912 A1的电阻焊或利用根据EP 1 604 772 A1的激光焊。
所述喷砂剂的主要组分有利地由氧化铝或石英砂或氧化铝和石英砂的混合物构成。也就是说，氧化铝或石英砂或氧化铝和石英砂构成的混合物在喷砂剂中占最大的重量比例。喷砂剂的主要组分用于钼薄膜表面的粗糙化和钼薄膜的挤压。
根据本发明的优选的示例性实施方案，所述喷砂剂中氧化铝和/或石英砂的重量比例大于99重量％，且所述喷砂剂中所述至少一种其它组分的重量比例小于1重量％。
已经用下述喷砂剂获得了好的结果，所述喷砂剂由氧化铝和/或石英砂以及氧化钛构成，并且氧化钛的重量比例在0.1重量％至0.25重量％的范围内。
替代氧化钛或在氧化钛之外，还可能使用作为氧化铝和/或石英砂之外的其它组分，所述其它组分是选自氧化锆、氧化铪、氧化镧、氧化铈和氧化钽的一种或多种氧化物。另外，除了使用氧化钛之外，还可以使用钌作为所述喷砂剂中除氧化铝和/或石英砂之外的其它组分。
喷砂剂中所述至少一种其它组分的颗粒尺寸有利地小于或等于1微米，从而确保所述至少一种其它组分的颗粒与粗糙的钼薄膜表面具有足够好的附着。由氧化铝和/或石英砂构成的喷砂剂的主要组分的平均颗粒尺寸有利地小于或等于100微米，从而实现前述钼薄膜表面的粗糙化和钼薄膜的挤压。
根据本发明的钼薄膜优选适合用作通过由玻璃，特别是石英玻璃或具有极高二氧化硅含量的玻璃制成的灯容器的电衬套元件。特别地，根据本发明的钼薄膜按气密方式嵌入由石英玻璃构成的灯容器中，使得钼薄膜的一个末端与伸出灯容器的供电导线连接，并且其另一末端与伸入灯容器内部的电极连接或与白炽灯丝出口(Gluehwendelabgang)连接。根据本发明的钼薄膜因此确保电以气密方式通过由石英玻璃或具有极高(通常大于95重量％)的二氧化硅含量的玻璃制成的灯容器。
IV.附图说明
下文参考优选的示例性实施方案更详细地说明本发明。附图中：
图1示出根据本发明的用于构造灯的钼薄膜的部分截面示意图，
图2示出根据本发明的具有两个图1所示钼薄膜的卤素金属蒸汽高压放电灯，
图3示出经过高压放电灯的工作期限还可以工作的，经测试的卤素金属蒸汽高压放电灯的百分比比例，
图4示出经过高压放电灯的工作期限还可以工作的，经测试的不含汞的卤素金属蒸汽高压放电灯的百分比比例，
图5示出细粒氧化铝颗粒和氧化钛颗粒在钼薄膜表面上的分布的示意图。
V.优选的示例性实施方案的说明
图1示出根据本发明的钼薄膜21的部分截面示意图。钼薄膜21具有透镜状、柳叶刀状或垫状的弯曲形状。为了用作具有约35瓦电功耗的卤素金属蒸汽高压放电灯的放电容器中的密封薄膜，钼薄膜21具有25微米的最大厚度D。其纵向延伸方向上的长度L为6.5毫米，且其宽度B为2毫米。所述钼薄膜21通常从卷在供应轮上的钼带切下。在此过程中切割面垂直于钼薄膜21的纵向延伸。为了降低围绕钼薄膜的灯容器材料中形成裂缝的危险，钼薄膜21的切割边可经平滑或轧制处理，例如在EP 0 884 763 A2中公开的那样。
根据本发明的钼薄膜21通过已知的冶金退火方法和烧结方法以及轧制方法从压入模具的钼粉制造。所述钼粉中可以加入掺杂剂或添加剂，例如上述的氧化物，氧化钇或钇-铈混合氧化物。
根据本发明的第一特别优选的实施方案，在以这种方式制成的钼薄膜21两面，用氧化铝和氧化钛的均匀混合物进行喷砂处理，其中喷砂剂中氧化钛的重量比例为0.1重量％，剩余的是也被称为金刚砂的氧化铝。氧化铝颗粒的平均颗粒尺寸为100微米，并且氧化钛颗粒的平均颗粒尺寸为0.5微米。
已经发现在喷砂过程结束之后，喷砂剂的细粒成分仍保持附着在钼薄膜21的表面上。也就是说，喷砂处理不仅使钼薄膜21的表面变得粗糙，而且还在钼薄膜21的表面上形成氧化铝颗粒(金刚砂颗粒)和氧化钛颗粒的沉积。在图5中示意性示出了钼薄膜21的表面，标明的比例尺为1微米。细粒氧化铝颗粒和氧化钛颗粒沉积附着在钼薄膜的表面，以每单位面积低密度的形式均匀分布。细粒氧化钛颗粒的比氧化铝颗粒更好地附着在钼薄膜表面。附着在钼薄膜表面的氧化钛颗粒的比例因此并不对应于其在喷砂剂中的混合比例。为了确定附着在钼薄膜21表面上的氧化铝颗粒和氧化钛颗粒的量，将多个根据本发明喷砂的钼薄膜21溶解在酸中。分析得出，钼薄膜的平均重量为22.5mg/cm2，附着在钼薄膜上的氧化铝颗粒的平均重量为0.247mg/cm2，以及附着在钼薄膜上的氧化钛颗粒的平均重量为0.062mg/cm2。
根据本发明的第二示例性的实施方案，钼薄膜21的两侧都用氧化铝和氧化钛的均匀混合物喷砂处理，其中喷砂剂中氧化钛的重量比例为0.25％，剩余的是氧化铝。金刚砂颗粒的平均颗粒尺寸为100微米，并且氧化钛颗粒的平均颗粒尺寸为0.5微米。对这种钼薄膜的分析表明，钼薄膜的平均重量为18.2mg/cm2，且附着在钼薄膜上的氧化铝颗粒的平均重量为0.197mg/cm2，以及附着在钼薄膜上的氧化钛颗粒的平均重量为0.117mg/cm2。
图2示出具有约35瓦电功耗的卤素金属蒸汽高压放电灯。这种高压放电灯具有由石英玻璃构成的放电容器1，其具有内部10和两个分别具有电衬套2、3的在直径上相对布置的密封末端11、12。两个在直径上相对布置的电极4、5伸入内部10内，所述电极分别与电衬套2或3中的一个连接，并且在灯工作期间在所述电极间形成气体放电。在放电容器1的内部10中包含可电离的填充物，所述填充物由氙和多种金属卤化物以及任选的汞构成。所述放电容器1被石英玻璃构成的外部灯泡6包围，所述石英玻璃具有吸收紫外辐射的掺杂剂。所述灯还包含塑料灯头7，其支撑两个灯容器1、6且装配有灯的电连接8。放电容器1的远离灯头的末端11的电衬套2经由电回路9与第一电连接8连接，而另一电衬套5与灯的第二电连接(未示出)连接。在灯头7中可以布置所有的灯运行设备或运行设备的部分，例如启动装置。
电衬套2、3分别具有按气密方式嵌入各个末端11或12的根据本发明的钼薄膜21或31。在图1中示意性示出钼薄膜21或31。各个钼薄膜21或31背离放电容器1的内部10的一侧分别与钼导线22或32焊接，所述钼导线从各自对应的密封末端11或12伸出。各个钼薄膜21或31面对放电容器1的内部10的一侧分别与棒状的由钨构成的电极4或5焊接，所述电极伸入放电区10。
图3示出对多个根据图1所示实例设计的具有不同钼薄膜的含汞的卤素金属蒸汽高压放电灯使用寿命的测量结果。图3中的测量曲线1对应于具有根据现有技术喷砂的钼薄膜的灯。这些灯的第一个在工作2000小时后失效。图3中的测量曲线2和3对应于装配有具有根据EP 1 156505 A1涂层的钼薄膜。根据图3中的测量曲线2，20％的灯在工作2500小时后失效，而根据图3中的测量曲线3，20％的灯在仅工作1200小时后就失效了。与此相反，从图3中测量曲线4可以看到，具有根据本发明的钼薄膜的灯甚至在小时3000的运行时间内都没有一个失效。特别地，在工作3000小时后，仅在具有根据本发明的钼薄膜的灯中没有观察到薄膜剥离的任何迹象。
图4示出对多个根据图1所示实例设计的具有不同钼薄膜的含汞的卤素金属蒸汽高压放电灯的特别快速开关试验结果。根据图4中测量曲线1的灯具有根据现有技术喷砂的钼薄膜。这些灯中的40％在工作约1100小时后失效，仅20％在工作1500小时后仍能运行，并且所有具有未涂布钼薄膜的灯在工作1700小时后都失效了。根据图4中测量曲线2和3的灯具有根据EP 1 156 505 A1涂层的钼薄膜。根据图4中的各自的测量曲线2和3，所有具有根据EP 1 156 505 A1涂层的钼薄膜的灯分别在仅工作800小时和工作950小时后失效。
与此相反，从图4中测量曲线4可以看出，具有根据本发明的钼薄膜的不含汞的高压放电灯在1800小时的运行时间内都没有一个失效。特别地，在1800工作小时后，具有根据本发明的钼薄膜的灯根本没有出现薄膜剥离的迹象。
前述的灯失效都是由钼薄膜从放电容器的石英玻璃处脱离造成的。
图3和4中所示的测量结果由具有根据上述第一和第二示例性实施方案制成和处理的钼薄膜的高压放电灯得到。
本发明不限于上述更详细描述的示例性实施方案。特别地，根据本发明的钼薄膜还可以用于其它灯的类型，例如用于按气密形式密封的卤素白炽灯的供电。钼薄膜的尺寸必须与具体应用匹配。特别是钼薄膜21的厚度D和宽度B必须要匹配灯的电功耗和最大灯电流强度。氧化铝与氧化钛的混合比不限于两个示例性的实施方案，而是可以变化的。优选应如下选择，沉积在钼薄膜表面上的量不应大到不利地影响与供电引线和电极的焊接性。也可以用上述氧化物和钌替代氧化钛作为喷砂剂中除氧化铝之外的其它组分。另外，可以用石英砂替代全部氧化铝中的部分，相应地，喷砂剂的主要组分不再由氧化铝形成，而是由石英砂或石英砂和氧化铝的混合物形成。