用于高压短弧放电灯的密封管材料 【技术领域】
本发明总体上涉及在用于高压短弧放电灯的密封管结构中使用钼铼合金。
本发明涉及在高密度多晶陶瓷主体内的密封管，尤其涉及高压放电灯的密封。特别是，本发明涉及由钼铼合金制成的密封管，其用于密封高压放电灯例如高压电弧放电灯。
背景技术
放电装置(例如高压短弧灯)通常使用由氧化铝形成的透明或半透明的高温耐熔管。在该氧化铝管中，电弧在两个电极之间延伸，电流通过密封的引入端组件导入。因为氧化铝和铌金属具有相似的热膨胀系数，该热膨胀系数是选择用于高压短弧放电灯的铌引入端以便经氧化物电弧管的端部导入电流的一个因数。
近来，对于短弧放电灯存在着更大的光照功率的需要。为了满足这个需要，必需增大密封在发光管内的气体量，例如汞的量，这导致这样的问题，即，当密封在短弧放电灯的发光管内的气体量增大时，密封在发光灯泡内的气体的压力增大到145psi或更高，并且当灯发光时可能高达2500psi。因此，增大了对于能承受在这种灯中产生的高压的材料的要求。此外，这种材料还必须能耐受在放电灯的化学剂量中所使用的卤化物的侵蚀。
由于钼可耐受在短弧放电灯的化学剂量中通常使用的卤化物的侵蚀，所以可在用于高压放电灯地密封管的制造过程使用纯的钼。然而，纯的钼没有足够的展延性使得通过机械压接来密封该密封管。由于纯的钼在机械压接过程中具有较大的变形应变，所以纯的钼通常在机械压接以便密封该密封管时出现破裂。
如上所述，相对于用于制成高压含卤素的放电灯中所使用的密封管的材料，存在对新材料的要求，其中该材料可耐受卤化物侵蚀，可承受在放电灯内产生的高压和高温，并且具有足够的变形展延性，以便在机械压接操作以形成该密封管的气密密封时不破裂。
【发明内容】
依据本发明的第一方面，提供了一种由钼铼合金构造成的密封管。
本发明的另一方面涉及一种用于含卤素的高压放电灯的密封管，该高压放电灯例如为短弧高压放电灯和陶瓷金属氧化物灯，其中该密封管由钼铼合金构造成。
本发明的再一方面涉及一种包含35-55％重量百分比的铼的钼铼合金。
本发明的又一方面涉及一种用于通过将钼与铼组合以形成钼铼合金从而增大钼的线性热膨胀系数的方法。
本发明的另一方面涉及一种用于改变钼铼合金的延展性和硬度的方法，其包括对该钼铼合金进行热处理。
本发明的再一方面涉及高压放电灯，其包括含短弧卤化物的高压放电灯和陶瓷金属氧化物灯，该放电灯包括由钼铼合金构造成的密封管。
通过阅读并理解本发明的详细描述，使本发明的这些和其它方面清晰呈现出来。
【附图说明】
本发明采用不同的部件和部件布置的形式，以及不同步骤和步骤组合的形式。在附图中，相同的附图标记表示相同的部件，附图仅仅是示意性的而不是限定本发明。
图1示出了真空密闭组件的截面图，该真空密闭组件包括依据本发明的密封管。
图2示出了真空密闭组件的替代实施例的截面图，该真空密闭组件包括依据本发明的密封管。
图3是钼、钼铼合金、和氧化铝随温度变化的线性热膨胀系数的图表。
【具体实施方式】
具有一空腔的多晶陶瓷主体(例如高压放电管)由钼合金和密封材料进行密封，以便形成真空密闭组件。多晶氧化铝在温度为25-1000℃之间具有8.1×10-6/℃的平均热膨胀系数，多晶氧化铝通常用于高压放电灯的放电管。氧化钇在温度为25-1000℃之间具有8.5×10-6/℃的平均热膨胀系数，氧化钇也可用于放电管的制造。另外，钇铝石榴石或YAG在温度为25-1000℃之间具有8.35×10-6/℃的平均热膨胀系数，钇铝石榴石或YAG也可用于放电管的制造。
高压放电灯的密封区域的工作温度通常在室温25℃或大约到700-1400℃之间，当灯关断时处于室温25℃，当灯完全升温时处于700-1400℃。为了避免在陶瓷主体与封闭件之间的气密密封的破裂或其它破坏，必需使得封闭件和密封材料的热膨胀系数与陶瓷主体的热膨胀系数在密封区域的工作温度范围内精密地匹配。尽管高压放电灯的工作温度通常为大约25-1400℃之间，但是依据本发明的真空密闭组件可承受更高或更低的工作温度范围，因此需要在相应的更高或更低的工作温度范围内使得热膨胀系数匹配。该封闭件和该密封材料的热膨胀系数应接近陶瓷主体的热膨胀系数，以便提供可靠的密封并消除由于热膨胀系数不同而引起的机械应力。
依据本发明，提供了放电灯组件10，其包括陶瓷、金属陶瓷、或金属板端塞12，该端塞具有密封管14，以便形成如图1所示的真空密闭组件。由例如为钨的材料制成的电极杆16从密封管14延伸到放电灯10的气体填充腔20中。该电极可焊接到密封管14中。连接引线18从密封管1 4的在放电灯组件10外侧的一部分中延伸出来。在用气体填充该灯并且随后点焊之后，该密封管被压接。在替代实施例中，该密封管可简单地焊接，而没有压接。
在替代实施例中，提供了放电灯组件28，其包括如图2所示的偏置密封管30(或化学剂量配送部分)。电极32可由例如钨(W)的材料制成。端塞38借助密封材料34来密封陶瓷电弧管的一端。在对该放电灯进行化学剂量配送之后，密封管30随后通过在密封管端部40处进行机械压接从而被密封，并且其后对该机械压接部进行点焊。
依据本发明，钼与铼形成合金，以便形成用于放电灯的密封管。钼是难熔金属，钼的热膨胀系数低于铼的热膨胀系数。通过在合金中适当地选择所使用的钼和铼的比率，使得钼的热膨胀系数增大。因此，该合金的增大的热膨胀系数接近在放电灯制造中所使用的材料的热膨胀系数，该材料例如为氧化铝和其它陶瓷材料。图2示出了纯的钼、50％-50％重量百分比的钼-铼合金的混合物、和多晶氧化铝的线性热膨胀系数。此外，钼-铼(Mo-Re)合金提供增强的延展性，同时铼(Re)在热膨胀方面具有有利的效果。
其中铼的含量在35-55％重量百分比范围内的钼铼合金适于这种应用。钼铼合金的选择基于几个原因。尽管纯的钼可耐受卤化物的侵蚀，但是其没有足够延展性，以便使得通过钼管的压接来进行密封。钼管由于产生较大的变形应变所以在压接时破裂。钼铼合金可耐受卤化物的侵蚀，并且具有比纯钼更高的延展性。在冷拔成的状态下，钼铼合金比纯钼管具有非常高的延展性，但是其延展性对于压接仍然不足够大。
为了实现气密压接密封，必需对钼铼合金进行某种热处理，以便获得足够的延展性并且消除由于例如拉制和挤压的机械加工而产生的加工硬化。4小时的1200℃的热处理对于明显改变钼铼合金的延展性和硬度来说是不足够的。大约0.5-4小时的处于大约1200-1900℃的处于干氢气环境(露点＜-50℃)的热处理可导致具有更大延展性的钼铼合金，其可以进行压接，并且没有破裂的迹象，且可承受至少2000psi(每平方英寸磅)的压力。在热处理之后，该钼铼合金在制造用于放电灯的密封管时是有用的。
测试结果显示出，进行了大约0.5-4小时的处于大约1200-1900℃的处于干氢气环境(露点＜-50℃)的热处理的钼铼管可成功地进行压接，并且没有破裂的迹象。对于压接成的管的破裂试验显示出，该密封可承受100-1700psi压力，这取决于所用的压接压力。压接密封在压接位置处用激光焊接进行固定，该压接密封可承受超过8500psi的压力。这些结果表明，如以下示例所述，钼铼合金管的密封与使用在常规高压钠制品中的铌管中实现的密封一样地良好。钼铼合金超越铌的优点是其具有增强的卤化物耐受性。
以下数据表明在形成依据本发明的可进行机械压接的密封管的过程中使用钼铼合金的能力。
示例
1mm外径×0.5mm内径的钼铼合金管包含47.5％重量百分比的铼，该管在压接密封之前在1800℃时热处理2小时。一些情况下，对压接区域进行激光焊接，以便强化机械密封。该钼铼合金管的密封在一设备内进行测试，该设备在该管内施加达到1000psi的水压。当发现水经密封逸出时，记录该压力作为以下的破裂压力。
表1压接的钼铼管与压接的铌管的破裂压力结果比较样品破裂压力使用机械压接和激光焊接形成的钼铼管密封1＞4000psi*使用机械压接和激光焊接形成的钼铼管密封2＞8500psi使用机械压接和激光焊接形成的钼铼管密封3＞4000psi*使用机械压接和激光焊接形成的钼铼管密封42000psi*使用机械压接形成的钼铼管密封11000psi使用机械压接形成的钼铼管密封21000psi使用机械压接形成的钼铼管密封31500psi使用机械压接形成的钼铼管密封4500psi使用机械压接形成的铌管密封500，1200，2000，2000，2500，1000，2000，500psi使用机械压接和激光焊接形成的铌管密封＞10000psi
*在机械压接/激光焊接部破裂之前，密封管的其它部分裂开
尽管铌管与本发明的钼铼管相比具有稍微增大的抗破裂性，但是钼铼管与铌管相比具有增强卤化物耐受性，同时可承受与铌管相当的压力。
通过使用本发明的钼铼合金可获得其它的优点，而且不限于在压接进行气密密封的过程中变形而不破裂以及能够承受在放电灯内产生的高温的能力。
尽管已经对本发明的几个优选实施例进行了描述，但是，本领域普通技术人员应该理解的是，可在不脱离本发明的原理和精神的基础上对实施例进行改变，本发明的保护范围是由权利要求及其等同形式限定的。
附图标记
10放电灯
12端塞
14密封管
16电极
18连接引线
20气体填充腔
28放电灯
30密封管
32电极
34密封材料
36陶瓷电弧管
38端塞
40密封管端部