高压放电灯、制造高压放电灯放电管壳 与中空管壳的方法 本发明涉及作普通照明或投影显示用的高压放电灯、制造高压放电灯用的放电管壳的方法和制造中空管壳的方法。
以往，石英玻璃部件(包含几乎100％的SiO2)常被用于金属卤化物放电灯。
然而，石英玻璃材料的缺点是：当灯的照明时间增加时，石英玻璃容易与封在灯内的高压气体起反应，从而不可避免地降低透光率；石英玻璃的导热率很低(约0.9W/mK)，这就不能使热量分布均匀；等等。
此外，还出现这样一个问题，即由上述非均匀温度分布造成的内部热对流引起大曲率放电电弧。
这样，就得考虑防范措施，即在石英玻璃放电管壳的内壁敷以由单层或多层的氧化铝涂层、氧化钽涂层或其他涂层组成的保护层(例如，美国专利NO.5270615说明书)。
然而，在通常的放电管壳中，这种措施有一个缺点，即高温时实际应用的氧化物涂层的耐蚀性不够强。
即，当灯点亮时，由于在约1000℃的高温下能觉察出封在灯内地稀土金属卤化物与氧化物涂层起反应，因此可以说，上面提到的通常的防范描施对于防止透明消失的作用仍然不够充分。
还有，由于用氧化物涂层作为保护涂层，其不足之处在于不能对放电管壳的热均匀起到作用。
另一方面，作为另一种防范措施，曾企图用陶瓷(Al2O3、AlN、YAG、尖晶石等等)放电管壳以获得这样一些效果：由于陶瓷耐蚀性强，因而防止了透明消失；由于陶瓷导热率高，因而均匀了放电管壳内的温度分布；以及还改进了热负荷特性(例如，日本特许公报NO.87938/1993)。
然而，上面提到的陶瓷放电管壳有这样一些缺点：不能忽视陶瓷管壳与端面密封部分的腐蚀；由于陶瓷烧结物等的粒间反射(inter-granular reflection)导致直线透光度下降，使其特性偏离理想点光源的特性，从而使它无法实际应用。
上面提到的陶瓷放电管壳还有这样的令人不满意之处，即与石英玻璃管壳相比，它的成本很高并且需要复杂的加工工艺。
为解决上述通常碰到的问题，本发明的一个目的的是得到一种高压放电灯，在它的放电管壳的内壁采用比通常的氧化物涂层更耐久的氧氮化物涂层，从而使这种放电灯能更有效地防止透明消失并具有以前更长的放电灯使用寿命。
同时，石英玻璃的线膨胀系数特别小(0.54ppm/℃)。即使氧化铝(7—8ppm/℃)或具有大的线膨胀系数的其他金属氧化物作为耐蚀性涂层直接在石英玻璃上形成，但在灯工作时为高温(最高约1000℃)和灯熄灭时为室温的动态机械应力的反复作用下，内壁涂层会龟裂和剥落，因而从实际的观点来看，至少还没有实现一种真正耐用的结构。
上述NO.5270615美国专利企图通过采用热膨胀系数范围为1至4ppm/℃的氧化物涂层作为下面的涂层来解决上述问题，但这仍然不够。这样，本发明的另一个目的是提供一种新的涂层结构，它在实际应用中更加耐用，这要对保护层的每一组成层实际的线膨胀系数加以考虑。
本发明的高压放电灯包括：
由一种或数据元素的至少一层氧氮化物构成的涂层，该涂层涂覆在石英玻璃中空管壳的内壁上，在管壳内封入了惰性气体和一种或数种金属或者一种或数种金属卤化物。
一种或数种元素最好从下述元素中选取：铝(Al)、钽(Ta)、铌(Nb)、钒(V)、铬(Cr)、钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钇(Y)、钪(Sc)、镁(Mg)、硅(Si)和镧(La)系稀土元素。
涂层最好至少包括氧氮化铝层。
氧氮化铝层最好包含硅、镁或钇。
当涂层由多层构成时，最好这些层中至少包括一层氮化物层和一层氧氮化物层，形成氧氮化物层的元素与形成氮化物层的元素相同。
最好中空管壳是放电管壳，并设置有突向放电管壳内部的电极。
最好中空管壳是放电管壳，在放电灯内部不设置电极，而是在从放电管壳外部提供的微波或高频电磁波的作用下产生激发发光。
中空管壳端部处内壁的石英玻璃最好处于露出状态。
一种制造本发明的中空管壳的方法包括下述步骤：
从一预定的中空管壳两端的开口处插入一对溅射电极，该电极所含的元素与要在中空管壳内壁上形成的涂层所含的元素相同；
用这样的方式来固定溅射电极，使得一对相向放置的溅射电极的顶部之间的距离保持相隔一预定的距离；以及
在溅射步骤中，通过在已固定的溅射电极之间施加直流电压或高频电压并产生辉光放电，在中空管壳的全部或部分内壁上形成涂层。
一种制造本发明的中空管壳的方法包括下述步骤：
从一预定的中空管壳两端的开口处插入一对溅射电极，在电极的顶部设置有靶，该靶所含的元素与要在中空管壳内壁上形成的涂层所含的元素相同；
用这样的方式固定溅射电极，使得这对相向放置的溅射电极的顶部之间的距离保持相隔一预定的距离；以及
在溅射步骤中，通过在已固定的溅射电极之间施加直流电压或高频电压并产生辉光放电，在中空管壳的全部或部分内壁上形成涂层。
中空管壳内壁部分最好指的是除去接近开口的内壁之外的全部或部分内壁。
溅射电极的顶部最好做成非平面形状。
靶的顶部最好做成非平面形状。
一种制造本发明的高压放电灯的放电管壳(其中，要在石英玻璃中空管壳的内壁形成一预定的涂层)的方法包括下述步骤：
在中空管壳的内壁上形成一种或数种元素的氮化物层；以及
然后对已形成的氮化物层作氮化处理，由此把全部或部分的氮化物层改变为氧氮化物层。
一种制造本发明的高压放电灯的放电管壳(其中，要在石英玻璃中空管壳的内壁形成一预定的涂层)的方法包括下述步骤：
在中空管壳的内壁形成一种或数种元素的氧化物层；以及
然后对已形成的氧化物层作氮化处理，由此把全部或部分的氧化物层改变为氧氮化物层。
一种制造本发明的高压放电灯(其中，要在石英玻璃中空管壳内壁形成预定的涂层)的方法包括下述步骤：
在中空管壳的内壁上形成一层预定金属层；以及
然后对已形成的金属层作氧氮化处理，由此把全部或部分的金属层改变为氧氮化物层。
一种本发明的包含一涂层的高压放电灯，该涂层至少包括：
一第一透明电介质层，它在石英玻璃中空管壳的内壁上形成，具有范围为0.8至2ppm/℃的线膨胀系数，在石英玻璃管壳内封有惰性气体和一种或数种金属或者一种或数种金属卤化物；
一第二透明电介质层，它在第一层上形成，具有范围为2至5ppm/℃的线膨胀系数；以及
一第三透明电介质层，它在第二层上形成，具有范围为5至10ppm/℃的线膨胀系数。
涂层的顶层最好是氧氮化物层。
根据本发明专利申请，由于在高压放电灯工作环境下，在放电管壳的内表面上获得一种比以前用的涂层更耐腐蚀的氧氮化物层结构，因而更能防止透明消失，而更有可能使高压放电灯有更长的使用寿命。
此外，例如，采用根据本发明专利申请的制造方法可以使溅射涂层的均匀性提高和附着力增强，从而与以前相比更不容易发生涂层剥落。
图1是按照本发明一个实施例的高压放电灯的剖面图；
图2是沿图1的A-B线取的、朝箭头所示方向看的局部放大剖面图；
图3是按照本发明的一个实施例制造高压放电灯的放电管壳的方法中用的溅射装置的图；
图4(A)示出在一石英玻璃管壳1的内壁上形成氮化物层81的步骤；
图4(B)示出对在图4(A)所示步骤中形成的氮化物层81作氧化处理的步骤；
图4(C)示出将氮化物层81的表面部分改变为氧氮化物82的步骤；
图5是按照本发明另一实施例的高压放电灯的剖面图，该灯是这样构造的，使得在钨电极2的根部51处露出石英玻璃；
图6示出按照本发明一个实施例的制造高压放电灯的放电管的方法中用的溅射装置中的溅射电极10及其顶部的形状；
图7是一无电极放电灯的示意方框图；
图8是按照本发明另一实施例的石英玻璃管壳和在其内壁上形成的涂层的剖面图，用以示出三层涂层的构造，它相应于图1沿A-B线取的局部放大剖面图；
图9是按照本发明另一实施例的石英玻璃管壳和在其内壁上形成的涂层的剖面图，用以示出六层涂层的构造，它相应于图1沿A-B线取的局部放大剖面图；以及
图10示出按照本发明另一个实施例的制造高压放电灯的放电管壳的方法中用的溅射装置中的溅射电极101和在其顶部的靶段102的形状。
下面将描述按照本发明的高压放电灯；制造高压放电灯的放电管壳的方法；以及制造中空管壳的方法。
图1是按照本发明一个实施例的高压放电灯的剖面图，而本实施例的组成将结合图1加以描述。
顺便说说，把在中空管壳内壁的表面上形成的多个叠层总称为涂层(coating)。即，这里所称的涂层通常包括许多层。因此，在一些情形中称多层(multi-layer)涂层而不简称涂层。然而，当只形成一层时，上述涂层意思就指该层本身。这样，与上述多层涂层相对照，可将它称为单层(mono layer)涂层。
另一力面，例如，对于构成一涂层的每层的编号可以这样来做，从而把在高压放电灯的石英玻璃管壳1内壁表面上形成的层设定为第一层，并把在第一层表面上形成的层设定为第二层。即按每一层离开中空管壳内壁递增的次序来编号。
在图1中，标号1代表石英玻璃管壳，在其内相向地设置钨电极2，而在靠近每个钨电极顶部的地方都有一根盘绕钨丝5。
标号3、4和6分别代表钼片、钼电极以及在石英玻璃管壳1上形成的内壁涂层。下面将述及此内壁涂层6包括两层，一层是氮化铝层7，另一层是氧氮化铝层8。
即，图2是示出沿图1的A-B线，沿箭头所示方向的放大剖面图。在本实施例中，在石英玻璃管壳1上，形成厚度为600埃(下面记为)的氮化铝层7，而在该层上又形成厚度为1200的氧氮化铝层8。
接下来，参看图3，将围绕其结构来描述按照本发明一个实施例制造高压放电灯的放电管壳的方法。图3是按照本发明一个实施例制造高压放电灯的放电管壳的方法中采用的溅射装置图。
如图2所示，在把钨电极2封入石英玻璃管壳1之前的制造步骤中形成涂层，该涂层包括两层，一层是氮化铝层7，一层是氧氮化铝层8(以后也称为双层(bilayer)涂层)。
因此，在形成这一双层涂层时，用以封入金属和金属卤化物的侧管16仍然保留着。这是因为在后面的制造步骤中必须用此侧管。
另一方面，本实施例与通常结构的不同之处在于，构成溅射电极10的材料中包含要在石英玻璃管壳1的内壁上形成的涂层中所含的元素。即，溅射电极10具有两种功能，一是作溅射电极，一是作靶电极，这在以前是分开制作的。
在氮化铝层7和氧氮化铝层8中，铝是两者都有的金属元素。这样，在形成氮化铝层7和形成氧氮化铝层8时都采用金属铝(纯度为99.999％)的溅射电极10。
溅射电极10从石英玻璃管壳1的两端开口301中插入，并采用O型密封圈17作真空密封。
用这种方法插入，使一个电极的顶部与另一个电极的顶部相向的一对溅射电极10以这样的方式固定，使溅射电极之间的距离Wsp约为12mm。顺便说说，将溅射电极的直径设定为4.4mm。
一高频电源13通过匹配装置14与这一对溅射电极10相连。
标号12代表一由铝板构成的散热板，用以防止溅射时靶的温度升高。在本实施例的情形下，如上所述，由于溅射电极10也用作溅射靶，因此散热板12能有效防止溅射电极10温度升高。
一根管子连在进气口15上，从而可供给惰性气体(氩，Ar)、活性气体(氧或氮)以及内壁等离子体清洗气体(四氟化碳，CF4)。
配置的磁铁11产生与电场平行的磁场，可以提高溅射速度，但不总是需要它。
侧管16与带有一用作主要抽气泵的涡轮分子泵的抽气系统相连。具有500KHz频率与250W最大功率的某些型号的电源可用作高频电源13。
当详细地进一步描述具有双层涂层(一层是氮化铝层，一层是氧氮化铝层)的高压放电灯时，将更详细地描述它的制造方法的一个实施例。
如图3所示，从位于石英玻璃放电管壳的两端的开口301插入金属铝(纯度为99.999％)溅射电极10，并抽至5×10-4Pa的高真空。
然后，通入3.1秒立方厘米(sccm)的氩气，通入1.4sccm的氮气，并采用高频电源13加上20W的高频电磁波。
然后，通入3.1sccm的氩气，通入0.9sccm的氮气，通入0.5sccm的氧气，并加上20W的高频电磁波。
溅射放电时间是这样设定的，使得形成厚度为600的氮化铝层7和厚度为1200的氧氮化铝层8。
然后，把钨电极2(见图1)装到石英玻璃放电管壳1中，使电极间距离为5.5mm，封入汞、碘化镝、碘化钕、碘化铯和氩气，由此制成高压放电灯。
这里，把高压放电灯的屏幕照度降低到初始值的一半所经历的时间定义为该高压放电灯的有效使用寿命。这样，可以确认，用本方法制成的高压放电灯与没有内壁涂层的高压放电灯相比，有效使用寿命可延长30％以上。
仅由氧化铝构成的单层内壁涂层与由第一层氮化铝和第二层氧化铝构成的双层(多层)内壁涂层的测试结果如下：有这两种涂层的灯的使用寿命比没有内壁涂层的高压放电灯的使用寿命只延长30％或不到30％，某些情形下还要缩短一些。这一结果显示，氧氮化物层对于延长使用寿命起着极为重要的作用。
然后，在高压放电灯点亮1000小时后，测量管壁的直线透光度。
根据沿管壁圆周方向10个点作测量而得的平均结果，单层氧化物涂层的点线透光率为53％，单层氮化物涂层为49％，而单层氧氮化物涂层为77％。
在此情形下，用氦-氖(He-Ne)激光器(波长为6328)作测量光源。
这样，一层氧氮化物层(涂层)肯定比一层氧化物层(涂层)或一层氮化物层(涂层)呈现出长得多的使用寿命。
此外，由于氮化铝层(涂层)的高导热率的特性，石英玻璃管壳1的温度分布变得更加均匀，从而在水平点亮灯时，电弧弯折减少。在本实施例中，在水平点亮灯时，石英玻璃管壳1的管壁温度在顶部中央为811℃，而在底部中央为809℃，说明温差难以观祭。
另一方面，如果在石英玻璃管壳内壁没有涂层形成，则在顶部中央为818℃，而在底部中央为786℃，呈现出32℃的大温差。顺便说说，灯的输出都是250W。由此还发现，氧氮化物层在使中空管壳内壁温度均匀方面发挥了极好的作用。
顺便说说，虽然在上述实施例中采用了高纯度(纯度为99.999％)的金属铝作溅射电极10，但是在铝中加入硅、钇、镁等构成的铝合金也可用作溅射电极。
作为另一个实施例，采用包含2wt％(重量百分比)的硅(Si)的铝合金做成溅射电极，制成了石英玻璃管壳的内壁敷以氧氮化物层的高压放电灯。采用这样的结构，放电灯的使用寿命要比上述采用高纯度铝金属溅射电极10的放电灯的使用寿命延长5％。
封入高压放电灯的物质可以包括各种稀土碘化物或其他金属碘化物。此外，本发明还可用于高压钠放电灯。
与此同时，关于本发明有效的原因可以提到下面这些：采用耐蚀性强的氧氮化铝层作为在管壳内壁形成的涂层的顶层；采用氮化铝作为下面涂层的第一层，用它可以改善氧氮化铝顶层的涂敷质量；等等。
如果涂层按上述方法构成，即可获得极大的好处，即在形成每一层时不必改变溅射电极(它也用作溅射靶)，只要切换从进气口15将被引入石英玻璃管壳1内的一种气体的设置就能制得双层涂层(见图3)。
在上述实施例中，采用氧氮化铝层作为顶层，实际上也可考虑除铝之外的许多其他金属的氧氮化物。
例如，采用从钽(Ta)、铌(Nb)、钒(V)、铬(Cr)、钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钇(Y)、钪(Sc)、镁(Mg)、硅(Si)和镧(La)系稀土元素中选出的一种元素做成的氧氮化物层，可以构造出单层或多层涂层，而且不用说，涂层中除了氧氮物层之外还可包括其他层。
就成分而言，涂层可以是单层、双层、三层和包括四层或更多层的多层涂层，或者可以是一种所谓的成分有梯度的材料涂层(com-positionally gradient material coating)，在这种涂层中，其成分从底层至顶层逐渐改变。
顺便说说，不用说，如果是单层涂层，就直接用诸如氧氮化铝层8等氧氮化物在石英玻璃管壳1的内壁上构成薄涂层。
此外，每层的厚度不限于上面的实施例中所示的值，而例如，氧氮化铝层的厚度可以在200至5000的范围内选择。
本发明的优点在于用氧氮化物层作内壁涂层要优于氧化物层和氮化物层。
上面提到的元素的氮化物层比起氧化物层来有较高的熔点(例如，氮化铝的熔点是2800℃，而氧化铝的熔点是2054℃)，因此从在高温环境下应用的观点来看，以采用氮化物层为好。
此外，氮化物层的热膨胀系数较低(例如，氮化铝为4.5ppm/℃，而氧化铝为7—8ppm/℃)，因此用氮化物层在热膨胀低(0.54ppm/℃)的石英玻璃管壳上做成涂层要比氧化物层有利。
另一方面，氮化物层的缺点有：抗氧化能力不足以及由于升华而造成的高蒸气压。通过制作氧氮化物层，就能制得兼有两种薄层的优点的高温耐蚀性极好的层。
顺便说说，在上述实施例中，涂层是采用金属溅射电极10以反应溅射工艺做出的，但很显然，在溅射工艺中采用包含氧氮化物、氧化物或氮化物的溅射电极也能获得类似的好处。
此外，除了上面提到的溅射工艺外，氮氧化物层还可用热-化学气相淀积(thermo－CVD)工艺、等离子体化学气相淀积(plasmaCVD)工艺、真空淀积工艺和离子涂敷(ion plating)工艺等工艺制作。
氧氮化物层也能这样制成，即首先制成氮化物层，然后再对氮化物层采用诸如热氧化或等离子体氧化等氧化处理方法，或者，倒过来，首先制成氧化物层，然后再采用诸如热氮化或等离子体氮化等氮化处理方法。
图4(A)至4(C)所示的内容相应于氧氮化物层制作过程的一个例子，它先做成氮化物层，然后再采用氧化处理方法。即，上述附图表示出一个例子，对首先做出的氮化物81进行上述的氧化处理(见图4(A)和4(B))，再将氮化物层81的表面部分变为氧氮化物层82(见图4(C))。顺便说说，另一个把首先做出的整个氮化物层81改变为氧氮化物层82的例子当然也是允许的。图4(B)中的标号80代表用于氧化处理的氧离子。
此外，在做出一金属层之后，允许在热处理或等离子体处理中获得一层氧氮化物层。
当采用图3所示的装置进行溅射时，仅在内壁的这样一个区域生成溅射涂层，该区域面向石英玻璃管壳1内壁上一对溅射电极10之间的空间。并且，从实验可以确认，在相应于在后面的工艺中要插入的每根钨电极2(见图1)的根部的部分(即接近开口301处的内壁)难以生成涂层。
为利用这一现象，通过调节溅射电极10顶部之间的距离，可以使石英玻璃的每根钨电极2的根部51处于暴露状态。图5的结构图示出在整个内壁表面淀积一保护涂层的情况，每根钨电极2的根部51在结构上与图1的灯不同。
在图5所示的结构中，透明消失现象(它是由封入石英玻璃管壳1的物质与石英玻璃起反应而造成的)有选择地发生在上述故意做出的没有保护涂层的部分，而在有保护涂层的区域，透明消失现象减慢。
因为每根钨电极2的根部即使透明消失也对实际应用影响不大，按照本发明的这种制造方法能有效地防止灯的主要部分发生透明消失(灯光光束的大部分从灯的主要部分透过)，从而延长了灯的使用寿命。
此外，涂层厚度的均匀性对于薄的光学涂层而言很重要。与示于图3的每根溅射电极10的顶部为平面表面相比，非平面形状能提高内壁涂层厚度的均匀性。图6示出一种把靶的顶部做成凸形的非平面状的情形。
还有，通过优化溅射条件(诸如一对溅射电极10的顶部形状、顶部之间的距离以及气体流量)，层厚度的均匀度或涂层厚度的分布可保持在±10％之内。
顺便说说，每根溅射电极的顶部应朝着做成球形或椭球形的放电管壳的中心突出，而如果顶部不突出，将导致涂层厚度的分布变坏。
在上述实施例中，描述了具有钨电极2的被称为有电极型HID灯，但本发明不限于这种类型的灯，例如，它还可用于如图7所示的无电极型的高压放电灯，这种灯靠微波或高频电磁波的外部激励而发光。在这种情形中也能获得类似的效果。在图7中，标号32、30和31分别表示外部提供的高频电源，用以激发高压放电灯内的光发射；匹配装置和一围绕石英玻璃管壳1的外表面放置的绕制线圈。
接下来，将描述在石英玻璃中空管壳的内壁表面上有三层(tri-layer)涂层的又一个实施例，第一层是线膨胀系数范围在0.8至2ppm/℃的透明电介质层；第二层是线膨胀系数范围在2至5ppm/℃的透明电介质质层；而第三层是线膨胀系数范围在5至10ppm/℃的透明电介质层(见图8)。
如图3所示，把一对钽(Ta)金属(纯度为99.999％)溅射电极10插入石英玻璃放电管壳，并抽至5×10-4Pa的高真空。
然后，通入2.4sccm的氩气和1sccm的氧气，并施加15W高频电磁波。
然后，用铝(纯度为99.999％)溅射电极替换钽金属溅射电极，并抽至5×10-4pa的高真空。
然后，通入2.4sccm的氩气和1sccm的氧气，并施加15W高频电磁波。
然后，保持溅射电极不动，通入2.4sccm的氩气、0.3sccm的氧气和0.7sccm的氮气，并施加15W高频电磁波。
这样来设置溅射放电时间，使得形成500厚的氧化钽层101、500厚的氮化铝层102和1000厚的氧氮化铝层103(见图8)。
然后，向放电管壳1插入钨电极2，使电极间距离为5.5毫米，封入汞、碘化镝、碘化钕、碘化铯和氩气，由此制成高压放电灯。
可以确认，与通常没有内壁涂层的放电灯相比，按照本实施例的高压放电灯的使用寿命延长了30—100％。
此外，由于氮化铝涂层具有高导热率特性，使石英玻璃管壳的温度分布变得均匀，因而灯在水平点亮时电弧弯折减少。
封入高压放电灯内的物质除了上面提到的以外，还可以包括多种稀土碘化物或其他的金属碘化物。
本发明还发现可用于高压钠放电灯。
与此同时，关于本发明有效的原因有下面这些：由于这样来选择和堆叠多种材料，使得各组成层的热膨胀系数按从低层向高层的次序递增，因而在一很宽的温度范围内可以获得稳定的结构；采用耐腐蚀能力强的氧氮化铝层作为顶层；以及由于采用具有高导热率(150W/mK)的氮化铝层作为中间层，而使放电管壳温度分布更加均匀。
这样，除了上述实施例中的三层涂层外，还可想象出三层涂层中的其他多种组分。
即，高压放电灯的较长使用寿命也可用这样的三层涂层来达到，它的第一层是直接在石英玻璃管壳内壁表面上形成的透明电介质层，线膨胀系数范围为0.8至2ppm/℃；第二层是在第一层上形成的透明电介质层，线膨胀系数范围为2至5ppm/℃；以及第三层是在第二层上形成的透明电介质层，线膨胀系数为5至10ppm/℃，如表1所示。顺便说说，表1的左边一列表示在上述实施例中所描述的每层的材料，中间一列表示在每层材料中观察到的线膨胀系数的允许范围，而右边一列表示可用来替代左边一列中提到的材料。
表1在本实施例中用的材料线膨胀系数的允许 范围(ppm/℃)替代左边一列所提到的材料的材料第一层Ta2O5 0.8-2 Nb2O5 V2O5 Al2O3＋TiO2 HfO2＋TiO2 Ta2O5＋WOx 堇青石 β-锂辉石 TaON NbON VON第二层AlN 2-5 Si3N4 SnO2 c—BN ZnO Al2O3＋Nb2O5 SiAlON 富铝红柱石 CrON TiON ZrON HfON SiON在本实施例中用的材料线膨胀系数的允许 范围(ppm/℃)替代左边一列所提到的材料的材料第三层AlON 5-10 Al2O3 Y2O3 MgAl2O4 ZnAl2O4 YAlO3 YON MgON ScON
顺便说说，在表1中，例如，HfO2＋TiO2是指铪(Hf)和钛(Ti)的复合氧化物，而堇青石(Cordierite)代表2MgO＋2Al2O3＋SiO2，β-锂辉石(β-Spodumene)代表Li2O＋Al2O3＋4SiO2，SiAlON代表Si—Al—O—N，而富铝红柱石(Mullite)代表3Al2O2＋2SiO2。
在显示不对称晶体结构的单晶中，线膨胀系数随晶轴的方向而不同，但在这里，在实际应用中考虑线膨胀系数的平均值。
例如，在氮化铝(AlN)中，沿a轴方向的线膨胀系数是4.15ppm/℃，而沿c轴方向的线膨胀系数是5.27ppm/℃，但对于多晶，平均值可以认为在4.5至4.8ppm/℃的范围内。因此，在表1中，把AlN划入线膨胀系数范围在2至5的材料之中。
用诸如铝(Al)、钽(Ta)、铌(Nb)、钒(V)、铬(Cr)、钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钇(Y)、钪(Sc)、镁(Mg)、硅(Si)和镧(La)系稀土元素等元素形成的各种氧氮化物呈现出不同的线膨胀系数值，它取决于材料的种类以及氧和氮的组成比，因而可根据它们各自的值而用在不同的层中。
例如，在SiON的情形下，如果成分接近SiO2，则呈现0.8—2ppm/℃的相应于第一层的线膨胀系数，而如果成分接近Si3N4，则呈现2—5ppm/℃的相应于第二层的线膨胀系数。这样，划分为可用于表1第二层材料的SiON具有接近于Si3N4的成分。
例如，假如用尖晶石(spinel)MgAl2O4来替代表1中的氮化铝，在用诸如钠(Na)和锂(Li)等碱金属作为被封入物质的情形下，可以获得更高的耐蚀性。
虽然在上述实施例中考虑了一个三层结构，实际上，层数更多的多层结构也是可用的。图9示出一个包含六层的涂层的例子。
如图9所示，六层(hexalayer)涂层是这样形成的：第一层91是HfO2＋TiO2层，与氧化钽相比，它具有较小的线膨胀系数，第二层92是氧化钽层，第三层93是Al2O3＋Nb2O5层，与氮化铝相比，它具有较小的线膨胀系数，第四层94是氮化铝层，第五层95是氧化铝层，而第六层(顶层)96是MgAl2O4层。用这样的方式增加层数，使灯更加耐用。
然而，在上述结构中，制造步骤数的增加使制造成本较高，因而根据所要的性能水平来确定层数是较好的做法。
顺便说说，在上述实施例中是通过采用金属溅射电极，以反应溅射工艺做出涂层中的，但是很显然，采用包含氧化物或氮化物的溅射电极的溅射工艺也能获得类似的好处。
此外，虽然溅射工艺是制作涂层的较佳方法，但是从制作涂层的其他工艺(诸如热-化学气相淀积工艺、等离子体化学气相淀积工艺、真空淀积工艺以及离子镀覆工艺)中也能预期有类似的好处。
在上述实施例中，以制造高压放电灯和用于高压放电灯的放电管壳为例描述了一种按照本发明制造中空管壳的方法，然而，并不限于这些，例如，这种方法也适用于制造荧光灯的中空管壳。总之，只要用溅射工艺能在中空管壳的内壁全部或部分地做出涂层，而中空管壳的外形、尺寸、类型、用途等并不重要。
作为按照本发明形成包括氮化物层和氧氮化物层的多层涂层的一个例子，已在上面的实施例中描述了以氧氮化物层作顶层的情形(见图2和图4(C))，但多层涂层并不限于这种，而以氮化物层作为顶层的相反的结构也是可以的。在此情形中，包含有在石英玻璃中空管壳内壁形成的涂层的高压放电灯的放电管壳也可按照下述步骤来做：在中空管壳的内壁上形成一种或多种元素的氧化物层，然后对形成的氧化物层施以氮化处理，以把有关氧化物层的全部或部分改变为氧氮化物层。作为又一个例子，例如，还可具体考虑下述步骤：在所述中空管壳的内壁上形成一层预定金属层，然后对形成的金属层进行氧氮化处理以把全部或部分有关金属层改变为氧氮化物层。
在上述实施例中，描述了这样一对溅射电极10的情形，即制造电极所用的材料中包含了与在石英玻璃管壳1的内壁上要形成的涂层中所含的相同元素，但溅射电极的成分并不限于这样，它还可以用图10所示的结构，即在一对溅射电极101的顶部设置了靶102，而在靶中包含了与在中空管壳内壁上形成的涂层中所含的相同元素。在此情此下，溅射电极101的材料就不需包含上述的相同元素。
这样，由于在灯点亮时防止了石英玻璃管壳的透明消失，因此本发明能给出一种使用寿命长的高压放电灯。
又由于不使用陶瓷放电管壳，因此本发明具有许多好处：直线透光度高，可以获得近似于点光源特性的良好光学特性，管壳的三维模制成型很容易，因而可节省成本。
由于利用了氮化铝涂层导热率高的优点，本发明还具有使放电管壳温度分布均匀而减少热对流这样一个好处，由此减少了电弧弯折。