專利名稱：用于改進氣密性的涂覆陶瓷放電容器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高壓放電燈，如用于頭部照明應用的車燈，包括密封放電腔的陶瓷放電容器和具有淀積在其上的至少一個涂層的至少一個端部開口，優選為饋通開口，并由端部封閉器件氣密封閉。所述端部封閉器件至少包括端部封閉件和連接裝置。更特別是，本發明涉及所述放電容器的設計以及提高其壽命的方法。
高壓放電燈中的放電容器以及相關制造工藝從現有技術中可知。不管怎么說，仍然必須提供所述高壓放電容器的設計來解決下述的從現有技術中可知的缺陷。由于所述高壓填充物，氣體緊密密封所述高壓放電燈放電容器產生幾個問題。加熱用于氣密密封的所述放電容器導致所述內部填料膨脹或蒸發。結果是，填充氣體膨脹導致不良質量的密封，并且填充鹽蒸發導致不希望的燈特性。則所述密封的特征在于它以不可再現的長度結束，這是因為膨脹氣體其于從所述放電容器向外推它。而且所述密封將包含缺陷，如氣泡，導致裂紋，這使密封機械強度變差，導致泄漏。
為了防止所述填充氣體的膨脹或蒸發，已經進行了尋找可替代的密封工藝的幾種嘗試和設計。
WO00/67294介紹了一種高壓放電燈，更精確地說是金屬鹵化物放電燈，其具有被填充氣體的外泡包圍的非常小的、極高壓填充的容器。
所述燈具有以下優點放電容器具有非常緊湊的尺寸，這使它高度適合于車輛的頭部照明應用。由于該放電容器內部直徑比電極間隔小，因此放電電弧足夠直，并且充分嚴格限制其發光表面，因此它可用做汽車頭燈的光源，特別是具有復雜形狀反射器的頭燈。
然而已知燈的缺陷是在氣密地封閉所述燈的放電容器而加熱它時的初始填充物的相對損失。這導致錯誤色點設置和顏色不穩定性，缺陷還包括在氣密密封所述放電容器時的不可再現的初始密封陶瓷長度，高的燈工作溫度范圍內的密封陶瓷裂開行為，這導致密封泄漏。此外，所述放電容器端部結構設計包括在所述饋通外表面和陶瓷塞內壁之間的寬間隙，這導致顏色不穩定。這些缺陷是由目前密封工藝造成的，或者涉及目前密封設計。所述工藝實際上加熱了所述填充放電容器的太多表面，并且所述設計在所述饋通和所述陶瓷塞之間留下太大間隙。此外，饋通和陶瓷塞都由不合適的熱機械匹配材料制成。
US6194832B1介紹了一種金屬鹵化物放電容器，其中塞子-具有至少四個、并優選為6個或更多個的軸向設置的金屬陶瓷層，其中各個層的金屬含量從最靠近容器的放電空間的層向外增加-用于密封所述金屬鹵化物放電容器管形端部。最內層直接燒結到陶瓷放電容器上，高陶瓷放電容器通常是氧化鋁的，而最外層具有如下程度的金屬含量，使其可以被焊接，并焊接到通過塞子的各個層向中心開口突出的金屬或金屬陶瓷饋通部件上。塞子的最外層優選具有至少50％體積的金屬，并優選該金屬與饋通部件的材料相同，并且甚至可以完全是金屬的，從而保證容易緊密地進行焊接連接。焊接可以例如通過激光焊來進行。然而，結果是，由于突出的塞子的最內層不連接到饋通，并具有低金屬含量，這與饋通的膨脹系數不匹配，如果不接觸則導致設計形成裂隙，或者如果接觸則在塞子中產生應力，由此使塞子和靠近容器的饋通之間的松散接頭，即，同樣產生裂隙。顯然鹽將蔓延到所述產生的松散接頭中，這將導致燈的顏色不穩定，與此同時，導致所述松散接頭沿著饋通向外延伸。對于在相對高溫下工作的非常緊湊汽車放電容器，經歷更多數量的開關，兩種缺陷都是臨界的并導致進一步泄漏。
本發明的目的是改進端部封閉器件與放電容器的氣密連接，以便防止在所述部件之間形成松散接頭，其中腐蝕鹽填充物將凝結。
這個問題是通過用至少一個端部和放電腔部分地涂覆放電容器來解決的，由此至少一個所述涂層淀積和氣密地連接在所述放電容器的端部和密封劑之間和/或密封劑和端部封閉部件之間。
所述層改進了連接裝置的粘接，由此與放電容器和端部封閉器件之間的粘接強度相比，該層提供在放電容器和連接裝置之間、和/或連接裝置和端部封閉器件之間的更高的粘接強度。
所述端部封閉器件通常連接到具有密封劑的所述放電容器，以便實現所述部件之間的強粘接。由于表面的不同狀態，以及所述端部封閉部件和所述放電容器之間的不同膨脹系數，在工作的燈已經經過一系列熱循環之后氣密粘接變弱。為了提高氣密粘接和提供更可靠的燃燒器，向放電容器的端部的至少一部分上淀積至少一層涂層。
在放電容器燒結工藝的燃燒步驟之前，這個涂層在其濕態(greenstate)下施加于放電容器上。
有利地，用一層至少部分地涂覆放電容器的至少一個端部。所述層提高了連接裝置的粘接性，由此與放電容器和端部封閉器件之間的粘接強度相比，該層提供在放電容器和連接裝置之間和/或連接裝置和端部封閉器件之間的更高的粘接強度。更優選地，第一層位于放電容器和密封劑之間，第二層位于密封劑和端部封閉部件之間。
由于利用所述涂層改進了端部封閉部件與放電容器的氣密粘接，因此減少了裂隙或小裂紋。
為了防止材料碎裂，連接裝置以及端部封閉部件應該由具有如下特性的材料制成它們具有彼此匹配并與放電容器之一匹配的熱膨脹系數。
在本發明的優選實施例中，其膨脹系數α(T)與多晶氧化鋁放電容器的大約8·10-6K-1的膨脹系數匹配的任何涂覆材料都可以適用于本發明。這些材料的特征在于對于在下列范圍內的溫度T298K≤T≤2174K，它們的膨脹系數α(T)位于下列范圍內4·10-6K-1≤α(T)≤12·10-6K-1。更優選地，所述涂覆材料應該具有盡可能接近于放電容器之一的膨脹系數，以便防止在涂層中產生應力，這種應力的產生將導致在層中產生裂紋。
因此，涂層優選是選自包括例如W、Mo和/或Pt的組的材料的。所述材料具有在4·10-6K-1到12·10-6K-1范圍內的熱膨脹系數，并且對于典型放電容器金屬鹵化物填充物是耐腐蝕的。
根據本發明的密封劑是用于氣密連接至少兩個部件的裝置，優選用于將端部封閉部件氣密連接到淀積在高壓燃燒器的放電容器上的涂層。
根據本發明的連接裝置也是用于氣密連接至少兩個部件如饋通與端部封閉部件的裝置。
本發明中的密封劑和連接裝置包括用于焊接、激光焊、電阻焊、錫焊、銅焊、用粘接材料的粘接、初始成形、燒結、密封或任何其組合所需的材料。
放電容器包括端部和放電腔。端部優選是突出塞子的形式。所述放電容器通常由涂覆了至少一層的端部封閉器件封閉，由此所述端部封閉器件氣密連接到放電容器的端部上，以便提供氣密高壓燃燒器。
在本發明的優選實施例中，燃燒器包括至少一個端部封閉器件，其包括將饋通氣密連接到放電容器的至少一個連接裝置。
端部封閉器件利用至少一個涂層和至少一個密封劑而氣密連接到放電容器上。
已經發現，在端部封閉器件饋通-開口的外部橫截面大于或等于端部封閉器件饋通-開口的內部橫截面時，可以減少或避免由涂層、放電容器和端部封閉部件之間的密封和/或連接裝置中的裂隙或裂紋產生的腐蝕問題。這種饋通-開口幾何形狀實現了位于面對放電容器的端部封閉部件的最內部饋通-開口截面上的端部封閉器件內的饋通的氣密連接。
端部封閉部件饋通入口橫截面優選設計成大于端部封閉部件饋通出口橫截面。此外，所述橫截面優選地具有相同幾何形狀。饋通橫截面沿著燃燒器的主對稱軸變化。饋通開口橫截面越接近于放電腔，則越小。則連接裝置可以理想地直接位于饋通出口上。
該開口優選是饋通開口。通過經饋通開口填充放電容器，然后氣密封閉饋通開口，由連接工藝產生的熱影響低于由將端部封閉器件封閉到放電容器的端部開口上的可比封閉工藝產生的熱影響。實際上，封閉饋通開口要求局部和非常快速地加熱。此外，由于氣密連接工藝的相對高速和局部實施，用于改進放電容器和端部封閉器件之間的粘接的涂層將不會受到損傷。
根據本發明，裂隙是氣密密封的饋通與其中設置和密封所述饋通的部件之間的空間。裂隙的另一定義是在饋通設置到所述饋通開口中和氣密密封之后的饋通開口的剩余空間。更精確地說，裂隙是從饋通開口體積減去饋通部件體積的剩余體積。實際上，在已經進行了饋通連接工藝之后，還從饋通開口體積減去連接裝置的體積。
根據本發明的端部封閉部件的外部形式優選具有軟木塞、圓盤、塞子或端冒的形狀。
端部封閉部件具有適于放電容器的端部中的形狀。所述形狀取決于安裝端部封閉部件的位置。端部封閉部件可以插入端部的端部開口中。在這種情況下，端部封閉部件可以具有塞子形狀。端部封閉部件可以設置成使其接觸端部開口外端部。在這種情況下，端部封閉部件可以具有圓盤或端冒的形狀。優選地，端冒可以至少部分地包圍端部開口外端部。實際上，端部封閉部件可以有利地部分地位于所述端部開口內部并部分地位于其外部。在這種情況下，端部封閉部件可以具有木塞形狀。
端部封閉器件材料應該具有與放電容器之一的膨脹系數匹配的膨脹系數，從而在密封工藝和后來燃燒器工作時的熱循環期間不產生應力或裂紋。這樣，該端部封閉器件、優選端部封閉部件和/或連接裝置由金屬、優選由Mo，由涂覆金屬、優選用Mo或Al2O3涂覆的Ta，由金屬合金、優選金屬間合金如Mo3Al，由金屬陶瓷、和/或陶瓷、優選Al2O3構成。
穿過饋通開口的端部封閉部件橫截面可以具有任何合適的形狀；優選所述橫截面具有圓錐、拋物線、雙曲線、橢圓形、半圓形、Y形外形、O形外形、T形外形或X形外形等外形。
將端部封閉部件連接到涂層的密封劑是包括金屬、金屬合金和/或陶瓷的材料。
端部封閉器件可以由金屬陶瓷材料構成，優選是功能性分級的材料。根據本發明使用的合適的金屬陶瓷材料具有至少化合物A和B的基本連續梯度，由此由于材料化合物B的濃度減小，而材料化合物A的濃度基本上以相同程度增加。濃度梯度可以優選用任何線性或非線性函數來表述。
包括至少化合物A和B的梯度的金屬陶瓷材料的特征在于它具有外層，在該外層中，材料化合物A和B的濃度是恒定的。
所述層可以具有0-500μm的厚度，優選為0-50μm，最優選0-5μm。
化合物A可以是Al2O3，化合物B可以是Mo。其它化合物可以按照同級或不同級的方式附加地混合到A和B中。
在本發明的優選實施例中，氣密高壓燃燒器包括至少一個具有至少一個饋通的所述端部封閉部件。
優選地，部分地用至少一層涂覆的氣密高壓燃燒器包括具有至少一個饋通的至少一個端部封閉部件，優選端部封閉部件具有至少一個貫穿的饋通開口，由此饋通開口的橫截面面積在端部封閉部件的縱向變化。
本發明的另一方案是提供一種包括所述氣密高壓燃燒器的燈。包括所述燃燒器的燈優選設置在頭燈中。這種頭燈優選用在汽車部分中，尤其上汽車工業中，但并不僅限于這個用途。
本發明的又一方案提供一種制造氣密高壓燃燒器的方法，該氣密高壓燃燒器包括至少一個端部封閉器件、至少兩個饋通部件、和具有至少一個端部開口的至少一個部分地涂覆的放電容器，由此所述方法包括以下步驟
i)經至少一個開口用可電離填充物填充所述放電容器；和ii)通過在其中設置饋通而封閉所述開口，接著將所述饋通氣密連接到端部封閉器件和/或放電容器上，由此獲得氣密高壓燃燒器。
通過參照下面所述的實施例使本發明的這些和其它方案更容易理解和闡述。
圖1表示具有一系列涂層的氣密高壓燃燒器的縱向剖面圖。
圖2表示具有兩個系列涂層的高壓氣密燃燒器的縱向剖面圖。
圖3表示氣密連接到端部的涂覆端塞的詳細縱向剖面圖。
圖1表示具有管形端部2和放電腔3并用涂層4涂覆的放電容器1。涂層4覆蓋所述管形端部2的表面。所述涂層4位于放電容器1和密封劑5之間。為了獲得氣密高壓燃燒器6，所述放電容器1被端部封閉器件7和饋通8封閉。通過所述密封劑5和所述涂層4氣密連接到放電容器1的端部封閉器件7包括具有饋通開口的端部封閉部件9，在所述饋通開口中設置所述饋通8。所述饋通8通過連接裝置10氣密連接到端部封閉部件9上。
圖2表示類似于前面在圖1中所述的放電容器的放電容器1。根據圖2的放電容器1具有第一涂層4a和一個附加第二涂層4b。附加第二涂層4b位于端部封閉器件7的端部封閉部件9和密封劑5之間。
圖3表示端部封閉部件9，更精確地說是氣密連接到氣密高壓燃燒器的放電容器1的具有端部開口的端塞。具有電極的饋通8設置在端塞的端部開口中，并通過密封劑5氣密密封到所述端塞上。端塞由金屬陶瓷制成，優選地由功能性分級的金屬陶瓷構成。在其外表面上，面向放電容器1，用第一陶瓷涂層4a涂覆端塞，以便提高其與所述陶瓷放電容器1的粘接性。在其內表面上，面向密封劑5，用第二金屬涂層4b涂覆端塞，以便提高其與所述金屬密封劑5的粘接性。
參考標記列表1、放電容器2、端部3、放電腔4、涂層4a、第一涂層4b、第二涂層5、密封劑6、氣密高壓燃燒器7、端部封閉器件8、饋通9、端部封閉部件10、連接裝置。
權利要求
1.一種具有至少一個端部(2)和放電腔(3)的放電容器(1)，其特征在于至少一個涂層(4)位于并氣密連接在所述放電容器(1)的端部(2)與密封劑(5)之間和/或密封劑(5)與端部封閉部件(9)之間。
2.根據權利要求1的放電容器(1)，其特征在于涂層(4)與放電容器(1)、與密封劑(5)和/或與端部封閉部件(9)的氣密連接性比所述密封劑(5)與所述端部封閉部件(9)和/或放電容器(1)的直接氣密連接性更強。
3.根據權利要求1-2的放電容器(1)，其特征在于涂層(4)具有在4·10-6K-1到12·10-6K-1之間范圍內的膨脹系數。
4.根據權利要求1-3的放電容器(1)，其特征在于涂層(4)對于氧化物和碘化物是化學耐腐蝕的。
5.根據權利要求1-4的放電容器(1)，其特征在于涂層(4)是從包括至少W、Mo、和/或Pt的組中選擇的材料。
6.根據權利要求1-5的放電容器(1)，其特征在于涂層(4)至少覆蓋端部封閉器件(7)的放電容器(1)的端部(2)。
7.一種具有涂層(4)的氣密高壓燃燒器(6)，包括至少一個根據權利要求1-6的放電容器(1)和至少一個端部封閉器件(7)和至少一個饋通(8)。
8.根據權利要求7的氣密高壓燃燒器(6)，包括具有至少一個饋通(8)的至少一個端部封閉部件(9)，優選端部封閉部件(9)具有至少一個貫穿的饋通開口，由此饋通開口橫截面沿著端部封閉部件(9)的縱軸變化。
9.一種燈，包括根據權利要求7或8的至少一個氣密高壓燃燒器，由此該燈優選設置在汽車頭燈單元中。
10.一種制造根據權利要求7或8的氣密高壓燃燒器(6)的方法，該氣密高壓燃燒器(6)包括a)至少一個端部封閉部件(9)b)至少兩個饋通部件(8)，c)至少一個連接裝置(10)，d)至少一個密封劑(5)，和e)具有涂層(4)的至少一個放電容器(1)，由此所述制造方法包括以下步驟i)經至少一個饋通開口用可電離填充物填充所述放電容器(1)；和ii)通過在所述開口中設置饋通(8)而封閉所述饋通開口，接著利用連接裝置將所述饋通(8)氣密連接到端部封閉器件(7)和/或放電容器(1)上，由此獲得氣密高壓燃燒器(6)。
全文摘要
本發明涉及一種具有至少一個端部(2)和放電腔(3)的放電容器(1)，由此用涂層(4)至少部分地涂覆放電容器(1)，并由此將涂層氣密連接到放電容器(1)、密封劑(5)和/或端部封閉部件(9)的氣密連接性比將所述密封劑(5)直接氣密連接到所述端部封閉部件(9)和/或放電容器(1)上的氣密連接性更強。
文檔編號H01J9/26GK1830061SQ200380104026
公開日2006年9月6日 申請日期2003年11月18日 優先權日2002年11月25日
發明者J·-S·斯特拉特曼斯, N·G·T·范根尼普, S·尼達姆, C·維詹伯格 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司