陶瓷弧光管组件及一种陶瓷弧光管的制造方法

技术领域

本发明涉及陶瓷弧光管，特别是涉及陶瓷弧光管组件及制造这种陶 瓷弧光管组件的方法。

发明背景技术

多年来，由诸如多晶体氧化铝等材料构成的陶瓷弧光管一直用于抑 制高压钠灯的放电，这种情况导致许多用于钠灯的弧光管的构造被开发 出来。例如，美国专利No.4,766,347描述了一种三部件的弧光管的构 造，其中该弧光管包括一个带有管状闭合件的陶瓷主体，该用来容纳电 极的闭合件直接密封于该陶瓷主体的两端内。在另外一个例子中，美国 专利No.5,426,343描述了一种三部件的弧光管的构造，该构造中使用 了端部密封环扣，它具有一个一体的伸长的电极接纳元件。

最近，陶瓷弧光管也应用于金属卤素灯。例如，美国专利No.5,424, 609描述了一种用于金属卤素灯的五部件陶瓷弧光管的构造。这种五部 件陶瓷弧光管包括一个圆筒状的主体、一对端密封环扣和一对密封在环 扣上的毛细管。这些陶瓷弧光管的制造需要对单个部件进行挤压，还要 进行多次组装和热处理，这些步骤导致操作增加，进而提高了制造成本。

发明概要

本发明的目的之一是消除现有技术的缺点。

本发明的另一个目的是提供一种陶瓷弧光管组件，它方便并简化了 陶瓷弧光管的制造。

本发明的另一个目的是提供一种陶瓷弧光管的制造方法，它可以减 少制造过程中处理和烧结的工序数。

依据本发明的一个目的，本发明提供了一种陶瓷弧光管组件，它具 有一个中空的主体，该主体具有至少一个包括了端盖的开口端，端盖上 有一个毛细管和一个过渡组装环扣，毛细管从中空的主体向外伸出，并 具有插入到开口端的一定长度而与中空的主体形成密封，过渡组装环扣 环绕毛细管固定并与开口端的一个边接触，过渡组装环扣和开口端的边 缘的相互作用决定了毛细管插入开口端的长度，过渡组装环扣可以从毛 细管上拆除而不会对弧光管组件造成损害。

依据本发明的另一个目的，本发明提出了一种制造陶瓷弧光管的方 法，其步骤包括：

(a)环绕一毛细管固定一个过渡组装环扣以形成一个端盖；

(b)将该端盖插入到一个中空弧光管主体的一个开口端，直到过渡 组装环扣接触到开口端的一个边；

(c)加热该组件从而在毛细管和中空主体的开口端之间形成一个机 械密封；

(d)将过渡组装环扣拆除而不损害该组件；

(e)烧结该组件以形成陶瓷弧光管。

附图简要说明

图1是一个三部件陶瓷弧光管组件的一端盖的剖面图。

图2是一个三部件陶瓷弧光管组件的剖面图。

图3是一个完成的三部件陶瓷弧光管的剖面图。

图4是一个五部件陶瓷弧光管组件的一端盖的剖面图。

图5是一个五部件陶瓷弧光管组件的剖面图。

图6是一个完成的五部件陶瓷弧光管的剖面图。

图7是一个五部件陶瓷弧光管组件另外一个实施例的剖面图。

图8示出了一个带凹槽的过渡组装环扣。

图9示出了一个带槽口的过渡组装环扣的说明图。

优选实施例说明

为了更好地理解本发明以及其他和进一步的目的、优点和性能等， 可以结合上述附图参考以下披露的内容和附加权利要求。

本发明的陶瓷弧光管组件及其制造方法通过减少操作和热处理工序 的数量从而简化了陶瓷弧光管的制造，这些工序是在最终的烧结过程前 将弧光管组装起来所需要的。在一个实施例中，陶瓷弧光管组件包含有 一个中空弧光管主体，该主体具有至少一个包括了端盖的开口端。端盖 包括一个过渡组装环扣和一个用来容纳电极的毛细管。过渡组装环扣通 过初期的热处理环绕毛细管固定，热处理使环扣收缩后压在毛细管上。 当这些部件被组装时，过渡组装环扣与开口端的边缘相互作用限制了端 盖进入弧光管主体内。这种相互作用确定了毛细管插入弧光管主体的长 度。在这些部件组装结束后，端盖在第二次热处理工序中被连接到弧光 管主体上，该工序将端盖机械地密封在弧光管主体上。随后将过渡组装 环扣拆除并在最终的烧结工序中对组装过的弧光管进行烧结，完成的弧 光管就制造出来了。

在另一个实施例中，毛细管具有一个辐射状延伸的密封件，该密封 件插入弧光管主体的开口端并密封与其中。密封件可以包括一个单独零 件，它在初期的热处理工序与过渡组装环扣一起连接到毛细管，密封件 也可以是一个一体部件。过渡组装环扣最好是具有环形盘的形状，毛细 管通过它插入中央孔径中。但是，其他形状的过渡组装环扣也同样有效， 只要它可以在最终的烧结程序之前被拆除而并不对弧光管组件造成损害 就可以。

当弧光管的两端都需要端盖来密封时，使用过渡组装环扣就特别有 利，因为它允许在一个垂直方向上对弧光管组件的两端同时进行密封。 这就简化了组装过程，因为它不需要用两个不同的温度下的两个连续的 热处理程序来将主体部分的每端都与一个端盖密封在一起。

本发明提出的陶瓷弧光管组件最好由含有少量氧化镁的多晶体氧化 铝构成，在有些情况下可以含有少量氧化钇和氧化锆。这种材料在美国 专利No.5,682,082中有说明。如同本技术领域所知的，还可以包括的 其他的少量组分。在一个优选实施例中，弧光管组件(毛细管、过渡组 装环扣和密封件)的端盖由含有0.05重量百分比的氧化镁的贝科夫斯基 (Baikowski)等级CR-6氧化铝粉制成，且主体部分由含有0.05重量 百分比的氧化镁的贝科夫斯基等级CR-6或贝科夫斯基等级CR-30氧化铝 粉制成。陶瓷弧光管组件的部件可以用许多种传统的方式形成，例如挤 压法、冲压法或注模法。

弧光管组件各部件的相对位置在一个热处理步骤中固定，热处理的 温度等于或者低于大约1350℃。热处理导致各部件密度增加并收缩，从 而产生挤压力将各部件的位置固定。由于此热处理步骤的温度相对较 低，在部件之间不会产生交叉扩散或晶粒长大，从而不会使它们化学性 地粘结在一起。另外，在低于1350℃的温度下，过渡组装环扣仍保持相 当大的孔隙度，从而限制了它们的强度。这使过渡组装环扣可以非常容 易地从毛细管上拆下，并且不会损害弧光管组件。

图1到3说明了用本发明描述的方法制造一个三部件的陶瓷弧光管 的不同阶段。在图1中，将毛细管2放置到限定厚度为L的穿孔陶瓷板 5(如图中虚线所示)的孔眼中，形成一个由毛细管2和过渡组装环扣 11构成的端盖3。穿孔的陶瓷板5放在实心的陶瓷板10(图中也用虚线 表示)上，以防止毛细管完全从穿孔的陶瓷板中穿过。过渡组装环扣11 放在毛细管2上并由穿孔的陶瓷板5支撑。然后陶瓷板和受支撑的端盖 被移至炉中在空气中从大约1200℃加热到大约1250℃。这个初期的热处 理使过渡组装环扣11收缩并环绕毛细管固定。穿孔的陶瓷板的厚度L 要与将被插入到弧光管主体的毛细管2的长度相一致。

在附图2中，将一个端盖3a的毛细管2a穿过穿孔的陶瓷板5(如 图中虚线所示)的孔眼，毛细管2a伸出的一端延伸到陶瓷板和过渡组装 环扣11a的下面，由此制成一个弧光管组件。一个具有开口端7a、7b 的中空的椭圆形主体部分4被放置在端盖3a的毛细管部分之上。第二个 端盖3b插入到中空主体的相对端7b。每个端盖3a、3b的过渡组装环扣 11a、11b的外围17a、17b在组装之前必须要比开口端7a、7b的内径要 大。插入到中空主体的开口端7a、7b的毛细管2a、2b的长度由开口端 的边缘13a、13b和过渡组装环扣11a、11b之间的相互作用决定。优选 的情况是，组装之后过渡组装环扣11a、11b的外围17a、17b比开口端 7a、7b的外围19a、19b大一些，这样使拆除过渡组装环扣很方便。其 中优选的情况是，过渡组装环扣延伸超出开口端外围大约1mm。随后组 装过的部件在空气中从大约1250℃加热到大约1350℃，在此过程中主体 部分的密度充分增加，收缩靠在毛细管上，形成机械密封9a、9b和一个 完整的弧光管组件。

随后过渡组装环扣从毛细管上除去，并且不会损害弧光管组件。这 个组件可以在最终的烧结工序中水平烧结，也可以用优选的方法垂直烧 结，烧结的温度要高于大约1800℃，并要在含氢的空气中。优选方法是， 最终的烧结过程在百分之百氢气的环境中在大约1880℃的温度下加热 大约180分钟。完成后的弧光管在附图3中示出。最终的烧结工序与进 一步的收缩一起，在弧光管组件现有的机械密封处促进晶粒生长和互相 扩散。这些作用在烧结后的组件上形成真空且气密的密封接口9a’、 9b’。

图4到6示出了用本发明描述的方法制造一个五部件的陶瓷弧光管 的不同阶段。如图4所示，端盖23包含毛细管2、密封件25和过渡组 装环扣11。过渡组装环扣11的外围17伸展超出密封件25的外围21。 端盖部件组装在一个陶瓷板(图中未显示)上，并在空气中从大约1200 ℃加热到大约1250℃。在热处理过程中，密封件25和过渡组装环扣11 的密度充分增加，收缩靠在毛细管上，并施加一个挤压力使得各部件的 相对位置得以固定。

如图5中所示的弧光管组件，将端盖23a的毛细管2a穿过一个穿孔 的陶瓷板5(如图中虚线所示)的孔眼，毛细管2a伸出的一端延伸到陶 瓷板和支撑在陶瓷板上的过渡组装环扣11a的下面，由此制成此弧光管 组件。一个具有相对开口端27a、27b的圆柱形中空弧光管主体24放置 在端盖23a的密封件25a上。

第二个端盖23b插入到圆柱形主体部分的相对开口端27b。过渡组 装环扣11a、11b的外围17a、17b在组装之前必须要比圆柱形主体的开 口端27a、27b的内径要大。毛细管2a、2b的插入长度由开口端的边缘 33a、33b和过渡组装环扣11a、11b之间的相互作用决定。优选的情况 是，组装之后过渡组装环扣11a、11b的外围17a、17b延伸超出开口端 27a、27b的外径，这样使除去过渡组装环扣很方便。

随后弧光管组件在空气中从大约1250℃加热到大约1350℃，使得 圆柱形主体收缩靠在密封件25a、25b上，形成机械密封29a、29b。随 后过渡组装环扣从毛细管上除去，并对组件进行最后的烧结，形成一个 如图6所示完成的弧光管。

图7示出的是本发明的一个五部件弧光管组件的另一实施例，这个 五部件弧光管组件与图5所示的组件相似，不同之处在于底部的端盖23a 不是由过渡组装环扣制成。使用了过渡组装环扣11的端盖23b只插入到 中空主体24的上开口端27b中。毛细管2b的插入长度由过渡组装环扣 11和开口端的边缘33b之间的相互作用决定，而毛细管2a的插入长度 由穿孔陶瓷板5的表面(如图中虚线所示)和边缘33a之间的相互作用 决定。经过热处理程序将密封件25a、25b机械密封到开口端27a、27b 内，随后单一的过渡组装环扣从上毛细管2b处除去，形成一个完整的组 件。

在另一个实施例中，毛细管2在与过渡组装环扣11或密封件25结 合前需要进行一个热预处理。这个热预处理使毛细管的密度增加并导致 收缩，使得它们可以适合穿过过渡组装环扣或密封件的开口。预处理可 以在空气中从大约1250℃的温度加热到大约1350℃。

为了能更方便地除去过渡组装环扣，通常需要在环扣上开设凹槽或 槽口以进一步减小其强度。过渡组装环扣上的凹槽通常是开在环扣的一 个面上，深度从环扣厚度的50％到75％。凹槽可以通过在环扣上用研磨锯 床模压加工或者切割成一定形状制成。图8示出的是一个由一个带凹槽 的环形圆片构成的过渡组装环扣。凹槽58是沿着环扣51的一个直径方 向切割出来的。当使用带凹槽的过渡组装环扣时，在端盖组装过程中最 好把凹槽调整好方向使之在端盖插入后朝向弧光管主体的开口端。这种 方位使凹槽在去除过程中处于最大的张应力之下。

减少过渡组装环扣强度的第二种方法是在环扣上开设槽口。在附图9 显示的一个优选实施例中，槽口68延伸穿过环扣61的一半长度。在这 种情况下端盖上过渡组装环扣的方位并不重要。

对于更厚的过渡组装环扣，可以采用很多凹槽和槽口的组合方式来 实现方便地拆除。

虽然已经示出和说明了目前所考虑到的本发明的优选实施例，但显 然对于本领域的技术人员而言在不脱离所附权利要求所确定的本发明范 围的条件下，还可以进行许多的变型和修改。

相关申请的交叉引用

本申请要求申请日2/23/01的美国临时申请No.60/271,153的权 利。