AT4408U1

AT4408U1 - Verfahren zur herstellung einer elektrischen lampe

Info

Publication number: AT4408U1
Application number: AT0036300U
Authority: AT
Inventors: Gerhard Dr Leichtfried; Bernhard Retter; Manfred Sulik
Original assignee: Plansee Ag
Priority date: 2000-05-18
Filing date: 2000-05-18
Publication date: 2001-06-25
Also published as: EP1156505B1; DE50114832D1; JP4782307B2; US20020008477A1; JP2002033079A; US6753650B2; EP1156505A1; KR100859235B1; KR20010105247A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Lampe mit einem gläsernen Lampenkolben sowie einer im Lampenkolben eingequetschten Folie aus Molybdän oder einer dotierten Molybdänlegierung.Erfindungsgemäß wird dazu eine Roh-Folie derart nachbehandelt, dass deren Oberfläche zu mindestens 5 Flächenanteile und maximal 80 Flächenanteile aus einer Vielzahl von im Wesentlichen nicht zusammenhängenden, inselartigen Bereiche von festhaftenden Stoffagglomeraten aus Mo, Ti, Si oder aus einem Oxid, Mischoxid und/oder einer oxidischen Verbindung mit einem Dampfdruck von jeweils weniger als 10 mbar bei 2.000o C, entsteht. Damit wird die Haftfestigkeit zwischen nachbehandelter Folie und Glas und damit auch das Standzeitverhalten der Lampe deutlich verbessert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Lampe mit einem Lampenkolben aus Si02 oder einem hoch Si02-haltigen Glas sowie einer Stromzuführung, welche eine im Lampenkolben eingequetschte Folie aus Molybdän oder einer dotierten Molybdänlegierung umfasst.

Bei elektrischen Lampen mit einem Lampenkolben aus Glas muss der für den Betrieb der Lampe benötigte Strom über spezielle Stromzuführungen in das Innere des Lampenkolbens geführt werden. Vor allem bei Lampen mit einem Lampenkolben aus Kiesel- oder einem hoch Si02-hältigen Glas, wie z. B. bei Halogenglühlampen, Halogen-Metalldampflampen, Quecksilberdampf- Hochdrucklampen oder Xenon-Hochdrucklampen, besteht eine derartige Stromzuführung aus einem in das Glas eintretenden äusseren Stromleiter aus einer im Glas vakuumdicht eingequetschten bzw. eingeschmolzenen Molybdänfolie sowie aus einem inneren Stromleiter (z. B. Haltedraht, Filament, Elektrode).

Um trotz der stark unterschiedlichen, thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Speziellen von Kieselglas oder hoch Si02-haltigen Gläsern und Molybdän eine vakuumdichte Einquetschung bzw. Einschmelzung der Molybdänfolie im Glas zu erreichen, ist die Folie sehr dünn (typischerweise 15-50 m) mit einem hohen Breiten zu Stärkenverhältnis (typischerweise > 50) ausgeführt und besitzt messerschneidförmig zulaufende Seitenkanten.

An diese dünne Molybdänfolie müssen der wesentlich dickere äussere und innere Stromleiter angeschweisst werden, wobei der innere Stromleiter vielfach aus Wolfram besteht. Dies ist insbesondere bei Stromleitern aus Wolfram mit sehr hohen Schweisstemperaturen verbunden, was zu einer Versprödung und in weiterer Folge zum Bruch der Molybdänfolie führen kann. Folienrisse können auch beim Einquetsch- bzw. Einschmelzvorgang auftreten, zum einen verursacht durch die Relativbewegung zwischen dem Glas und der Folie, zum anderen durch einen Aufbau von Zugspannungen während des Abkühlprozesses, bei Temperaturen, die unter der Entspannungstemperatur des Glases liegen.

Um die mechanische Festigkeit der Molybdänfolie zu verbessern hat es sich bewährt, anstelle von reinem Molybdän dotierte Molybdänlegierungen zu verwenden.

In der DE-C-2947 230 wird eine Molybdänfolie beschrieben, in der 0,25 bis 1 % Yttriumoxidteilchen dispergiert sind, mit dem Vorteil, dass diese Folie ein besseres Schweissverhalten aufweist und durch den Wärmeeintrag während des Schweissens weniger versprödet. Ein wichtiger Grund für die obere 1 %-Grenze ist die Erkenntnis, dass Folien mit höheren Dispersoidgehalten nur beschränkt umformbar sind und eine zu hohe Folienfestigkeit ergibt, was den Spannungsabbau im

Lampensockelbereich während des Abkühlprozesses beim Einquetschprozess negativ beeinflusst und zu Rissen im Quarzglas führen kann.

In der EP-B-0 275 580 wird eine Molybdänlegierung speziell für Einschmelzdrähte beschrieben mit 0,01-2 Gew.% Y203 und 0,01-0,8 Gew. % Molybdänborid, welche im Vergleich zu Einschmelzdrähten aus einer K-Si-dotierten Molybdänlegierung verbesserte Rekristallisations- und Herstelleigenschaften aufweist.

Neben den mechanischen Eigenschaften der Molybdänfolie ist aber auch eine Verbesserung des Standzeitverhaltens von grosser Wichtigkeit. Dieses wird zum einen von der Oxidationsbeständigkeit der Molybdänfolie, zum anderen durch die Haftfestigkeit zwischen der Molybdänfolie und dem Kiesel- bzw. hoch Si02-haltigen-Glas bestimmt.

Die EP-B-0 691 673 beschreibt eine bandförmige Stromzuführung auf Molybdän- Yttriumoxidbasis, die zusätzlich 0,03-1 Gew. % Ceroxid enthält mit einem Verhältnis Ceroxid zu Yttriumoxid von 0,1 bis 1. Eine Folie mit dieser Zusammensetzung weist im Vergleich zu einer mit Yttriumoxid dotierten Folie ein deutlich verbessertes Oxidationsverhalten auf.

Gemeinsam zeigen alle mit Yttriumoxid dotierten Molybdän-Werkstoffe eine verbesserte Folienhaftung, die unter anderem auf eine oberflächliche Reaktion zwischen Y203 und Si02 unter Bildung eines Yttriumsilikates zurückgeführt werden kann.

Eine verbesserte Oxidationsbeständigkeit kann auch durch eine metallische Umhüllung der Molybdänfolie mit Ta, Nb, V, Cr, Zr, Ti, Y, La, Sc und Hf entsprechend der DE-C-3006846 erreicht werden, wobei jedoch die Anbindung der oben genannten Metalle zu Si02 eine sehr schlechte ist, so dass diese Umhüllungen mit Ausnahme von Cr-Schichten in der Praxis keinen Eingang gefunden haben.

Eine besondere Ausbildung von oxidationsbeständigen Schichten aus Chrom, Nickel, Nickel-Chromlegierungen oder Molybdänsilizid ist in der DE-B- 21 52 349 beschrieben.

In der EP-B-0 309 749 ist eine Einschmelzung zwischen Molybdän und einem glasartigen Material beschrieben, wobei der Teil des Molybdäns, der der oxidierenden Umgebung ausgesetzt ist, mit Alkalimetallsilikat überzogen ist. Dadurch wird jedoch nicht die Verbindung zwischen dem Molybdän und dem Glas günstig beeinflusst. Für den aussenseitigen Oxidationsschutz sind auch Molybdännitridschichten entsprechend der EP-A-0 573 114, Phosphidschichten entsprechend der EP-B-0 551 939, oder Si02-Schichten entsprechend der DE-A-2058213 bekannt geworden.

Es wurde auch versucht, eine Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit durch lonenimplantieren entsprechend der US 5021711zu erreichen. Dieser Prozess ist jedoch sehr aufwendig und führt zu keiner Verbesserung der Mo/Si02-Haftung.

In der DE-A-19603300 ist eine Molybdänfolie beschrieben, welche mit 0,01-1 Gew. % alkali- und erdalkalireichen Silikaten und/oder Aluminaten und/oder Boraten von einem oder mehreren Elementen aus den Gruppen 3b und/oder 4b des Periodensystems, dotiert ist. Durch diese Dotierung wird das Auftreten von Rissen in der Quetschdichtung, bedingt durch die hohen mechanischen Spannungen im Molybdän-Quarzglasverbund, verhindert. Eine Verbesserung der Folienhaftung im Vergleich zu Folien, welche mit Y203 oder Y-Mischoxid dotiert sind, wird damit jedoch nicht erreicht.

Es wurde zudem auch versucht, die Si02/Mo-Haftung durch ein Aufrauen der Folie beispielsweise durch Sandstrahlen entsprechend der EP-A-0 871 202 zu verbessern. Dieser Prozess ist jedoch sehr aufwendig und führt zum Einbau von inneren Spannungen in der Molybdän-Folie.

Insgesamt ist festzustellen, dass am weitesten verbreitet für eingequetschte Stromzuführungen in der Lampenindustrie Molybdänfolien sind, die mit Y203 oder Y-Mischoxid dotiert sind. Im Falle thermisch sehr hoch belasteter Lampen, wie z. B. bei sehr kompakten Halogen-Metalldampflampen, reicht jedoch bei diesen Stromzuführungen die Mo/Si02-Haftung vielfach nicht aus.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Lampe mit einem gläsernen Lampenkolben sowie einer eingequetschten Stromzuführung aus einer Folie aus Molybdän oder einer dotierten Molybdänlegierung zu schaffen, bei dem die vorstehend beschriebenen Nachteile weitgehend vermieden werden.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass eine nach üblichen sintermetallurgischen und Umform-Verfahren hergestellte Rohfolie vor dem Einquetschen im Glaskolben derart nachbehandelt wird, dass auf 5 bis 60 Flächenanteilen der Folienoberfläche im Wesentlichen nicht zusammenhängende inselartige Bereiche von Stoffagglomeraten mit von der Rohfolie verschiedener Oberflächenstruktur und/oder Werkstoffzusammensetzung aus Molybdän bzw. aus dessen Legierungen, aus Titan, aus Silizium oder aus einem Oxid, einem Mischoxid und/oder einer oxidischen Verbindung mit einem Dampfdruck von jeweils weniger als 10 mbar bei 2.000 C entstehen.

Auf diese Art und Weise wird erreicht, dass beim Einquetsch- bzw.

Einschmelzvorgang eine grosse Oberfläche vorliegt, wodurch die Haftfestigkeit zwischen der Folie und dem Glas und damit auch das Standzeitverhalten der Lampe deutlich verbessert wird. Die Folienhaftung ist auch dann noch völlig überraschend verbessert, wenn die auf der Folie vor dem Einschmelzvorgang vorhandenen Stoffagglomerate beim Einquetsch- bzw. Einschmelzvorgang teilweise oder vollständig im Kieselglas oder hoch Si02-hältigen Glas gelöst werden.

Als Material für die Stoffagglomerate kommen Oxide wie A1203, zrO2 Y203 Ti02, Silikate, Aluminate, aber auch Mo, Ti, Si oder deren Legierungen in Frage.

Besonders bewährt hat es sich, wenn eine Folie verwendet wird, deren Oberfläche zu mindestens 5 Flächenanteilen bis maximal 40 Flächenanteilen aus nicht zusammenhängenden Stoffagglomeraten besteht.

Die mittlere Grösse der einzelnen Stoffagglomerate liegt vorteilhafterweise unter 5 um liegen.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hat es sich bewährt, wenn eine Folie verwendet wird, deren Stoffagglomerate aus Titanoxid oder Titanmischoxid bestehen.

Für die Bildung der nicht zusammenhängenden Stoffagglomerate hat sich das Aufbringen eines Schlickers oder die Abscheidung aus der Gasphase bewährt, gefolgt von einer Glühbehandlung bei einer Temperatur zwischen 500 C und 1.400 C. Dadurch wird auf einfache Weise die Aufbringung von Stoffagglomeraten mit für die weitere Verarbeitung ausreichender Haftfestigkeit erreicht.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Herstellungsbeispielen und durch Vergleichsmessungen näher erläutert.

Beispiel 1 500 g Yttriumoxidpulver der Reinheit 99,5 % mit einer mittleren Korngrösse der Primärteilchen von 230 nm wurden in 50 g Nitrozellulose und 750 ml Lösungsmittel auf Alkoholbasis dispergiert. Der so hergestellte Schlicker wurde mittels Tauchtechnik auf eine gebeizte Molybdän-Folie der Dimension 2,5 mm x 0,025 mm aufgebracht. Dieser wurde danach im Durchlauf bei einer Temperatur von 1200 C in trockenem Wasserstoff geglüht. Der Flächenanteil Y203 betrug 12 %, bei einer mittleren Y203-Agglomeratgrösse von 1,5 (am.

Beispiel 2 Ein Schlicker bestehend aus 350 g Titansilikatpulver der Reinheit 99,7 % mit einer mittleren Korngrösse der Primärteilchen von 630 nm, 50 g Nitrozellulose und 750 ml Lösungsmittel auf Alkoholbasis wurde wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt und auf eine gebeizte Mo-Y-Mischoxid-Folie der Dimension 2,5 mm x 0,025 mm (Y203 Gehalt: 0,48 Gew. %, Ce20s Gehalt 0,07 Gew. %) aufgebracht.

Diese wurde danach im Durchlauf bei einer Temperatur von 1200 C in trockenem Wasserstoff geglüht. Die Folienoberfläche wurde durch REM/Bildanalyse charakterisiert, wobei der Flächenanteil an Titansilikatteilchen 17 % betrug, bei einer mittleren Titansilikat-Agglomeratgrösse von 1,1 m

Beispiel 3 Ein Schlicker bestehend aus 400 g Yttriumsilikatpulver der Reinheit 99,2 % mit einer mittleren Korngrösse der Primärteilchen von 840 nm, 50 g Nitrozellulose und 750 ml Lösungsmittel auf Alkoholbasis wurde wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt und auf eine gebeizte Mo-Y-Mischoxid-Folie der Dimension 2,5 mm x 0,025 mm (Y203 Gehalt: 0,48 Gew. %, Ce203 Gehalt 0,07 Gew. %) aufgebracht. Diese wurde danach im Durchlauf bei einer Temperatur von 1200 C in trockenem Wasserstoff geglüht.

Der Flächenanteil der Yttriumsilikat-Teilchen betrug 29 %, bei einer mittleren Yttriumsilikat-Agglomeratgrösse von 3,2 m.

Beispiel 4 Ein Schlicker bestehend aus 250 g Siliziumpulver der Reinheit 99,9 % mit einer mittleren Korngrösse der Primärteilchen von 210 nm, 50 g Nitrozellulose und 750 ml Lösungsmittel auf Alkoholbasis wurde wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt und auf eine gebeizte Mo-Y-Mischoxid-Folie der Dimension 2,5 mm x 0,025 mm (Y203 Gehalt: 0,48 Gew.%, Ce203 Gehalt 0,07 Gew. %) aufgebracht. Diese wurde danach im Durchlauf bei einer Temperatur von 950 C in trockenem Wasserstoff geglüht. Der Flächenanteil der Si/MoSi2-Teilchen betrug 13 %, bei einer mittleren Si/MoSi2 Agglomeratgrösse von 2,3 m.

Beispiel 5 Ein Schlicker bestehend aus 1.000 g Molybdänpulver der Reinheit 99,98 % mit einer mittleren Korngrösse der Primärteilchen von 1,5 m 50 g Nitrozellulose und 750 ml Lösungsmittel auf Alkoholbasis wurde wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt und auf eine Mo-Y-Folie (Y203 Gehalt: 0,48 Gew. %, Ce203 Gehalt 0,07 Gew. %) der Dimension 2,5 mm x 0,025 mm, deren Seitenkanten durch mechanische Verformung messerschneidkantenartig ausgeformt wurden (Kantenwinkel 25 ), aufgebracht.

Diese wurde danach im Durchlauf bei einer Temperatur von 1.400 C in trockenem Wasserstoff geglüht. Der Flächenanteil der Mo-Teilchen betrug ca. 50 % bei einer mittleren Mo-Agglomeratgrösse von 2,9 m.

Aus den erfindungsgemässen Folien nach den Beispielen 1 bis 5 wurden auf übliche Weise jeweils 20 MR 16 Halogenlampen gefertigt. Für Vergleichszwecke wurden standardmässig gebeizte Mo-Y-Mischoxidfolien wie sie auch zur Herstellung der beschichteten Folien entsprechend den Beispielen 2 bis 4 verwendet wurden in unbeschichtetem Zustand zur Herstellung von 20 MR 16 Halogenlampen verwendet.

Jeweils 10 Lampen wurden unter üblichen Betriebsbedingungen bei einer Sockeltemperatur von 400 C, die restlichen 10 Lampen unter erschwerten Betriebsbedingungen mit einer Sockeltemperatur von 450 C, bis zu ihrem Ausfall betrieben.

Die erreichten Standzeiten sind in Tabelle 1 wiedergegeben.

Aus der Tabelle ist klar ersichtlich, dass die erfindungsgemässen Lampen mit den beschichteten Molybdänfolien im Vergleich zu den Lampen nach dem Stand der Technik mit den unbeschichteten Molybdänfolien eine um bis zu 35 % erhöhte Standzeit aufweisen.

Tabelle 1
EMI11.1

<tb> Folie <SEP> Standzeit* <SEP> bei <SEP> 400 C <SEP> Standzeit* <SEP> bei <SEP> 450 C
<tb>
<tb>
<tb> Sockeltemperatur <SEP> Sockeltemperatur
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> h <SEP> h
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Mo-0, <SEP> 48 <SEP> Gew. <SEP> % <SEP> Y203 <SEP> 760 <SEP> 380
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,07 <SEP> Gew.% <SEP> Ce203
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> emäss <SEP> Beispiel <SEP> 1 <SEP> 980 <SEP> 510
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> emäss <SEP> Beispiel <SEP> 2 <SEP> 990 <SEP> 500
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> emäss <SEP> Beispiel <SEP> 3 <SEP> 1. <SEP> 010 <SEP> 490
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> emäss <SEP> Beispiel <SEP> 4 <SEP> 820 <SEP> 450
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> emäss <SEP> Beispiel <SEP> 5 <SEP> 790 <SEP> 440
<tb>
* Mittelwert aus 10 Messungen

Claims

Ansprüche 1. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Lampe mit einem Lampenkolben aus Si02 oder einem hoch Si02-haltigen Glas und einer Stromzuführung, welche eine im Lampenkolben eingequetschte Folie aus Molybdän oder einer dotierten Molybdänlegierung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine nach üblichen sintermetallurgischen und Umform-Verfahren hergestellte Rohfolie vor dem Einquetschen im Glaskolben derart nachbehandelt wird, dass auf 5 bis 60 Flächenanteilen der Folienoberfläche im Wesentlichen nicht zusammenhängende, inselartige Bereiche von Stoffagglomeraten mit von der Rohfolie verschiedener Oberflächenstruktur und/oder Werkstoffzusammensetzung, aus Molybdän bzw.

aus dessen Legierungen, aus Titan, aus Silizium oder aus einem Oxid, einem Mischoxid und/oder einer oxidischen Verbindung mit einem Dampfdruck von jeweils weniger als 10 mbar bei 2.000 C entstehen.
2. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einquetschen eine Folie verwendet wird, deren Oberfläche zu mindestens 5 Flächenanteilen bis maximal 20 Flächenanteilen aus nicht zusammenhängenden Stoffagglomeraten besteht.
3. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einquetschen eine Folie verwendet wird, bei der die mittlere Grösse der einzelnen Stoffagglomerate weniger als 5 um beträgt. <Desc/Clms Page number 13>
4. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoffagglomerate aus Yttriumoxid oder Yttrium-Mischoxid bestehen.
5. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einquetschen eine Folie verwendet wird, bei der die nicht zusammenhängenden Stoffagglomerate durch Aufbringen eines Schlickers oder Abscheidung aus der Gasphase und anschliessendes Glühen bei einer Temperatur zwischen 500 C und 1.400 C ausgebildet werden.
6. Molybdänfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in nachbehandelter Ausführung zur Verwendung in elektrischen Lampen.