專利名稱：陶瓷弧光管組件及一種陶瓷弧光管的制造方法
相關(guān)申請的交叉引用本申請要求申請日2/23/01的美國臨時申請No.60/271,153的權(quán)利。
最近，陶瓷弧光管也應(yīng)用于金屬鹵素?zé)?。例如，美國專利No.5,424,609描述了一種用于金屬鹵素?zé)舻奈宀考沾苫」夤艿臉?gòu)造。這種五部件陶瓷弧光管包括一個圓筒狀的主體、一對端密封環(huán)扣和一對密封在環(huán)扣上的毛細管。這些陶瓷弧光管的制造需要對單個部件進行擠壓，還要進行多次組裝和熱處理，這些步驟導(dǎo)致操作增加，進而提高了制造成本。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種陶瓷弧光管組件，它方便并簡化了陶瓷弧光管的制造。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種陶瓷弧光管的制造方法，它可以減少制造過程中處理和燒結(jié)的工序數(shù)。
依據(jù)本發(fā)明的一個目的，本發(fā)明提供了一種陶瓷弧光管組件，它具有一個中空的主體，該主體具有至少一個包括了端蓋的開口端，端蓋上有一個毛細管和一個過渡組裝環(huán)扣，毛細管從中空的主體向外伸出，并具有插入到開口端的一定長度而與中空的主體形成密封，過渡組裝環(huán)扣環(huán)繞毛細管固定并與開口端的一個邊接觸，過渡組裝環(huán)扣和開口端的邊緣的相互作用決定了毛細管插入開口端的長度，過渡組裝環(huán)扣可以從毛細管上拆除而不會對弧光管組件造成損害。
依據(jù)本發(fā)明的另一個目的，本發(fā)明提出了一種制造陶瓷弧光管的方法，其步驟包括(a)環(huán)繞一毛細管固定一個過渡組裝環(huán)扣以形成一個端蓋；(b)將該端蓋插入到一個中空弧光管主體的一個開口端，直到過渡組裝環(huán)扣接觸到開口端的一個邊；(c)加熱該組件從而在毛細管和中空主體的開口端之間形成一個機械密封；(d)將過渡組裝環(huán)扣拆除而不損害該組件；(e)燒結(jié)該組件以形成陶瓷弧光管。
圖2是一個三部件陶瓷弧光管組件的剖面圖。
圖3是一個完成的三部件陶瓷弧光管的剖面圖。
圖4是一個五部件陶瓷弧光管組件的一端蓋的剖面圖。
圖5是一個五部件陶瓷弧光管組件的剖面圖。
圖6是一個完成的五部件陶瓷弧光管的剖面圖。
圖7是一個五部件陶瓷弧光管組件另外一個實施例的剖面圖。
圖8示出了一個帶凹槽的過渡組裝環(huán)扣。
圖9示出了一個帶槽口的過渡組裝環(huán)扣的說明圖。
優(yōu)選實施例說明為了更好地理解本發(fā)明以及其他和進一步的目的、優(yōu)點和性能等，可以結(jié)合上述附圖參考以下披露的內(nèi)容和附加權(quán)利要求。
本發(fā)明的陶瓷弧光管組件及其制造方法通過減少操作和熱處理工序的數(shù)量從而簡化了陶瓷弧光管的制造，這些工序是在最終的燒結(jié)過程前將弧光管組裝起來所需要的。在一個實施例中，陶瓷弧光管組件包含有一個中空弧光管主體，該主體具有至少一個包括了端蓋的開口端。端蓋包括一個過渡組裝環(huán)扣和一個用來容納電極的毛細管。過渡組裝環(huán)扣通過初期的熱處理環(huán)繞毛細管固定，熱處理使環(huán)扣收縮后壓在毛細管上。當(dāng)這些部件被組裝時，過渡組裝環(huán)扣與開口端的邊緣相互作用限制了端蓋進入弧光管主體內(nèi)。這種相互作用確定了毛細管插入弧光管主體的長度。在這些部件組裝結(jié)束后，端蓋在第二次熱處理工序中被連接到弧光管主體上，該工序?qū)⒍松w機械地密封在弧光管主體上。隨后將過渡組裝環(huán)扣拆除并在最終的燒結(jié)工序中對組裝過的弧光管進行燒結(jié)，完成的弧光管就制造出來了。
在另一個實施例中，毛細管具有一個輻射狀延伸的密封件，該密封件插入弧光管主體的開口端并密封與其中。密封件可以包括一個單獨零件，它在初期的熱處理工序與過渡組裝環(huán)扣一起連接到毛細管，密封件也可以是一個一體部件。過渡組裝環(huán)扣最好是具有環(huán)形盤的形狀，毛細管通過它插入中央孔徑中。但是，其他形狀的過渡組裝環(huán)扣也同樣有效，只要它可以在最終的燒結(jié)程序之前被拆除而并不對弧光管組件造成損害就可以。
當(dāng)弧光管的兩端都需要端蓋來密封時，使用過渡組裝環(huán)扣就特別有利，因為它允許在一個垂直方向上對弧光管組件的兩端同時進行密封。這就簡化了組裝過程，因為它不需要用兩個不同的溫度下的兩個連續(xù)的熱處理程序來將主體部分的每端都與一個端蓋密封在一起。
本發(fā)明提出的陶瓷弧光管組件最好由含有少量氧化鎂的多晶體氧化鋁構(gòu)成，在有些情況下可以含有少量氧化釔和氧化鋯。這種材料在美國專利No.5,682,082中有說明。如同本技術(shù)領(lǐng)域所知的，還可以包括的其他的少量組分。在一個優(yōu)選實施例中，弧光管組件(毛細管、過渡組裝環(huán)扣和密封件)的端蓋由含有0.05重量百分比的氧化鎂的貝科夫斯基(Baikowski)等級CR-6氧化鋁粉制成，且主體部分由含有0.05重量百分比的氧化鎂的貝科夫斯基等級CR-6或貝科夫斯基等級CR-30氧化鋁粉制成。陶瓷弧光管組件的部件可以用許多種傳統(tǒng)的方式形成，例如擠壓法、沖壓法或注模法。
弧光管組件各部件的相對位置在一個熱處理步驟中固定，熱處理的溫度等于或者低于大約1350℃。熱處理導(dǎo)致各部件密度增加并收縮，從而產(chǎn)生擠壓力將各部件的位置固定。由于此熱處理步驟的溫度相對較低，在部件之間不會產(chǎn)生交叉擴散或晶粒長大，從而不會使它們化學(xué)性地粘結(jié)在一起。另外，在低于1350℃的溫度下，過渡組裝環(huán)扣仍保持相當(dāng)大的孔隙度，從而限制了它們的強度。這使過渡組裝環(huán)扣可以非常容易地從毛細管上拆下，并且不會損害弧光管組件。
圖1到3說明了用本發(fā)明描述的方法制造一個三部件的陶瓷弧光管的不同階段。在圖1中，將毛細管2放置到限定厚度為L的穿孔陶瓷板5(如圖中虛線所示)的孔眼中，形成一個由毛細管2和過渡組裝環(huán)扣11構(gòu)成的端蓋3。穿孔的陶瓷板5放在實心的陶瓷板10(圖中也用虛線表示)上，以防止毛細管完全從穿孔的陶瓷板中穿過。過渡組裝環(huán)扣11放在毛細管2上并由穿孔的陶瓷板5支撐。然后陶瓷板和受支撐的端蓋被移至爐中在空氣中從大約1200℃加熱到大約1250℃。這個初期的熱處理使過渡組裝環(huán)扣11收縮并環(huán)繞毛細管固定。穿孔的陶瓷板的厚度L要與將被插入到弧光管主體的毛細管2的長度相一致。
在附圖2中，將一個端蓋3a的毛細管2a穿過穿孔的陶瓷板5(如圖中虛線所示)的孔眼，毛細管2a伸出的一端延伸到陶瓷板和過渡組裝環(huán)扣11a的下面，由此制成一個弧光管組件。一個具有開口端7a、7b的中空的橢圓形主體部分4被放置在端蓋3a的毛細管部分之上。第二個端蓋3b插入到中空主體的相對端7b。每個端蓋3a、3b的過渡組裝環(huán)扣11a、11b的外圍17a、17b在組裝之前必須要比開口端7a、7b的內(nèi)徑要大。插入到中空主體的開口端7a、7b的毛細管2a、2b的長度由開口端的邊緣13a、13b和過渡組裝環(huán)扣11a、11b之間的相互作用決定。優(yōu)選的情況是，組裝之后過渡組裝環(huán)扣11a、11b的外圍17a、17b比開口端7a、7b的外圍19a、19b大一些，這樣使拆除過渡組裝環(huán)扣很方便。其中優(yōu)選的情況是，過渡組裝環(huán)扣延伸超出開口端外圍大約1mm。隨后組裝過的部件在空氣中從大約1250℃加熱到大約1350℃，在此過程中主體部分的密度充分增加，收縮靠在毛細管上，形成機械密封9a、9b和一個完整的弧光管組件。
隨后過渡組裝環(huán)扣從毛細管上除去，并且不會損害弧光管組件。這個組件可以在最終的燒結(jié)工序中水平燒結(jié)，也可以用優(yōu)選的方法垂直燒結(jié)，燒結(jié)的溫度要高于大約1800℃，并要在含氫的空氣中。優(yōu)選方法是，最終的燒結(jié)過程在百分之百氫氣的環(huán)境中在大約1880℃的溫度下加熱大約180分鐘。完成后的弧光管在附圖3中示出。最終的燒結(jié)工序與進一步的收縮一起，在弧光管組件現(xiàn)有的機械密封處促進晶粒生長和互相擴散。這些作用在燒結(jié)后的組件上形成真空且氣密的密封接口9a’、9b’。
圖4到6示出了用本發(fā)明描述的方法制造一個五部件的陶瓷弧光管的不同階段。如圖4所示，端蓋23包含毛細管2、密封件25和過渡組裝環(huán)扣11。過渡組裝環(huán)扣11的外圍17伸展超出密封件25的外圍21。端蓋部件組裝在一個陶瓷板(圖中未顯示)上，并在空氣中從大約1200℃加熱到大約1250℃。在熱處理過程中，密封件25和過渡組裝環(huán)扣11的密度充分增加，收縮靠在毛細管上，并施加一個擠壓力使得各部件的相對位置得以固定。
如圖5中所示的弧光管組件，將端蓋23a的毛細管2a穿過一個穿孔的陶瓷板5(如圖中虛線所示)的孔眼，毛細管2a伸出的一端延伸到陶瓷板和支撐在陶瓷板上的過渡組裝環(huán)扣11a的下面，由此制成此弧光管組件。一個具有相對開口端27a、27b的圓柱形中空弧光管主體24放置在端蓋23a的密封件25a上。
第二個端蓋23b插入到圓柱形主體部分的相對開口端27b。過渡組裝環(huán)扣11a、11b的外圍17a、17b在組裝之前必須要比圓柱形主體的開口端27a、27b的內(nèi)徑要大。毛細管2a、2b的插入長度由開口端的邊緣33a、33b和過渡組裝環(huán)扣11a、11b之間的相互作用決定。優(yōu)選的情況是，組裝之后過渡組裝環(huán)扣11a、11b的外圍17a、17b延伸超出開口端27a、27b的外徑，這樣使除去過渡組裝環(huán)扣很方便。
隨后弧光管組件在空氣中從大約1250℃加熱到大約1350℃，使得圓柱形主體收縮靠在密封件25a、25b上，形成機械密封29a、29b。隨后過渡組裝環(huán)扣從毛細管上除去，并對組件進行最后的燒結(jié)，形成一個如圖6所示完成的弧光管。
圖7示出的是本發(fā)明的一個五部件弧光管組件的另一實施例，這個五部件弧光管組件與圖5所示的組件相似，不同之處在于底部的端蓋23a不是由過渡組裝環(huán)扣制成。使用了過渡組裝環(huán)扣11的端蓋23b只插入到中空主體24的上開口端27b中。毛細管2b的插入長度由過渡組裝環(huán)扣11和開口端的邊緣33b之間的相互作用決定，而毛細管2a的插入長度由穿孔陶瓷板5的表面(如圖中虛線所示)和邊緣33a之間的相互作用決定。經(jīng)過熱處理程序?qū)⒚芊饧?5a、25b機械密封到開口端27a、27b內(nèi)，隨后單一的過渡組裝環(huán)扣從上毛細管2b處除去，形成一個完整的組件。
在另一個實施例中，毛細管2在與過渡組裝環(huán)扣11或密封件25結(jié)合前需要進行一個熱預(yù)處理。這個熱預(yù)處理使毛細管的密度增加并導(dǎo)致收縮，使得它們可以適合穿過過渡組裝環(huán)扣或密封件的開口。預(yù)處理可以在空氣中從大約1250℃的溫度加熱到大約1350℃。
為了能更方便地除去過渡組裝環(huán)扣，通常需要在環(huán)扣上開設(shè)凹槽或槽口以進一步減小其強度。過渡組裝環(huán)扣上的凹槽通常是開在環(huán)扣的一個面上，深度從環(huán)扣厚度的50％到75％。凹槽可以通過在環(huán)扣上用研磨鋸床模壓加工或者切割成一定形狀制成。圖8示出的是一個由一個帶凹槽的環(huán)形圓片構(gòu)成的過渡組裝環(huán)扣。凹槽58是沿著環(huán)扣51的一個直徑方向切割出來的。當(dāng)使用帶凹槽的過渡組裝環(huán)扣時，在端蓋組裝過程中最好把凹槽調(diào)整好方向使之在端蓋插入后朝向弧光管主體的開口端。這種方位使凹槽在去除過程中處于最大的張應(yīng)力之下。
減少過渡組裝環(huán)扣強度的第二種方法是在環(huán)扣上開設(shè)槽口。在附圖9顯示的一個優(yōu)選實施例中，槽口68延伸穿過環(huán)扣61的一半長度。在這種情況下端蓋上過渡組裝環(huán)扣的方位并不重要。
對于更厚的過渡組裝環(huán)扣，可以采用很多凹槽和槽口的組合方式來實現(xiàn)方便地拆除。
雖然已經(jīng)示出和說明了目前所考慮到的本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但顯然對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言在不脫離所附權(quán)利要求所確定的本發(fā)明范圍的條件下，還可以進行許多的變型和修改。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷弧光管組件，包括具有至少一個包括了端蓋的開口端的中空的主體，端蓋具有一個毛細管和一個過渡組裝環(huán)扣，毛細管從中空的主體向外延伸，并具有一定的插入到開口端內(nèi)的長度從而與中空主體形成密封，過渡組裝環(huán)扣被環(huán)繞毛細管固定并與開口端的一個邊接觸，過渡組裝環(huán)扣與開口端的邊緣之間的相互作用決定了插入到開口端中的毛細管的長度；過渡組裝環(huán)扣可以被從毛細管上除去而不會給弧光管組件造成損害。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述過渡組裝環(huán)扣的外圍延伸超出開口端的外圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述過渡組裝環(huán)扣開有凹槽使其易于拆除。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述過渡組裝環(huán)扣開有槽口使其易于拆除。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述槽凹槽面對所述的開口端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述過渡組裝環(huán)扣是一個環(huán)形圓片。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述過渡組裝環(huán)扣的表面沿一直徑方向開有凹槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述過渡組裝環(huán)扣開凹槽的表面面對所述的開口端。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述凹槽的深度為過渡組裝環(huán)扣厚度的大約50％到大約75％。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述過渡組裝環(huán)扣開有槽口。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述過渡組裝環(huán)扣的直徑比開口端的外徑大。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述毛細管插入開口端的區(qū)段具有一個輻射狀延伸的密封件，該密封件可以與中空主體形成密封。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述中空主體具有兩個相對的開口端，每個開口端包括一個端蓋。
14.一種陶瓷弧光管組件，包括具有至少一個包括了端蓋的開口端的中空的圓筒狀主體，端蓋具有一個毛細管和一個過渡組裝環(huán)扣，毛細管從中空主體中向外延伸，并具有一定的插入到開口端內(nèi)的長度，插入到開口端的區(qū)段具有一個輻射狀延伸的密封件，與中空的主體形成密封，一個過渡組裝環(huán)扣被環(huán)繞毛細管固定并與開口端的邊緣接觸，過渡組裝環(huán)扣與開口端的邊緣之間的相互作用決定了插入到開口端中的毛細管的長度；過渡組裝環(huán)扣可以被從毛細管上拆除下來而不會給弧光管組件造成損害。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述過渡組裝環(huán)扣是一個環(huán)形圓片。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述過渡組裝環(huán)扣的表面沿一直徑方向開有凹槽。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述過渡組裝環(huán)扣開有凹槽的表面面對所述的開口端。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述凹槽的深度為過渡組裝環(huán)扣厚度的大約50％到大約75％。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述過渡組裝環(huán)扣開有槽口。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述過渡組裝環(huán)扣的直徑比開口端的外徑大。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述中空主體具有兩個相對的開口端，每個開口端包括一個端蓋。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的陶瓷弧光管組件，其特征在于，所述密封件作為與毛細管一體的部分制成。
23.一種用于制造陶瓷弧光管的方法，包括以下步驟(a)環(huán)繞毛細管固定一個過渡組裝環(huán)扣以形成一個端蓋；(b)將該端蓋插入到一個中空的弧光管主體的一個開口端，直到過渡組裝環(huán)扣接觸到開口端的一個邊；(c)加熱該組件從而毛細管和中空主體的開口端之間形成機械密封；(d)將過渡組裝環(huán)扣除去而不損害該組件；(e)燒結(jié)該組件以形成陶瓷弧光管。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，通過在處于或者低于大約1350℃的溫度下加熱將過渡組裝環(huán)扣固定在毛細管上。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述組件在處于或者低于大約1350℃的溫度下加熱以形成機械密封。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，步驟(b)中的中空主體具有兩個相對的有插入的端蓋的開口端，且步驟(c)中每個端蓋的毛細管同時被密封到各自的開口端。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述組件在高于大約1800℃的溫度下在含氫的空氣中燒結(jié)。
28.一種用于制造陶瓷弧光管的方法，包括以下步驟(a)環(huán)繞毛細管固定一個過渡組裝環(huán)扣和一個密封件以形成一個端蓋；(b)將端蓋的密封件插入到一個中空弧光管主體的一個開口端，直到過渡組裝環(huán)扣與所述開口端的一個邊接觸；(c)加熱組件從而在密封件和中空主體的開口端之間形成機械密封；(d)將過渡組裝環(huán)扣除去而不損害該組件；(e)燒結(jié)該組件以形成陶瓷弧光管。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，通過在處于或者低于大約1350℃的溫度下加熱將過渡組裝環(huán)扣固定在毛細管上。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述組件在處于或者低于大約1350℃的溫度下加熱以形成機械密封。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述組件在高于大約1800℃的溫度下在含氫的空氣中燒結(jié)。
32.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述毛細管在步驟(a)之前經(jīng)受熱預(yù)處理使毛細管的密度增加。
33.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，所述毛細管在步驟(a)之前經(jīng)受熱預(yù)處理使毛細管的密度增加。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種陶瓷弧光管組件及一種制造陶瓷弧光管的方法,其通過減少在最終的燒結(jié)工序之前組裝弧光管所需的操作和熱處理的數(shù)量,從而簡化了陶瓷弧光管的制造過程。特別是,本發(fā)明在中間的組裝程序中使用過渡組裝環(huán)扣,此環(huán)扣在最終的燒結(jié)工序之前可以被拆除。
文檔編號H01J9/24GK1372299SQ02105169
公開日2002年10月2日 申請日期2002年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月23日
發(fā)明者J·T·內(nèi)爾, M·A·施托 申請人:奧斯蘭姆施爾凡尼亞公司