185653. lajstromszámú szabadalom • Üvegkompozíció wolfram-halogén lámpák búrájához
1 185653 2 A találmány volfrám-halogén lámpák burájához alkalmas üvegkompozícióra vonatkozik. A volfrám-halogén lámpák számos előnnyel rendelkeznek a hagyományos fehéren izzó lámpákhoz képest. Először az ilyen lámpák kisebb méretűek, például a hagyományos lámpák térfogatának 1%-ánál is kisebbek, mégis egyenértékű vagy nagyobb fényerőt szolgáltatnak. Másodszor a kibocsátott fény fehérebb, mint a hagyományos lámpa által adott fény. Harmadszor a kibocsátott fény erőssége lényegében állandó marad a lámpa egész élettartama alatt. Negyedszer a volfrám-halogén lámpák üzemideje sokkal hosszabb, mint a szabványos fehéren izzó lámpáké. Ilyen lámpák 500 °C feletti, általában 500 °C és 700 °C közötti, hőmérsékleten működnek. Ilyen lámpák burájának ezért ellenállónak kell lennie hő hatására bekövetkező alakváltozásnak, ha ilyen magas hőmérsékletek hatásának vannak ezek kitéve. Eleinte az ilyen lámpák buráit olvasztott kvarcból és 96%-os szilíciumdioxidból álló kompozíciókból — amelyek VYCOR néven ismertek — készítették, mivel ezek az anyagok lényegében nem szenvednek alakváltozást hő hatására a lámpa üzemelése folyamán. Az olvasztott kvarcból és 96%-os szilíciumdioxidból való buraelőállítás alapjában véve költséges és nem vezetett hagyományos nagyüzemi megvalósításhoz. Ezen túlmenően ezek a termékek nehezen formálhatók lámpatestté és a nagyon kis hőtágulási együtthatóik miatt különleges zárási módszert igényelnek a vezetékhuzalnak a lámpába való bevezetésénél. Éppen ezért további kutatások történtek folyamatosan és nagy költségráfordítással olyan üveg előállítására és kifejlesztésére, amely olyan olvadási és alakíthatósági tényezőkkel rendelkezik, amelyek lehetővé teszik a lámpaburák tömegtermelését és biztosítják az ilyen alkalmazáshoz szükséges fizikai tulajdonságokat. Az ilyen kompozíciókutatások zöme az alkáliföidfém-alumínium-szilikátrendszeren alapuló üvegek területére terjedt ki. Például: A 3496401 számú amerikai szabadalmi leírásban olyan üvekeget írnak le, amelyek volfrám-jód izzólámpák üvegburájának az előállítására használhatók. Ezek az üvegek lényegében 10—25 súly% alkáliföldfémoxidból, 13—25 súly% Al203-ból, 55—70 súly% Si02-ből, 0—10 súly% BjOj-ból és 0,1 súly%-nál kevesebb alkálifémoxidból állnak, oxidalapon számítva. A 3978362 számú amerikai szabadalmi leírásban olyan üvegeket ismertetnek, amelyek volfrám-bróm izzólámpák burájaként alkalmazhatók. Ezeknek az üvegeknek az alsó hűlési hőmérséklete 700 °C felett van, hőtágulási együtthatója (0—300 °C tartományban) körülbelül 48—55 x 10“7/°C, molibdénfémmel való párosítás az üveg dermedéspontjánál nem haladja meg a 250 ppm-et, üzemi hőmérséklete 1550 °C-nál nem magasabb, a viszkozitás a liquidus hőmérsékletnél legalább 100000 poise és a liquidus hőmérséklete 1200 °C alatt van. A kompozíciók összetétele oxidalapon súlyszázalékban kifejezve lényegében körülbelül 14—21% CaO, 0—5% MgO, 0—7% BaO, mimellett a CaO + MgO + BaO legalább 19%, 13—16% AIjOj, 0—10% SrO és/vagy Laj03 és 58—63% Si02. A 4060423 számú amerikai szabadalmi leírásban egy másik üvegkompozíció csoportot írnak le, amelyek olyan tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek alkalmassá teszik ezeket volfrám-halogén lámpák buráiként való használatra. Ezeknek az Üvegeknek az alsó hűlési hőmérséklete legalább 725 °C, liquidus hőmérséklete 1250 °C-nál nem magasabb és a hőtágulási együtthatója (0—300 °C tartományban) körülbelül 5 42—48 x 10~7/°C és lényegében olyan kompozíciókból állnak, amelyeknek az összetétele súlyszázalékban oxidalapon számítva a következő: 55—68% Si02, 15—18% A1203, 6—13% CaO és 6—16% BaO, mimellett az A1203: CaO + BaO súlyarány körülbelül 10 0,6:1 és 1:1 között van. Végül a 4 225198 számú amerikai szabadalmi leírásban újabb üvegkompozíció csoportot ismertetnek, amelyek ugyancsak volfrám-halogén lámpák burájaként használhatók. Ezeknek az üvegeknek az alsó hű- 15 lési hőmérséklete 730 °C felett van, liquidus hőmérséklete 1200 °C alatt van, viszkozitása a liquidus hőmérsékleten legalább 40000 poise, hőtágulási együtthatója (0—300 °C tartományban) kisebb, mint 48xl0_'7/°C, de nagyobb, mint 43xl0"7/°C és 20 axiális kompressziója szobahőmérsékleten nem haladja meg a 150 ppm-et 500 °C-nál, ha molibdénfémhez forrasztják. Az üvegek összetétele súlyszázalékban kifejezve oxidalapon a következő: 61—65% Si02, 14—17% AljOj, 8—15% CaO és 6—9% SrO. 25 A felsorolt üvegek mindegyikét volfrám-halogén lámpák burájának a készítésére használták. Ezek az üvegek azonban nem mutattak optimális jellemzőket a feldolgozhatóság és/vagy a fizikai tulajdonságok tekintetében. 20 Három kritikus fizikai-kémiai tulajdonsággal függ össze az üveg feldolgozhatósága és a lámpák teljesítőképessége, amelyeknek optimálisaknak kell lenniök a volfrám-halogén lámpák buráját alkotó üvegben. Ezek a következők: 1. a liquidus hőmérséklet vagy az 35 üveg maximális kristályosodási hőmérséklete; 2. az alsó hűlési pont, például az a hőmérséklet, ahol az üveg viszkozitása lO14,6 poise; és 3. a hőtágulási együttható. . * A maximális kristályosodási (devitrifikációs) hő- 40 mérséklet fontos tényező az üvegáruk olvasztása és formázása során. Az olvadt üveget az olvasztó egység elhagyása után rendszerint a kívánt méretre formálják olyan hőmérsékleten, amely afelett a hőmérséklet felett van, amelyen az üvegkompozíció észrevehető 45 mértékben kristályosodik. Volfrám-halogén lámpák burájának a készítésére üvegcsöveket használnak. Az üvegcsövek készítésénél megfelelőbb a maximális viszkozitás meghatározása a liquidus hőmérsékleten, mint egy önkényes maximális kristályosodási hőmér- 50 séklet választása, mivel a hőmérséklet) viszkozitásarányok jelentős mértékben változnak az Uvegkompozíciók szerint. Olyan megfelelő kompozíció meghatározására, amely üvegcsövek készítésére alkalmas, hasznos vezérfonalnak, bizonyult az, ha a maximális 55 kristályosodási hőmérséklet a 30000 poise üvegviszkozitásnak megfelelő hőmérséklet vagy ez alatt van. Elméletileg nincs hőmérséklethatár, ha az üvegviszkozitás elég nagy, az olvasztó és formáló készülék hőállósága azonban megszabja a gyakorlati teendőket. 60 Azt találtuk, hogy amennyiben hagyományos Velloeljárást alkalmazunk, akkor olyan üveg alkalmas üvegcsövek készítésére, amelynek a liquidus hőmérséklete 1300 °C alatt van. Az alsó hűlési hőmérséklet az üveg által mutatott 65 hőállóságot, valamint azt a hőmérsékletet képviseli, 2
