185653. lajstromszámú szabadalom • Üvegkompozíció wolfram-halogén lámpák búrájához
1 185653 2 amelynél feszültségek kezdenek kialakulni az üveg/fém-kötésben. A volfrám-halogén lámpák fénykibocsátása azok üzemelési hőmérsékletének a növekedésével emelkedik. Ennek megfelelően az ilyen lámpák előállításánál állandóan arra törekszenek, hogy a lámpák, minél magasabb hőmérsékleten üzemeljenek. Azt találtuk, hogy ez a kívánalom akkor teljesül, ha a buraüveg'alsó hülési hőmérséklete 750 °C felett van. Az üveg alsó hülési hőmérsékletének és hőtágulási együtthatójának a kombinációja döntő tényező a kialakult feszültség mértékének és milyenségének a meghatározásánál, ha az üveg/fémkötés a zárási (forrasztási) hőmérsékletről lehűl (és az ezt követő újramelegedésnél a lámpa működése során). A volfrámhalogén lámpák esetében a fémvezetékek molibdénből készülnek, mivel ezek körülbelül 55xlO-,/°C nagyságú — viszonylag állandó — hőtágulási együtthatóval rendelkezik. Az előző Uvegkutatások során kialakított üvegeknek a hőtágulási együtthatója egészen közel van a molibdénéhez. A fent említett 3 978 362 számú amerikai szabadalmi leírásban leírt üvegeknél a hőtágulási együttható (0—300 °C tartományban) 48—50 x 10“V °C nagyságrendű. A molibdénhez való illesztés az üveg dermedéspontja és a szobahőmérséklet közötti hőmérsékletre a hőtágulási görbék összehasonlítása útján állapítható meg. Az üveg/fém-forrasztásoknál jelentkező feszültségek tanulmányozása során újabban a molibdénfém és az üveg között lévő forrasztások tanulmányozására fotoelasztikus analízist használnak, tgy például S. M. Rekhson szerző a Glass Technology, 20, No. 1, 1979, irodalmi helyen általános áttekintést ad a módszerről. A fent említett 4225198 számú amerikai szabadalmi leírásban pedig kifejezetten a molibdénhez való hengeres forrasztásokkal foglalkoznak. Ezek az ismertetések azoknak a maradék feszültségeknek a megértését segítik elő, amelyek egyszerű alakú üveg/fém forrasztásoknak a dermedéspontról szobahőmérsékletre való lehűlésekor keletkeznek. így a különböző hőkezelések és a szobahőmérsékleten keletkező feszültségek az üveg hőtágulásának a függvényei. A fent említett 4225 198 számú amerikai szabadalmi leírásban leírt módszer alkalmazása esetén >43xl0-7/°C, de <48 x 10“V°C hőtágulási együtthatójú üvegek bizonyultak megfelelőknek volfrám-halogén lámpák buráiként. A volfrám-halogén lámpák legújabb kutatásai, amelyek az élettartamra vonatkoztak, módosították az egyszerű geometriájú üveg/fém forrasztások lehűlésekor kialakult maradék feszültségekre vonatkozó előző elképzeléseket. Ilyen lámpák vizsgálatánál kapott eredmények, amelynek során a lámpákat teljes intenzitással hosszú ideig üzemeltették annak érdekében, hogy a tényleges használati körülményeket utánozzák, azt mutatták, hogy további feszültségek alakulnak ki az"' üveg/fém forrasztások környékén az üveg nem egyenletes melegedése következtében, továbbá a forrasztás komplex-geometriája és természetesen a meglehetősen magas hőmérsékleten való megeresztés miatt. Ily módon olyan üvegek, amelyek kívánt kis forrasztási feszültségekkel rendelkeznek hengeres hernyóvarrat esetén, még mutatnak belső működést, ha volfrám-halogén lámpák buráiként kerülnek alkalmazásra. Azt találtuk a vizsgált lámpákban lévő maradék feszültségek vizsgálatánál, hogy körülbelül 43xlO“7/°C az optimális hőtágulási együttható (0—300 °C tartományban). Ennek megfelelően az üveg hőtágulási együtthatóját 42—44 x 10~7/°C értéken tartjuk. Azt találtuk, hogy a volfrám-halogén lámpák buraüvegénél a három döntő fizikai-kémiai tulajdonságra megadott fenti értékek a hagyományosan megkívánt más jellemzőkkel, mint a jó kémiai tartósság, átlátszóság, színtelenség és hasonló jellemzőkkel együtt kielégíthetők egy rendkívül szűk kompozíciótartományban az alkáliföldfém-alumínium-szilikát rendszeren belül. Azt találtuk továbbá, hogy a hőtágulási együtthatóra, valamint az alsó hülési hőmérsékletre megkívánt követelmények egyidejűleg elérhetők olyan kompozíciókban, amelyekben a CaO és SrO és/vagy BaO gondosan körülhatárolt kombinációja van jelen Al203-al és Si02-vel együtt. Ennek megfelelően a találmány szerinti kompozíciók — oxidalapon, súlyszázalékban kifejezve — 64—68% Si02-ből, 11—14% CaO-ból, 16,5—18,5% Al203-ból és 2—6,5% Sr + BaO-ból állnak, ahol az SrO 0—4%-ban és a BaO 0—5%-ban van jelen. A kísérlet azt mutatta, hogy ahol CaO vagy CaO + MgO kombinációja alkotja az egyedüli alkáliföldfémoxidot, ott a liquidus hőmérsékletek általában túlságosan magasak. Feleslegben lévő SrO általában azt eredményezi, hogy a liquidus hőmérséklet nagyon magas, a hőtágulási együttható pedig túlságosan nagy. Nagyobb BaO szintek rendszerint olyan üvegekhez vezetnek, amelyeknek az alsó hülési hőmérséklete nagyon alacsony, hőtágulási együtthatója pedig túlságosan nagy, vagy nem kívánt viszkozitás-hőmérsékleti hatások jelentkeznek magas hőmérsékleten. Az előnyös üvegek kombinációban tartalmaznak SrO-t és BaO-t, amelyek összmennyisége legalább 3 súly% és az SrO:BaO mólarány körülbelül 2:1 és 1:2 között van. Ennek a kombinációnak kevert alkáliföldfémhatása van, amely növeli az üvegek magas hőmérsékletű viszkozitásarányát. Ilyen üvegek például 1000 poise viszkozitást mutatnak 1520 °C-nál nem magasabb hőmérsékleten. Ezzel szemben a csak SrO-t vagy BaO-t tartalmazó üvegeknél a megkívánt hőmérséklet megközelíti az 1550 °C-ot és ennél magasabb is lehet hasonló viszkozitás elérésére. Ez a jellemző nagyon fontos az olvasztási és formázási műveleteknél. Az I. táblázat néhány üvegkompozíciót mutat be súlyrészben kifejezve oxidalapra vonatkoztatva, az összmennyiségből számítva, amelyek a találmány paramétereit szemléltetik. Amennyiben az alkotók összege 100 vagy közelítőleg 100, gyakorlati célokra az egyes alkotók mennyisége súlyszázalékot jelent. Az IA. táblázat az alkotók mennyiségét mólszázalékban adja meg az összmennyiségből számítva. A tényleges alkotóanyagok bármilyen anyagot képviselhetnek, így oxidokat vagy más vegyületeket, amelyeket ha együtt megolvasztunk, akkor a kívánt oxidokká alakíthatjuk a jellemző arányokban. A CaC03 például CaO forrásként, az SrCOj pedig SrO forrásként szolgálhat. Az anyagokat magában foglaló adagot összekeverjük, golyós malomban összeőröljük homogén olvadék biztosítása érdekében és utána platina-olvasztótégelybe tesszük az anyagokat. Az olvasztótégelyeket 1650 °C-on működő olvasztókemencébe visszük és ott 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
