[发明专利]用于密封氮化铝和氧氮化铝陶瓷的密封组合物

说明书

技术领域

本发明涉及氮化铝和氧氮化铝陶瓷，特别涉及该陶瓷用于高强度放电（HID）灯例如金属卤化物灯和高压钠灯（HPS）中电弧放电容器的用途。

发明背景

金属卤化物灯和高压钠灯是使用由陶瓷材料制成的放电容器的灯的两个实例。陶瓷材料的稳固性允许使用腐蚀性更强的化学填料，并且能够使得放电容器在更高的温度下作业。通常称为玻璃料的密封组合物用来形成电极的引线区和放电容器的陶瓷体之间的密封。密封组合物也可以用于将形成放电容器的陶瓷片连结在一起。

图1示出用于常规陶瓷金属卤化物灯的放电容器1。放电容器1包括填装有化学填料8的中空陶瓷体6，电极14通过陶瓷毛细管2进入至中空陶瓷体6中。该放电容器具有在接缝5处接合的两个半部17a、b，在该接缝处电极末端3位于各自的半部中，并且延伸入放电室12。毛细管远端分别用各自玻璃料密封9来密封。在美国专利4,076,991中描述了用于该目的的常规Al₂O₃-Dy₂O₃-SiO₂密封组合物。

目前，半透明的多晶氧化铝（PCA）是用于制造陶瓷放电容器的精选陶瓷材料。然而，尽管其广泛使用，PCA仍不能用于一些HID应用中，这是因为其仅半透明而非透明。具体而言，PCA放电容器一般不适用于聚光、短弧光灯例如投影灯和机动车大灯。对于这些应用，使用透明的蓝宝石（单晶）型氧化铝。此外，尽管优于石英电弧管，不过在金属卤化物灯中的PCA放电容器能与稀土卤化物填料发生反应，限制了该灯的耐久性和寿命。

氧氮化铝（AlON）是被认为是PCA潜在替代物的透明陶瓷材料。参见例如日本专利09-92206以及美国专利5,924,904和5,231,062。AlON具有立方尖晶石结构和可通常由经验式Al_(64+x)/3O_32-xN_x 表示的组成，其中2.75≤x≤5。AlON的机械强度和热膨胀性都接近于PCA，所以AlON应该可以经受住高强度气体放电灯中的应力。

氮化铝（AlN）已表现出比多晶氧化铝更加耐受稀土金属卤化物填料的腐蚀作用。尽管完全致密烧结的AlN陶瓷仅半透明而非透明，但是优异的耐腐蚀性是金属卤化物灯所期望的。例如，在欧洲专利申请0371315A1和PCT申请WO 03/7060952中描述了AlN电弧放电容器用于陶瓷金属卤化物灯的用途。

尽管氮化铝和氧氮化铝陶瓷具有潜在的优势，不过这些材料仍然存在很多必须克服才能考虑用于HID灯应用的技术难题。具体而言，一个问题是这些陶瓷与用来密封放电容器的常规含氧化硅玻璃/陶瓷玻璃料的反应。如上所述，玻璃料的作用是密封放电容器的陶瓷体，特别是电极组件的引线部分。在密封操作中，熔融玻璃料和氮化铝或氧氮化铝间的接触诱发释放氮气的反应。因为由反应放出的大部分氮气都不能容纳于熔融玻璃料中，其作为气泡进入玻璃料密封中。这些气泡会劣化密封的品质和作用，导致灯过早失效，尤其是当在放电容器中存在较高压力时。

美国专利7,362,053描述了一种通过在密封区域中形成更低反应性表面层而在氧氮化铝放电陶瓷的密封区域中使气泡形成最小化的方法。在一个实施方案中，其通过在还原性气氛中加热至少密封区域来完成。在另一个实施方案中，在密封期间，在密封区域中沉积氧化铝层，以充当熔融玻璃料与氧氮化铝容器之间的障碍。

尽管这些方法是有效果的，但是如果能以无需对烧结的放电容器进行额外处理而在密封中减少或消除气泡形成的方式配制密封玻璃料组合物将更简单和更有利。

发明简述

本发明的目的在于避免现有技术的不足。

本发明的另一目的是提供用于密封氮化铝和氧氮化铝陶瓷的密封组合物，其减少或者消除在玻璃料密封中的气泡形成。