CH197993A - Quarzgefäss mit aus einem hochschmelzenden Metall bestehender Stromzuführung. - Google Patents

Description

  Quarzgefäss mit aus einem hochschmelzenden Metall bestehender     Stromzuführung.            Beim        Einschmelzen    von Stromzuführun  gen aus hochschmelzendem Metall, insbeson  dere aus Wolfram oder     Molybdän,    in Quarz  gefässe     tritt    eine     Reihe    von     rSchwierigkeiten     auf,     die        nicht    nur auf der Unterschiedlich  keit in den     Ausdehnungskoeffizienten    von  Wolfram     bezw.        Molybdän    gegenüber Quarz,

         sondern    auch auf     verschiedenen    andern Ur  sachen beruhen, wie vor .allem der hohen Er  weichungstemperatur des     Quamzes    und der  bei den erforderlichen hohen     Einschmelztem-          peraturen    auftretenden     Oxydation    des Ein  schmelzmetalles.

   Zur Überbrückung der     Un-          terschiede    in !den     Ausdehnungskoeffizienten     von Quarz einerseits und     Metall        anderseits     ist     es    bereits bekannt, den     Metalleinführungs-          draht    nicht unmittelbar in das Quarzgefäss       einzuschmelzen,    sondern     sich    einer Anzahl       Zwischen-    oder Übergangsgläser zu bedie  nen, deren Ausdehnungskoeffizienten zwi  schen denen von Quarz und Metall liegen,

    um durch einen solchen     stufenweisen    Über  gang mechanische Spannungen an den     Ein-          schmelzstellen    nach Möglichkeit zu verhin-         dern.    Man     benutzte    hierbei als Zwischen- oder       Übergangsgläser    bisher meist     Borosilikatglä-          ser,

      und     zwar    für die dem Quarz angepassten  Glasstufen ein     hochkieselsäurehaltiges        Boro-          eilikatglas        und    für die dem     Metall        angepassten          Stufen        ein        Borosilikatglas    mit weit     geringe-          rem        Kieselsäuregehalt    bei     erhöhtem    Alkali  gehalt.

       Derartige,    bei     Quarzeinschmelzungen     verwendete     Borsäure-    und     alkalihaltige    Glä  ser zeigen den     Nachteil,    dass wegen der leich  ten     Verdampfbarkest    der     Borsäure        und    der       Alkalien    beim     Erschmelzen    der Gläser und  auch beim     Einschmelzvorgang    die prozen  tuale Glaszusammensetzung sich sehr leicht  ändert,     wodurch    Unterschiede     hinsichtlich     ,des     Ausdehnungskoeffizienten,

      der     Erwei-          chungstemperatur    und anderer     physikalischer     Eigenschaften bei ein und demselben Zwi  schenglas in Erscheinung     treten,    die     häufig     so weitgehend     sind,        dass    eine sichere     Iler-          stellung,der        Einschmelzung        in    Frage     .gestellt          ist.        Schliesslich    haftet .den bekannten Zwi  schengläsern noch der wesentliche Nachteil  an,

       dass    sie sich infolge nicht     genügend.         hohen     Erweichungspunb-tes        mit    dem schwer  schmelzbaren Quarz, :da sie auch ein nicht  genügend grosses     Zähigkeitsintervall    aufwei  sen, vor der Flamme nicht .gut verarbeiten  lassen.  



  Gegenstand der vorliegenden Erfindung  ist nun ein Quarzgefäss mit aus einem hoch  schmelzenden     Metall,        insbesondere    Wolfram  oder     Molybdän,    bestehender     Stromzuführung,     bei dem     zur    Vermeidung der     genannten    Män  gel und um eine sichere     .gas-    und vakuum  dichte Einschmelzung zu     gewährleisten,    zwi  schen der Stromzuführung und :

  dem Quarz  gefäss mindestens ein     borsanxre-    und     alka.li-          freier    Zwischenkörper     eingeschmolzen    ist, der  65     bis    9,6 %     @Si02    und 4 bis 20%     A1,03    ent  hält. Der     Zwischenkörper    kann glasige oder  keramische Beschaffenheit aufweisen.

   Er  kann ausser     S'02    und     A1203    auch noch 0,01  bis<B>30%</B>     Erdalkaliogyd,    vorzugsweise     Ca0     oder     Ba0        enthalten.    Das so     ausgebildete     Quarzgefäss kann mit besonderem Vorteil für       elektrische        Entladungslampen,    wie     Queck-          silberhochdrucklampen,    Anwendung finden.  



  Derartige     Zwischenkörper    zeichnen sich  durch hohe     Erweichungstemperaturen    aus  und besitzen unter anderem den     weiteren          Vorteil,    dass man bei ihrer     Verwendung    mit.  weniger Zwischenstufen auskommt als bis  her, wodurch :die     Einschmelzzeit    wesentlich  verkürzt und die     Einschmelzarbeit        erleichtert       wird. Unter Umständen .genügt,     wie    weiter  unten näher     beschrieben,    sogar ein     einiger     Zwischenkörper.

   Die bei :solchen     Zwischen-          körpern    vorhandenen     Vorteile    beruhen im  wesentlichen darauf, dass durch den Fortfall  von leicht     verdampfbaren        Bestandteilen,        wie     Borsäure und Alkalien, eine     besonders    hohe  Gleichmässigkeit in der     Zusammensetzung     erreicht wird.

   Die     erwähnten    hohen     Erwei-          chungstemperaturen    weisen     selbst    diejenigen  Zwischenkörper noch auf, die     bei        niedrigem,     also etwa zwischen 65 bis 70 %     liegenden          SiO,-Gehalt,        einen    mehr dem     Metall    ange  passten Ausdehnungskoeffizienten haben.

   Die  bei glasiger Beschaffenheit des Zwischenkör  pers vorhandene     geringe        Entglasungsneigung     infolge geringer     Krista.llisationsgeschwindig-          keit    .ist     deswegen        besonders        bemerkenswert,          @veil    sie den     Einschmelzvorgang    weiterhin       wesentlich        erleichtert.     



  Die     nachstehende        tabellarische        Übersicht     zeigt als Beispiel Zusammensetzungen von  Zwischenkörpern nebst :den dazugehörigen       Ausdehnungskoeffizienten,        gemessen    an gla  sig durchgeschmolzenen Körpern     bei   <B>50'</B> C,  sowie die     dazugehörigen        Erweichungspunkte.     Die für den     Erweichungspunkt    angegebenen  Temperaturen     entsprechen    den Temperatu  ren, bei denen ein auf zwei     Schneiden    gela  gertes,

   10 cm langes und     ca.    3 mm starkes       Stäbchen    :des     betreffenden,Glases    sich durch  zubiegen beginnt.  
EMI0002.0085     
  
    <I>7 <SEP> u <SEP> s <SEP> n <SEP> rn <SEP> na <SEP> e <SEP> @a <SEP> s <SEP> e <SEP> t <SEP> N <SEP> u <SEP> 7z.

   <SEP> @@</I> <SEP> Ausdehnungs- <SEP> Erweichungs=
<tb>  koeffizient <SEP> (AK) <SEP> unkt
<tb>  <U>S</U>i0<U>z</U> <SEP> I <SEP> Ale <SEP> <U>Os <SEP> I <SEP> Ca0 <SEP> I</U> <SEP> B<U>a0</U> <SEP> 10-7 <SEP> 50 <SEP>   <SEP> C
<tb>   /o <SEP>  % <SEP>  /o
<tb>  1 <SEP> 94,5 <SEP> 5,5 <SEP> - <SEP> - <SEP> 6,5 <SEP> 1175 <SEP> 0 <SEP> C
<tb>  2 <SEP> 93 <SEP> 5 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 7,0 <SEP> 1130 <SEP> <B>0</B> <SEP> C
<tb>  3 <SEP> 90,5 <SEP> 7,5 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 7,5 <SEP> <B>10600</B> <SEP> C
<tb>  4 <SEP> 89,5 <SEP> 7 <SEP> 1,75 <SEP> 1,75 <SEP> 11 <SEP> 10400 <SEP> C
<tb>  5 <SEP> 85 <SEP> 10 <SEP> 2,5 <SEP> 2,5 <SEP> 16,5 <SEP> <B>9900 <SEP> 0</B>
<tb>  6 <SEP> 82,5 <SEP> 10 <SEP> 3,75 <SEP> 3,

  75 <SEP> 20 <SEP> 1010 <SEP> <B>0</B> <SEP> C
<tb>  7 <SEP> 80 <SEP> 10 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 25 <SEP> 970  <SEP> C
<tb>  8 <SEP> 75 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 5 <SEP> 33 <SEP> 845  <SEP> C
<tb>  9 <SEP> 65 <SEP> 13 <SEP> 7 <SEP> 15 <SEP> 38 <SEP> 865  <SEP> C
<tb>  10 <SEP> <B>66</B> <SEP> 8 <SEP> , <SEP> 10 <SEP> 1 <SEP> 17 <SEP> 46,5 <SEP> <B>7801</B> <SEP> C         Für die zu wählende Zusammensetzung  und die Anzahl der     Zwischenkörper        sind    die  Stärke der     Eirisohmelzdrähte,    der Durchmes  ser und die Wandstärke     des        Quarzgefässes     und ferner die     :Gestaltung        :der    Einschmel  zung massgebend.  



  In den     Fig.        h    bis 4 der vorliegenden  Zeichnung     sind    verschiedene     Ausführungs-          beispiele    des erfindungsgemässen Quarzge  fässes mit     verschiedener    Anzahl von glasigen       Zwischenkörpern    nach der Erfindung darge  stellt.

           Fig.    1 zeigt     das    Quarzgefäss einer     Queck-          silberhochdruckentladungslampe        unterBenut-          zung    von fünf     Zwischenkörpern.    Es handelt  sich hier um die     Einschmelzung    für beson  ders dicke     Wolframdrähte    von etwa 2     bis     3 mm Durchmesser und einer     Strombelastung-          von    über 10     Amp.    An :

  dem nach unten     kapil-          larförmig    zusammengezogenen Quarzgefäss a  sind nacheinander     zunächst    vier     ringförmige      Zwischenkörper b aus     Übergangsgläsern    an  geschmolzen, die den     Nrn.    4     (AK    = 11), 5  (AK =16,5), 6     (AK        ='20)    und 8     (AK=-3-3)     der vorstehenden Tabelle     entsprechen.    Schliess  lich ist an     dieses        letzte        Übergangsglas    Nr.

   8       ,das        kappenförmige        Abschlussstück    c,     :das    aus  Glas Nr.     9,der        Tabelle        (AK    = 3,8) hergestellt  ist, und in     welsches    :der     Wolframdraht    d un  mittelbar     eingeschmolzen        ist,        angeschmolzen.     Mit e ist eine Elektrode     bezeichnet,    während       feinen    an die kapillare Öffnung des Quarz  gefässes     angeschmolzenen        :

  Quarzrohrstutzen          :darstellt,    :der ein     Kondensieren    von Queck  silberdämpfen :an der     Ein:schmelzstelle        des          Kapillarröhrchens        verhindern    soll.

      Für den Fall,     :dass    bei     .gleicher    Dicke und  für etwa gleiche     Strombelastung    an     Stelle     von Wolfram     Molybdän    als Metall für den       Einsehmelzdraht    benutzt wird, empfiehlt     es     sich,     das        kappenförmige        Abschlussstück        e,    in       das    der     Molybdändräht        eingeschmolzen    ist,  aus dem Glase Nr.

   10 mit einem     AK    - 46,5       herzustellen    und :daran die     Übergangsgläser     Nr. 9, 8, 6,     iä    und 4     anzuschliessen,    so     dass        das          letztgenannte    Glas Nr. 4 die Verbindung mit       dem.    Quarz     herstellt,            In        Fig.    2 ist ein Quarzgefäss für     eine          Quecksilberhoclhdrucklampe    mit einem<B>Wolf</B>     -          ram:

  draht    von     etwa    1 mm Dicke für eine       Strombelastung        bis    etwa 10     Amp.    dargestellt,  bei der drei Zwischenkörper     verwendet    wer  den,     und    zwar sind an     das    Quarzgefäss a     zu-          nä,chst    die beiden     sich    verjüngenden Rohr  teile b';

   die !den Gläsern Nr. 4     (AK    = 1,1)  und 5 (AK =16,5) der     Tabelle        entsprechen,          angeschmolzen.    Der     Randteil    g des aus dem  Glase     Nr'    5     bestehenden        zweiten        Rohrteils    b'       ist        dann    mit dem     aas    dem Glas Nr.

   6       (Ag    = 20)     bestehenden        ERnschmelzstüek    h,  in das der     Wolframdraht    d     eingeschmolzen     ist,     Vers    schmolzen.

      In     Fig.    3 ist ein Quarzgefäss     :dargestellt,     und zwar unter     Verwendung    von zwei Zwi  schenkörpern für     einen        @        Wolframdraht    von  etwa 0;8 mm Dicke und einer     Strombelastung          bis    :etwa 6     Amp.    Der     Randteil    i     :

  des    Quarz  gefässes a ist unter     Zwischenfügung    eines aus  dem Glas Nr. 4     (AK    - 11)     hergestellten          Ringes-   <I>k</I>     mit    ,dem     Wolframeinschmelzglas   <I>h</I>  aus Glas Nr. 5     (AK    = 1.6,5)     verschmolzen.-          In        Fig.    4 ist ein Quarzgefäss mit einem       Wolframeinführungsd:

  raht    von 0,6 mm Dicke  für     eine        Strombelastung        bis    .3     Amp.    .gezeigt,  beidem nur     ein    einziger Zwischenkörper     h,     und zwar aus einem Glas Nr. 4     (AK    - 11)  benutzt ist. Der     Zwischenkörper    h und     :der     sich nach     unten    verjüngende Rand i     :des     Quarzgefässes     sind    hierbei     unmittelbar    mit  einander verschmolzen.

   Obwohl hierbei ein  beträchtlicher     Unterschied    in den     Ausdeh-          nungskoeffizienten        zwischen    dem Zwischen  körper     und,dem        Wolframmetalldraht    vorhan  den     ist,    hält diese     Verbindung,        wie    sich bei       praktischer        Verwendung        :

  gezeigt    hat, auch  stärkeren     Beanspruchungen    .gegenüber ausge  zeichnet stand,     was    darauf zurückzuführen  sein     dürfte,    dass gerade diejenigen der neuen  Gläser, die möglichst nahe :

  dem     Eutektikum     von     Si0,2-Al@A    sind, das bei 94,5 %     SiO,     liegt, in besonders hohem Masse     Spannungen     ohne -Gefahr     -aushalten.       Bei im     Betriebe        äusserst    heiss werdenden  Lampen .grosser     Wandgtäxke        ist        es    zwQck-      mässig,

   an das Quarzgefäss nicht unmittelbar  einen     Zwischenkörper    mit     einem    Ausdeh  nungskoeffizienten von etwa     11.10-7    oder  mehr     anzuschmelzen.    In diesem Falle ist es  vielmehr ratsam, noch ein oder mehrere     Zwi-          schenkörper    anzuwenden, deren Ausdeh  nungskoeffizienten zwischen demjenigen des  Quarzglases und dem des Glases mit dem  Ausdehnungskoeffizienten     11.10-7    liegen.

    So können zum Beispiel zwischen dem Quarz  gefäss und dem 'Glas Nr. 4 (AK = 11) noch  die Gläser Nr. 1 (AK = 6,5) und Nr. 3  (AK =     ?,5)        als        Zwischenkörper    zwischen  geschaltet werden.  



  Die beschriebenen Zwischenkörper, und  zwar besonders     diejenigen    mit sehr hohem  Kieselsäuregehalt,     benötigen    zum Erschmel  zen sehr beträchtliche     Schmelztemperaturen,     die um etwa.     2:0001    C liegen. Die in der  Glasindustrie gebräuchlichen keramischen  Schmelztiegel können naturgemäss diesen  Temperaturen nicht standhalten. Aber selbst  Tiegel aus     hochfeuerfesten    Baustoffen,     wie     beispielsweise     Zirkon,    sind für :den vorliegen  den Zweck nicht brauchbar, da sie von den  zu schmelzenden     Gemengebestandteilen    ange  griffen und vollständig zerstört werden, so  dass die :Schmelze ausläuft.  



  Die     Zwischenkörper    werden daher vor  zugsweise in aus     Holybdän-    oder Wolfram  metall hergestellten Schmelztiegeln in einem  geeigneten Ofen     erschmolzen,    wobei zweck  mässig :das zu erschmelzende Glasgemenge  sehr homogen durchmischt und vor dem  Schmelzen durch Erhitzen auf eine Tempe  ratur von 1600 bis<B>1800'</B> C ausreichend ent  gast     wird"damit    durch etwa noch vorhandene       Sauerstoffreste    kein Angriff des     Molybdäns     und damit eine Verfärbung .des Glases durch       Molybdänogyd        stattfindet.    Geht man über  dies von eisenfreien Rohstoffen     aus,

      so kann  man bei     Benutzung    eines solchen Schmelz  tiegels Gläser von sehr hoher     Ultraviolett-          durchlässigkeit    erzielen.  



  Die je nach der     Ausgestaltung    der Ein  schmelzung mehr .röhrenförmig,     ka.ppenför-          mig    oder     plattenförmig        gestalteten    Zwischen-    Körper können auch auf keramischem Wege,  also unter Fortfall von Schmelztiegeln er  zeugt sein.

   In diesem Falle können zunächst  aus dem gut     durchgemischten    Gemenge,  zweckmässig     unter    Verwendung von in der  Keramik üblichen     Rohstoffen,    wie Quarz  sand; Kaolin und     Kalkfeldspat,        Presskörper          hergestellt    werden, und zwar mittels geeigne  ter     Pressform    solche     Presslinge,    die die Grund  form :

  des später zur Verwendung .gelangenden  Zwischenkörpers haben.     Ani        Stelle    von     Press-          körpern    kann man auch aus einer     Aufschläm-          mung    der genannten Rohstoffe Formkörper  durch Giessen und nachfolgendes Trocknen  herstellen.

       Diese        Press-    oder     Formkörper    kön  nen dann in geeigneten Ofen     so        hoch    erhitzt  werden,     bis    sie zu einem     festen    und sogar  vakuumdichten keramischen Körper     zusam-          mensintern    und     zweckmässig    oberflächlich  oder auch ,ganz     verglasen.    So hergestellte       Zwischenkörper    können, wie sich     :

  gezeigt    hat,  genau ebenso gut wie aus dem     Schmelzfluss          bergestellte    glasige Zwischenkörper einerseits  mit Wolfram oder     Molybdän    und anderseits  mit dem Quarzgefäss oder andern Zwischen  gläsern     verschmolzen    werden.

       Bei    Verwen  dung nur eines     Zwischenkörpers,    wie in       Fig.4        dargestellt,    wird     zweckmässigerweise     der aus     Molybdän        oder    Wolfram     bestehende          Einschmelzdraht    vorab zusammen mit dem       Pressling        vorgesintert    und dann     unter    redu  zierenden Bedingungen     hochgesintert,

      worauf  sodann der aus dem     Pressling        entstandene     Zwischenkörper an das Quarzgefäss     ange-          schmolzen    wird. Bei :der beim     Anschmelzen     des Zwischenkörpers     erreichten    Temperatur  wird dieser an der     Verbindungsstelle        glasig,     wodurch die Verbindung eine     besonders     innige     wird.     



  Durch die Verwendung von     borsäure-    und       alkalifreien,    auf dem     Sinterwege    erzeugten  Zwischenkörpern wird eine wesentliche Be  triebsvereinfachung und Verbilligung bei der  Herstellung des ganzen Quarzgefässes erzielt.  Ausserdem weisen solche     gesinterten    Zwi  schenkörper infolge der beschriebenen Her  stellungsart der     Zwischenkörper    eine     genaue          Formgebung    auf,

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCg: Quarzgefäss mit aus einem hocUschmelzen- den Metall bestehender ,Stromzuführung, da durch gekennzeichnet, dass zwischen der Stromzuführung und dem Quarzgefäss min destens ein Borsäure- und alkalifreier Zwi schenkörper eingeschmolzen ist, der 65 bis <B>96%</B> Si02 und 4 bis 20% A1203 enthält. <B>UNTERANSPRÜCHE:</B> 1.

   Quarzgefäss nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkörper ausser Si02 und A120" noch 0,01 bis 30 Erdalkaliogyd enthält. 2. Quarzgefäss nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkörper glasig ist. 3. Quarzgefäss nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkörper keramisch ist. 4. Quarzgefäss nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromzuführung aus Wolfram besteht. 5.

   Quarzgefäss nach Patentanspruch, dadurch g e 'kennzeichnet, dass die Stromzuführung Stromzuführung aus Molybdän besteht. 6. Quarzgefäss nach Patentanspruch und Un teranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Erdalkaliogydanteil des Zwischen körpers aus Ca0 besteht. 7. Quarzgefäss nach Patentanspruch und Un teranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Erdalkaliogydanteil des Zwischen körpers aus Ba0 besteht.