减少氧化铝制品烧结中镁损耗的方法技术

一种减少氧化铝制品如用于照明应用的陶瓷放电管烧结中镁损耗的方法。在氧化铝制品中添加氧化镁来控制烧结中的晶粒生长，但烧结造成了制品的镁损耗。为了解决这一问题，将富集了氧化镁的一个或多个氧化铝制品加入烧结炉来遏制其余制品中氧化镁的损耗。通过在硝酸镁水溶液中浸泡多孔氧化铝制品来制造富集的氧化铝制品，并加热该多孔制品，将硝酸镁转化为氧化镁。然后可将富集的制品加入到烧结炉的一个或几个位置上，在此，来自富集的制品的镁被释放以抑制镁损耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制造氧化铝制品的方法，尤其是涉及一种减少发生在用于高强度放电(HID)灯的氧化铝放电管烧结过程中的镁损耗的方法。
技术介绍
HID灯，比如高压钠(HPS)灯和陶瓷金属卤化物灯，一般采用由用于电弧产生与屏蔽(containment)的半透明多晶氧化铝(PCA)制成的陶瓷放电管。这些放电管(如，HPS灯里的电弧管)由一种较纯的氧化铝粉末制成，而且一般在高于1800℃的温度下于氢气氛中经过烧结形成。这些条件导致了照明应用需要的经过烧结的放电管中总透光性高。如果不加控制，高的烧结温度会造成异常(exaggerated)晶粒生长和材料强度降低。一种控制氧化铝中晶粒生长的方法是将少量氧化镁加入氧化铝中。一般来讲，氧化镁的量处于氧化铝的0.02到0.1重量百分比(wt％)范围内。添加的氧化镁的一部分在烧结过程中通过在氢气烧结气氛中的蒸发离开陶瓷。镁也可能在灯的工作过程中被损耗，并且已经与高压钠灯外罩玻璃的变黑相联系。因此，有必要使用尽可能少的氧化镁来维持对晶粒生长的控制。实验已经显示，在氧化铝中使用0.02wt％的氧化镁大约是能够在没有异常晶粒生长危险的生产规模中成功处理的最低水平。但是，在这个水平上可能会发生局部的异常晶粒生长，除非添加另一种氧化镁源在炉气氛中提供更高的镁分压。此额外的镁可减少进入炉气氛中的放电管的镁损耗。现有的减少镁损耗的尝试涉及在烧结炉内添加氧化镁粉末，但这被证明难以控制。烧结炉有些区域镁水平过高，而其它区域过低。粉末状氧化镁也会附着在烧结炉的钼部件上，并造成与放电管接触的表面粗糙。一个改进的方法发展为生产一种富集氧化镁的粒状粉末，其提供对烧结中镁释放的更好的控制。该方法以10wt％的水平将氧化镁添加到氧化铝粉末中。这个过程包括在浓硝酸溶液中混合粉末，接着是缓慢干燥和预烧过程。然后将所获得的材料粉碎成能放在烧结炉中几个位置的粉末。这个方法得到了广泛认可，但是需要浓酸的处理、很长的干燥时间，并且仍然会在钼烧结装置上积累留下的粉末。因此，需要有一个改进的在烧结炉气氛中添加镁的方法来减少发生在氧化铝制品烧结中的镁的损耗。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种新颖的向烧结炉气氛中添加镁的方法，以避免现有技术中的问题。本专利技术的另一个目的是提供一种制造氧化铝制品的方法，其中制备含有第一含量氧化镁的第一氧化铝制品，同时制造第二氧化铝制品使其包括第二含量的氧化镁，其中该第二含量大于第一含量。然后将第一制品和第二制品置于烧结室中并同时烧结。本专利技术再一个目的是提供一种新颖的方法，其中制备各自含有第一含量氧化镁的第一氧化铝制品，通过将第一制品中的一个与其它第一制品分开处理，将其氧化镁含量增加到大于第一含量的第二含量，来形成第二氧化铝制品，并且在烧结室中同时烧结第一和第二制品。本专利技术的又一个目的是提供进一步的改进，其中形成第二制品的步骤包括向形成第二制品的那一个第一制品中加入硝酸镁，然后加热该第一制品以使该第一制品中的氧化镁含量从第一含量增加到第二含量。在考虑下面优选实施方案的说明后，本专利技术的这些和其他目的以及优点对于本专利
的技术人员将是显而易见的。具体实施例方式本专利技术的一个实施方案是一种方法，其用于减少氧化铝制品，如用于灯的陶瓷放电管，烧结中的镁损耗。如上所述，向氧化铝制品中添加氧化镁来控制烧结中的晶粒生长，但是烧结造成氧化镁散失。本专利技术使至少一个附加的氧化铝制品富集比其余制品(即将形成成品的制品)更多的氧化镁，并且将富集的制品加入到烧结炉来遏制其余制品中氧化镁的损耗。优选通过在硝酸镁水溶液中浸泡一些氧化铝制品来制造富集氧化镁的制品，以增加它们的镁含量，并将这些制品加热来将硝酸镁转化成氧化镁。将富集的制品与其余的制品一起置于烧结炉内，在此，来自富集的制品的镁被释放以抑制其余制品中的镁损耗。实质上，富集的制品是比现有技术的粉末利用起来更加安全和更容易制备且更清洁的牺牲装置。由于富集的制品的使用，这些改进至少在某种程度上是可以实现的。富集的制品容易被浸泡于提供镁源的硝酸镁和水的浓溶液中。当预烧的多孔氧化铝制品，如HPS电弧管段，被浸泡于这种溶液中时，其氧化镁水平与浸泡前的制品中0.02wt％相比，可被升高至约5wt％。获得的富集的制品可被常规加工，根据需要分布在烧结炉中并且不会在钼烧结装置上留下残渣。例如，用在高压钠电弧管制造中使用的预烧多孔氧化铝管的段来制备富集氧化镁的制品。由于这些管由在电弧管生产中大量制造的相同材料制成，因此对于富集的制品来说，这些管是优选的来源。实际上，用于形成富集的制品的管材可能是具有缺陷并在成形后被废弃的管材。可以用金刚石将这些管材锯切成每个重量为约1克的短段。在空气中于850℃和1200℃之间的温度下预烧上述短段来清除用于成型的有机粘合剂，并烧结得到的粉末压实体至足以提供加工强度。预烧温度不影响富集的管材的质量。这些管段在其预烧状态是相对多孔的，并且能够被含镁溶液浸渍。通过在20克去离子水中加入80克硝酸镁来配制高浓度的硝酸镁溶液。硝酸镁极易溶于水，而且容易配制浓度非常高的溶液。将溶液盖上并允许溶解过夜。可以根据本领域技术人员的理解使用其他浓度。将管段浸没在配制好的溶液中并使其静置一分钟。也可以用溶液的真空浸渍进入预烧的管，但是简单的浸没会产生相似的镁的富集水平。从溶液中取出管段之后，将它们在约75℃的空气中干燥过夜以确保水分全部清除。然后将管段置于陶瓷容器中并于约850℃的空气中烧制，将硝酸镁转化为氧化镁。在烧制过程中，未完全干燥的管段容易在水快速变成蒸汽时断裂。通过在浸泡前、干燥后和烧制后称量管段重量，可以确定添加了5和6wt％之间的氧化镁。在浸泡前管段含有约0.02wt％氧化镁。当5％是旧的粉末方法中所用10％水平的大约一半时，要用的这种管段的数量是能够确定的，因为对于每1克旧粉末，可以将2克经过处理的管段添加到烧结容器以获得相同的氧化镁富集水平。使用富集的管段和现有技术的粉末做烧结试验。将粉末的重量损耗与管段的重量损耗对比，来估计被释放进入炉气氛的镁的量。由于当烧结电弧管时，两种材料自身烧结，且这种烧结封闭了气孔并限制了镁的释放，因此在任一方法中，只有一小部分镁被释放。粉末显示有约1.8到1.9％的重量损失。富集的管段显示有约1.1到1.7％的重量损失。如果没有加入附加的镁源，电弧管的低容器负荷(Container loading)会导致异常晶粒生长，这种情况下，两个系统证明了控制异常晶粒生长的能力。本方法的再一个实施方案包括几个步骤，制备各自含有第一含量氧化镁的第一氧化铝制品，通过将第一制品中的一个与其它第一制品分开处理，将其氧化镁含量增加到大于第一含量的第二含量，来形成第二氧化铝制品，将第一制品和第二制品置于烧结室，并在烧结室中同时烧结第一和第二制品，由此减少第一制品烧结中第一制品的镁损耗量。通过将第一制品中的一个与其它第一制品分开处理形成第二氧化铝制品的步骤可以通过以下实现，即在第一制品的一个中添加硝酸镁，然后加热这个第一制品以使该第一制品的氧化镁含量从第一含量增加到第二含量。可以通过在高浓度如高于约25重量克分子的硝酸镁水溶液中浸泡第一制品中的一个来添加硝酸镁。本实施方案中，第二含量优选比第一含量至少大一个数量级，更优选的是，第一含量氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造氧化铝制品的方法，包括以下步骤：制备含有第一含量氧化镁的第一氧化铝制品；形成含有第二含量氧化镁的第二氧化铝制品，其中第二含量大于第一含量；将第一制品和第二制品置于烧结室中；和在烧结室中同时烧结第一制品 和第二制品。

【技术特征摘要】
US 2005-6-28 11/1605371.一种制造氧化铝制品的方法，包括以下步骤制备含有第一含量氧化镁的第一氧化铝制品；形成含有第二含量氧化镁的第二氧化铝制品，其中第二含量大于第一含量；将第一制品和第二制品置于烧结室中；和在烧结室中同时烧结第一制品和第二制品。2.如权利要求1的方法，其中形成第二制品的步骤包括以下步骤，即在多孔氧化铝制品中添加硝酸镁，然后加热该多孔制品以将硝酸镁转化成氧化镁。3.如权利要求2的方法，其中添加硝酸镁的步骤包括在硝酸镁水溶液中浸泡多孔制品的步骤。4.如权利要求3的方法，其中所述溶液具有高于约25重量克分子的硝酸镁浓度。5.一种制造氧化铝制品的方法，包括以下步骤制备各自含有第一含量氧化镁的第一氧化铝制品；通过将第一制品中的一个与其它第一制品分开处理，以将氧化镁含量增加到大于第一含量的第二含量，来形成第二氧化铝制品；将第一制品和第二制品置于烧结室；和在烧结室中同时烧结第一和第二制品。6.如权利要求5的方法，其中形成第二制品的步骤包括以下步骤，即在第一制品的一个中添加硝酸镁，然后加热这个第一制品使该第一制品中的氧化镁含量从第一含量增加到第二含量。7.如权利要求6的方法，其中添加硝酸镁的步骤包括在硝酸镁水溶液中浸泡第一制品中的所述一个的...

【专利技术属性】
技术研发人员：TJ霍尔顿，JT奈尔，VE佩雷斯，
申请(专利权)人：奥斯兰姆施尔凡尼亚公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]