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熒光燈陰極技術(shù)存在的問題及對策

發(fā)布時間:2011-04-22

中心議題:
  • 熒光燈壽命問題
  • 熒光燈延長壽命對策
  • 現(xiàn)代陶瓷燈電極制造技術(shù)
  • 陶瓷燈電極的應(yīng)用

自1879年愛迪生發(fā)明世界第一個電燈炮以來,已經(jīng)過了一個多世紀(jì)。相對于燭光來講,電燈的確是一重大進步,但它本身至今卻沒有多少改進。其原理幾乎仍同蠟燭一樣,通過加熱而發(fā)光,使能量的90%都消耗在加熱上,且壽命一般也只有1000小時左右。

熒光燈又稱熱陰極低氣壓水銀熒光燈(以下簡稱熒光燈),是人們普遍使用的一種電光源。它通過激發(fā)管壁上的熒光粉發(fā)光,雖然在能耗和壽命上比燈炮有較大改進。但其燈絲脆弱易斷,啟輝器接點易打火老化。近年來發(fā)展起來的電子鎮(zhèn)流器雖然可以實現(xiàn)冷啟動,但也很容易擊傷燈絲上的活性物質(zhì)而使燈管兩端很快發(fā)黑而失效。

近期,一項專利新技術(shù)成功地研究解決了上述問題,在技術(shù)上取得了突破性進展:即玻管使用稀土凈化玻璃玻管,陰極使用永久性的現(xiàn)代陶瓷電極,熒光粉使用“稀土三基色+ETC”熒光粉。此舉使其能耗降低90%,壽命延長了十幾倍,且能發(fā)出約8%的健康射線。使用時光線明亮、柔和且能殺死(包括SARS)病毒、凈化環(huán)境,確保人體健康。

問題

熒光燈的壽命與其它電光源一樣有兩種定義:

一是光通量下降到初始光通量的某一百分數(shù)的時間,稱為有效壽命;

二是燈管無法工作的時間,稱為全壽命。熒光燈的全壽命主要決定于陰極壽命。至今,熒光燈所使用的陰極仍存在著比較嚴重的問題:

1.熒光燈的陰極與其它加熱電極一樣,活性物質(zhì)的發(fā)射密度和工作溫度有很大關(guān)系。在溫度升高時,發(fā)射電流按指數(shù)規(guī)律上升,但是隨著溫度的升高,電極活性物質(zhì)的蒸發(fā)加快;

2.熒光燈陰極的大小是根據(jù)其工作時的額定電流設(shè)計的。電流超過額定值,電極工作溫度升高,電極活性物質(zhì)蒸發(fā)加快,熒光燈壽命縮短。電流每增加1%,壽命將縮短1.7%。電流過小,陰極位降增高,電極活性物質(zhì)濺射嚴重,熒光燈的壽命也要縮短。

3.如果啟動過早,陰極冷啟動所引起的濺射會縮短其壽命;如果啟動過遲也不利,因為陰極的預(yù)熱電流往往是正常工作電流的1.5倍,過長時間的預(yù)熱使電極發(fā)射物質(zhì)蒸發(fā)過多。在熒光燈全壽命的過程中,對其啟動電流的要求是不同的。任何一種鎮(zhèn)流器都不可能做到在熒光燈全壽命的過程中,其電流洽好適合熒光燈適時啟動電流的要求。

4.氧化物電極的發(fā)射機理,是盈余鋇原子使得氧化物形成半導(dǎo)體并降低了逸出功。自由鋇原子是通過氧化物涂層上的氣孔擴射的。因此,涂層中的孔隙率和氧化物涂層的顆粒度及形狀有關(guān),并和氧化物的儲量形成了不可克服的矛盾。

5.熒光燈的啟動電壓不僅與燈內(nèi)氣體壓強有關(guān),而且與燈的極距有關(guān),燈的啟動電壓是壓強與極距乘積的函數(shù)。熒光燈內(nèi)的氣體一般都是用惰性氣體,因為它不與電極和燈殼起化學(xué)反應(yīng)。另外,惰性氣體不會吸收電子而形成負離子。熒光燈中的氣體一般用氬氣,因為在惰性氣體中,氬氣的成本最低。

同時氬原子的亞穩(wěn)態(tài)電位比汞的電離電位高的最少,它和汞配合是最理想的“潘寧”氣體。幾種常用氣體的數(shù)據(jù)見附表,利用氬做成的熒光燈啟動電壓最低。因此,實際上熒光燈都是充氬氣或充氖氬混合氣。附表中電極濺射電位,是指當(dāng)電極位降值大于表中所列數(shù)值后,該氣體對電極產(chǎn)生嚴重濺射時的電位。如充氬氣時,氧化物電極位降大于26伏后,則電極產(chǎn)生嚴重濺射,電極氧化物層受到破壞,管端發(fā)黑。當(dāng)電極位降進一步提高,則濺射更嚴重。這樣惡性循環(huán)下去,最后使熒光燈提前壽終。

6.熒光燈在啟動的瞬間,電極溫度較低,熱至發(fā)射很小,陰極位降很大,約有150伏以上,此時的放電主要是在啟動氣體氖氬中進行。從附表中看出,這一數(shù)值遠遠超過了電極濺射電位(充氬時濺射電位為26伏)。熒光燈在啟動的過程中對電極氧化物層濺射嚴重,使鋇層損失很大,這是熒光燈減短壽命的主要因素。

對策

現(xiàn)代陶瓷電極最基礎(chǔ)時的設(shè)計理念,就是針對熒光燈存在的以上問題及矛盾產(chǎn)生的,并在不斷實踐中改進和完善了其設(shè)計理念。

“現(xiàn)代陶瓷”這是美國人的說法,我們中國人稱它為“特種陶瓷”?,F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)全球化,所以我也稱之謂現(xiàn)代陶瓷,因為很多特種陶瓷隨著時間的變遷已經(jīng)普通化了,只有“現(xiàn)代”才具有新穎性。

現(xiàn)代陶瓷在電光源學(xué)的心臟——熱電子發(fā)射體電極找到了它的應(yīng)用,確是一件值得慶幸的事。這類以高熔點,低蒸氣壓金屬氧化物經(jīng)陶瓷化制成的熱電子發(fā)射體電極,具有前所未有的優(yōu)勢。二次大戰(zhàn)中期,人類發(fā)明了鎢釷電極的真空管,后來,由于采用間熱式方式耗功太大被半導(dǎo)體晶體管所替代。

時代進入二十一世紀(jì)后,隨著科技的進步,特別是隨著現(xiàn)代陶瓷技術(shù)的發(fā)展,如果我們還是沿用前人所走的老路,那就是對不起我們中華民族的祖先。現(xiàn)代陶瓷燈電極,采用高熔點、低蒸氣壓金屬氧化物制成。它可以廣泛地用在低氣壓冷、熱陰極熒光燈及其它氣體放電燈中。選用這種材料是因為其性能在高溫、高壓下的惰性氣體中特別適合。尤其是熔點高且蒸氣壓低的堿土和稀土元素,具有極佳的熱電子性能,作為熒光燈中的熱電子發(fā)射體是完全可以勝任的。

制造

現(xiàn)代陶瓷燈電極制成圓片、圓筒、蝶形等形狀及這些形狀的綜合。作為直熱式的電極是利用粉末冶金技術(shù)和特種制瓷技術(shù),以細分散的亞態(tài)金屬(具有金屬態(tài)又具有氧化態(tài)的金屬,稱之為亞態(tài)金屬)微粒與其氧化物分散均勻,并經(jīng)過稱重、干混、熱壓成型,在特定條件下于1480℃煅燒且引出電極。這種陶瓷在制造中混入的雜質(zhì)已不能用化學(xué)分析法測定出來,不過光譜分析可以測出其雜質(zhì)的痕量。

常溫時,我們所制造的現(xiàn)代陶瓷燈電極是一種絕緣體,而它本質(zhì)上卻是一種半導(dǎo)體。根據(jù)半導(dǎo)體的能帶理論,在空的能帶中并無有用電子,而在高溫時,這空的能帶變成激活了的電子導(dǎo)帶。當(dāng)轟擊電子的功能超過作為靶子的氧化物生成熱時,就會發(fā)生分解?,F(xiàn)代陶瓷數(shù)碼健康燈已使用可變頻率的脈動電流,當(dāng)顧客使用我們的產(chǎn)品時,給他們的感覺是一天比一天亮。這里,電解與化學(xué)還原無疑地促使施主原子出現(xiàn),故,那些與之相反方向的電子對亞態(tài)金屬離子轟擊的機理做出了有用的貢獻。

應(yīng)用

現(xiàn)代陶瓷燈電極的應(yīng)用,對于附帶鎢絲電極的電極結(jié)構(gòu),可以大大降低電極的熱點溫度,并使其壽命延長。因為當(dāng)燈管作為陽極的正半周期時電子向陽極運動,首先被現(xiàn)代陶瓷電極所接收,其電子并不流經(jīng)鎢絲電極而直至導(dǎo)絲。這樣做的好處:

①電極在正半周期時現(xiàn)代陶瓷電極截獲不少電子,使鎢絲電極避免了電子轟擊,因而降低了電極熱點的溫度。

②現(xiàn)代陶瓷電極截獲的電子,不流經(jīng)鎢絲電極而直至電源,使電極因減少了放電電流所產(chǎn)生的焦耳熱而使電極熱點溫度下降。

③由于現(xiàn)代陶瓷電極加強了正半周期收集電子的能力,因而使陽極位降值下降,正柱區(qū)輻射增加,電子波的輻射效率提高。

④現(xiàn)代陶瓷數(shù)碼健康燈特殊設(shè)計的電極是將鎢絲作為“觸發(fā)極”,熒光燈一旦啟動點燃,現(xiàn)代陶瓷電極兼有陰、陽和冷、熱極兩極的作用。并將其發(fā)射或接收的電子波集中成一條直線波,使電子發(fā)射的效率成倍地提高了。

現(xiàn)代陶瓷燈電極的應(yīng)用,消除了由于燈電流在電極上轉(zhuǎn)化為熱能因而對電能的大量消耗,從而使熒光燈的能耗大幅度地降低。現(xiàn)代陶瓷燈電極對光、電的阻抗敏感可使熒光燈的鎮(zhèn)流器適應(yīng)性大大提高。因而,可將其鎮(zhèn)流器集成化、數(shù)字化,使熒光燈的生產(chǎn)總成本降低且壽命與光效大幅度地提高。

現(xiàn)代陶瓷電極已滿意地用在低氣壓熱陰極熒光燈中了。它們表面光潔、尺寸準(zhǔn)確與熱膨脹系數(shù)低等物理性質(zhì)于燈的工作非常有利。這其中的互含量和制造工藝還可改進,以獲得最佳的條件來適應(yīng)特定的設(shè)計。該電極裝置是很牢固的,因而適應(yīng)于變化的情況。

與鎢絲電極或其它金屬電極相比,現(xiàn)代陶瓷電極具有抵抗毒化劑,從散射頻率中恢復(fù),并保持沉積到最小限度等能力。因射頻輻射小,對環(huán)境保護很有利。且工作電壓、頻率、功率都可大幅度地改變,能給我們一個很長的服務(wù)周期。

人類在電光源技術(shù)方面走過了一段艱辛而漫長的路。在熒光燈生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的今天,使用現(xiàn)代陶瓷燈電極,CTC高透光率燈管玻璃,稀土三基色+ETC熒光粉及數(shù)碼鎮(zhèn)流器等高科技工藝技術(shù)。使我們制作的熒光燈,其照明光線幾乎與太陽光相同。這樣,就會使我們制造的現(xiàn)代陶瓷數(shù)碼健康燈,真正在激烈市場競爭中得到賣點。

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