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陶瓷金卤灯电弧管内壁腐蚀综述[2]

2012-6-5  来源:照明工程学报  作者:李炜 张善端  有9286人阅读

  本文分析了陶瓷金卤灯工作过程中,陶瓷管内壁的气相腐蚀机理及电弧管中的输运过程。介绍了诊断管壁腐蚀程度的X 光成像、扫描电镜和努森泄流质谱等方法,从电弧管结构、金属卤化物组分改进和电极封接等方面总结了减少陶瓷管壁腐蚀的措施。

  4 陶瓷管壁腐蚀的诊断方法

  陶瓷金卤灯电弧管管壁的腐蚀不可避免。区别在于不同的灯管壁的腐蚀程度不同。进行陶瓷管腐蚀的定性甚至定量诊断,对于腐蚀机理的理解、制灯工艺的优化和灯性能的提升有着重要意义。

  4. 1 X 光成像

  对燃点过的电弧管进行X 光成像,是评价陶瓷管壁腐蚀的一种简便方法。图4 所示为一竖直燃点的陶瓷金卤灯电弧管的X 光影像,据此可以找出电弧管管壁受到腐蚀的区域( 高温区域) 以及被腐蚀的管壁材料重新沉积的区域( 冷端) ,还可以判断腐蚀的程度。

  4 陶瓷管壁腐蚀的诊断方法

  陶瓷金卤灯电弧管管壁的腐蚀不可避免。区别在于不同的灯管壁的腐蚀程度不同。进行陶瓷管腐蚀的定性甚至定量诊断,对于腐蚀机理的理解、制灯工艺的优化和灯性能的提升有着重要意义。

  4. 1 X 光成像

  对燃点过的电弧管进行X 光成像,是评价陶瓷管壁腐蚀的一种简便方法。图4 所示为一竖直燃点的陶瓷金卤灯电弧管的X 光影像,据此可以找出电弧管管壁受到腐蚀的区域( 高温区域) 以及被腐蚀的管壁材料重新沉积的区域( 冷端) ,还可以判断腐蚀的程度。 

  4. 2 扫描电镜(SEM) 诊断

  用扫描电子显微镜( SEM) 不但可以对电弧管进行形貌观察,还可以进行微区的成分分析。图5所示为Brates 等[5]为研究竖直燃点的电弧管上部毛细管焊料附近腐蚀情况而进行的SEM 诊断结果。陶瓷管中焊料的主要成分为,填充的药丸成分为。SEM 成像显示焊料区域有,它们是由焊料与药丸中的盐发生取代反应产生的,从而验证了盐与焊料的反应。同时由于的浓度高,因此可判断药丸中TmI3对焊料的腐蚀最严重。

  4. 3 高温质谱法

  对陶瓷金卤灯工作时的特性( 主要是热力学特性) ,迄今唯一有效的定量诊断方法是高温质谱法[4,6 ~ 8]。应用努森( Knudsen) 腔室模拟陶瓷电弧管的质谱法称为努森泄流质谱法( Knudsen effusionmass spectrometry) 。将陶瓷电弧管内部视为一个热力学系统,通过质谱法可以鉴别该系统中有哪些气相分子,并可以确定各组分的分压( ~ 10 Pa,温度最高为2800 K) 及浓度。进一步通过实验结果可以推算物质的热力学特性( 包括离解焓、离解熵、反应平衡常数等) 。

  图6 所示为努森泄流质谱法系统装置图[6 ~ 8]。其中最重要的部分是努森腔室。腔室由陶瓷材料PCA 制成,内部填充有陶瓷金卤灯内填充物质。腔室顶部开有一小孔,孔径比蒸发分子的平均自由程小得多,因此可近似认为腔室内处于热力学平衡状态。努森腔室模拟了陶瓷金卤灯电弧管的工作状态。高温下,腔室内金属卤化物与腔室材料反应,蒸气物质由顶部向外泄出后,受上部电子碰撞电离形成离子源,经过磁场后不同物质离子根据其荷质比被分开,这样就鉴别了高温反应后的产物。系统中的法拉第收集器和倍增管组成探测器,可测得每种蒸发物质离子流的强度。各蒸发物质的分压为

 

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