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高强度放电灯用陶瓷管[1]

2008-4-11  来源:中国照明网  作者:周太明  有42276人阅读

  摘 要:简要介绍对高强度放电(HID)灯用陶瓷管的要求;高纯氧化铝粉的制备;圆柱形、非圆柱形陶瓷管的制作成形方法;以及用于HID灯的透明陶瓷管的发展慨况。关键词:高强度放电灯 陶瓷管 成形方法 高纯氧化铝粉 PCA材料

复旦大学光源与照明工程系

  摘 要:简要介绍对高强度放电(HID)灯用陶瓷管的要求;高纯氧化铝粉的制备;圆柱形、非圆柱形陶瓷管的制作成形方法;以及用于HID灯的透明陶瓷管的发展慨况。

  关键词:高强度放电灯 陶瓷管 成形方法 高纯氧化铝粉 PCA材料

  作为高压钠灯和金属卤化物灯等HID光源的电弧管材料,必须满足以下要求:
  ﹙1﹚有很高的透光率;
  ﹙2﹚能实现气密封接;
  ﹙3﹚在高温和高压下,能抵御钠和金属卤化物的侵蚀;
  ﹙4﹚在高温下电导率低;
  ﹙5﹚在高温下蒸发率低;
  ﹙6﹚具有足够的机械强度,能抵御灯开关时的热冲击。

  直到上世纪60年代中期GE公司发明多晶氧化铝-PCA(Polycrystalline Alumina )陶瓷管之前,石英玻璃是最主要的电弧管材料。GE公司用PCA成功地制造出了高压钠灯。当时他们的商标是Lucalox (transLUCent ALuminium OXide)。90年代初,飞利浦公司在白光高压钠灯技术的基础上,又发明了陶瓷金属卤化物灯。石英管能承受的工作温度为1300K,而陶瓷管能承受的工作温度高达1500K,因而陶瓷金属卤化物灯的性能要比石英金属卤化物灯好很多。显然,对这些高强度放电灯来说,PCA的质量是非常关键的。为此,人们做了大量的研发工作。下面,就圆柱形陶瓷管的制造、非圆柱形陶瓷管的成形和透明陶瓷管的情况做一些简要介绍。

  1圆柱形陶瓷管的制造

  圆柱形陶瓷管的加工包括3个步骤:
  ﹙1﹚高纯氧化铝粉的制备;
  ﹙2﹚圆柱形陶瓷管的成形;
  ﹙3﹚烧结过程。

  1.1高纯氧化铝粉的制备

  用于制作电弧管的氧化铝粉的原料纯度一定要高,要达到99.99%。为什麽要这么高的纯度呢?因为只要有杂质存在,即使其含量很少,也会造成一些不希望的影响。比如,会引起粉变色;在烧结过程中,产生不规则的晶粒;晶界产生分离,从而使杂质容易移到晶界处,使那里的杂质浓度增加。 另外,为了得到高密度的管材,粉的烧结活性要好。这就要求粉有特定的形态结构,具体说就是粒径要很细(约0.3 μm ),而且粒径分布很集中。

  PCA的原料,即α-Al2O3是由灼烧含结晶水的硫酸铝氨(AlNH4(SO4)2.24H2O)而得:

  AlNH4(SO4)2.24H2O→Al2O3+NH3+SOx

  在10000C时,首先形成大块的Al2O3(比表面125m2/g,密度0.15g/cm3,粒径0.02μm),然后在1200~14000C下转变成α-Al2O3。接下来,再将集团的粉分散,得到密度0.4g/cm3,平均粒径0.6 μm,比表面6m2/g的α-Al2O3粉。

  表1列出日本NGK公司所采用的高纯氧化铝粉原料的特性。

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