金属卤化物灯结构设计与工艺的改进

发表时间:2021/4/9   来源:《科学与技术》2020年35期   作者:曹兆芹
[导读] 金属卤化物灯是一种新型的电光源
        曹兆芹
        南京高新经纬电气有限公司  江苏南京  210032
        摘要:金属卤化物灯是一种新型的电光源,本身具有显指高、光色好和综合发光效率高等特点,在制作的过程中对每个环节都有相对严苛的要求,要求设计者和技术人员能够基于金属卤化灯的结构特性以及工艺特点,创造研究出更具有合理性且成本更加低廉的设计工艺,一方面减少加工和设计成本,另一方面也为整个行业的可持续化发展提供技术基础。本文主要研究金属卤化物灯结构设计与工艺的改进。
        关键词:金属卤化物灯;结构设计;工艺改进
前言:
        伴随着绿色照明工程的可持续化发展,金属卤化物灯的开发逐渐受到各界的广泛重视,其应用范围也更加活跃。而传统的金属卤化物灯由于显色性和亮度、功率等方面的局限性,无法适应室外个别场合下的照明需求。基于此,不断提升金属卤化物灯结构设计水平,并促进工艺的改进,一方面能够促进整个灯结构的设计质量,另一方面也可以为绿色照明行业的进一步发展提供保障。
一、影响金属卤化物灯结构设计和工艺改进的因素
(一)钠原子迁移
        依照对自由电子理论的理解,电路及引线在电弧管辐射的照射下会使得自由电子出现堆积的情况,而且在电弧管两侧还可会形成附加电场吸引钠离子外溢的问题,从而导致电路中的钠原子出现迁移,使得灯结构中的电光特性变得越来越差,影响灯的使用寿命。而在进行金属卤化物灯结构设计的过程中一般会采用飞丝结构。经验表明,电弧管和框架之间的迁移速率平方呈反差的关系。因此,同一批电弧管灯的寿命要比原设计提高两倍之多。
(二)碳
        金属卤化物灯结构在设计的过程中很可能会引入一些碳氢化合物,例如手汗和油脂等。一旦灯结构中的碳氢化合物过高,就会形成分解生成气体或含有碳的其他化合物,而当气体被抽走后,则会沉积在其他金属件如电阻外壳和电弧管之上。或者是两端的保热层上方。一旦灯被点燃,就会形成局部短路的问题,不仅影响了灯的外观,而且还会给人一种清洁度不足的感觉。基于此,要求设计人员在制灯时能够对各个零件进行有效的清洁处理,例如在封口的时候,对高压风进行有效的过滤,或者是直接采用普纯氮来进行封口排气,系统也应该做好高度清洁,尤其是在密封油脂和泵油蒸汽进行过滤和控制的时候,也可以利用混氧氮,对电弧管进行烧结或还原处理,使二氧化碳、一氧化碳能够及时排除出去,这样在后续测试灯具的时候能够得到更为严谨和科学的数据,确保灯具的清洁[1]。
(三)氢气
        氢气对金属卤化物灯的影响主要体现在灯的最小电压持续升高方面,势必会影响灯的启动性能以及使用寿命。甚至会由于氢的存在使得电弧管内的电极的迁移速度增加两个数量级,直接体现为电弧管端部发黑以及灯电压迅速上升的问题。基于此,在实际制作的过程中,为了能够防止氢以及含有氢的化合物进入到灯内,可以更新排气的工艺,消除其他杂质气体,延长灯具的使用寿命。
二、金属卤化物灯结构的设计和工艺改进
(一)金属卤化物灯结构设计的现状
        金属卤化物灯用材料由于会受到卤化物的侵蚀,因此在使用方面存在一些局限。当前广泛采用的发射材料包括,稀土氧化物以及钍钨电极等。将钨酸盐当作为金属化物灯的电子发射材料,因为能够延长电池的使用寿命,正在紧急研究和应用当中。
        当前技术人员已经开发了很充分的金属卤化物放电发光材料,并按照其发射光谱的特性将其进行了有效的分类。

其中包括可以发射出密集且大量的光谱的金属卤化物,例如镝-铊系统卤化物;能够发射多数线状谱线的钪-铟系卤化物等。当前,技术人员为了能够制造出具有高蒸气压的金属卤化灯,延长灯的寿命,提高灯的光效以及降低灯管温度,会利用不同的卤化物加以结合生成一种复合型的金属卤化物,以便于极大地提升金属的蒸气压。
(二)卤化物结构的创新
        首先是电弧管结构的创新。技术人员为了能够有效改进常规电火管灯中电弧不稳定的情况,对其形状进行了特殊的设计,能够将一些水平点燃的灯将其设计成手臂形状的弯曲电弧管或者是不对称电弧管。这样一来,可以有效提高电弧的稳定性,能以此来延长灯具的使用寿命。
        其次,对灯外壳的结构进行创新。通常情况下,金属卤化物灯分为带外壳和不带外壳两种类型。带外壳的灯具需要电弧管作为补充,以便于提高管内的温度和性能。近几年来,技术人员推出了PAR灯就是能够利用金属卤化物电弧管具有紧凑性的特点而制作生成的理想的投射光源,不仅放电性能更加稳定,而且电弧管外层还加入了一定量的屏蔽管套,提升了灯颜色的稳定性和照明的安全性[2]。
        最后是新型结构电极的开发。技术人员为了能够有效地降低金属卤化物灯的启动电压并延长灯的寿命,催生出一种新型结构的电极。一方面能够防止灯在水平点燃的情况下出现频闪的情况,具体包括双金属开关辅助电极、三螺旋电极、钨螺旋形电极以及阶梯式结构电极等。
(三)制灯工艺技术的改进
        首先,要求技术人员能够采取先进的设备对工序以及原材料的生产工艺进行有效的监督和分析。当前美国、日本等公司在金属卤化物灯生产线的配置方面都进行了多样化的改革和更新。并且引进了能够使用多种设备的原材料检测技术以及各类质谱仪,并采用计算机辅助技术按照要求配置出定量化及高纯度的金属卤化物,对其数量和成分加以合格把控,保证灯的光电特性始终具有一致性。
        其次,技术人员采取新型核心设备实现工艺的自动化发展。当前国内外不少厂家广泛采用触发电极和电极钼箱实现全自动化焊接,并利用二氧化碳激光切割和石英材料,对气口进行无排风处理以此来防止整个金属卤化物灯结构的化学性质出现更改。
        再次,技术人员在电弧管生产过程中可以采用高纯度性气体保护技术。为了更有效地控制微量杂质进入到电弧管当中,一些厂家纷纷采用了专业的设备,在电弧管压风的时候可以加入一定的金属卤化物,使灯管内的材料以及零部件得以完整的保存,甚至在运输的过程中也可以处于相对完整的状态,促进灯在使用的过程中具有良好的启动性能[3]。
        最后,电弧管在生产的过程中需要采用先进的质量检测方式。以往使用传统的方法检测灯的电压时,虽然结果相对准确,但是由于成本较高,而且检测的时间长,应用范围不够广泛。基于此,随着科学技术的进步,近几年来国内外专家学者纷纷研制了专业的检测仪器,对灯管启动放电过程中的放电波形进行动态化的监督和监控,以便于升级灯的使用寿命以及启动程序,具有极强的广泛性和针对性。
三、结束语
        金属卤化物灯结构设计与工艺的改进,一方面能够提高灯结构的稳定性,另一方面也能够为相关行业的可持续化发展奠定可靠的基础。基于此,在实际的过程中应该对新材料进行合理的应用和创新,优化卤化物结构,促进工艺技术的改进,提高金属卤化物灯结构设计的效率,以此来确保整个行业的进步和更新。
参考文献:
[1]周国君. 金属卤化物(类)钙钛矿发光材料的制备、光色调控与机理研究[D].北京科技大学,2018.
[2]王坤华. 金属卤化物钙钛矿高效发光二极管:材料制备与器件性能优化[D].中国科学技术大学,2019.
[3]孙浩. 二维金属卤化物钙钛矿薄膜制备与光学特性研究[D].山东师范大学,2016.
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