陶瓷金卤灯电弧管内壁腐蚀综述[4]

　　Hilpert 等[2，10]研究了由碱金属卤化物AX 和稀土金属卤化物LnX3组成的准二元系统。他们指出，络合物ALnX4的形成经历了两个相变过程和一个化学反应过程，如图10 所示，其中A 为碱金属元素，Ln 为稀土金属元素，X 为Br，I，p 气相分压，p'凝聚相分压，a 热力学活性，Kp化学反应平衡常数。经历这些过程后，ALnX4的分压相比原来凝聚相AX和LnX3的分压有了很大的提高，因此金属元素A和Ln 的浓度大大增强，提高了光效，改善了显色特性。最终产物ALnX4的分压提高缘于两种过程: 相变与化学反应。相变过程中对分压提高的贡献用热力学活性a 表征，而化学反应过程中对分压提高的贡献用反应的平衡常数Kp表征。因此要增强电弧管中金属元素的浓度，实际上就是要使a 和Kp尽量大。另一方面，热力学活性a 越大，金属卤化物盐越容易腐蚀管壁[10]。要兼顾两方面，实际上就是要使得a 较小，而Kp较大。

　　Hilpert 等[10]研究了4 组准二元系统: NaI-DyI3，NaBr-DyBr3，CsI-DyI3，CsBr-DyBr3。从Dy 元素增强效应和控制DyX3热力学活性两方面考虑，对这四组盐进行了实验，结果表明: ( 1) 碘化物系统中对金属元素的增强大于溴化物系统; ( 2) 综合考虑对金属元素浓度的增强与热力学活性的控制，CsX-DyX3的特性最优。因此，CsI-DyI3系统的特性最优。

　　5. 3 铱—陶瓷匹配封接电弧管

　　一般陶瓷金卤灯工作在饱和蒸气压下，金属卤化物不完全蒸发，以气相和液相共存。同时，由于连结电极尖的Mo 熔点有限，通常在电弧管两端毛细管内部引出电极，以远离高温电弧区，便在毛细管中留下了间隙( 见图11) 。这样，液相的金属卤化物很容易进入间隙中，形成冷端，使得灯的参数受冷端的变化而变化; 同时液态金属卤化物也会腐蚀陶瓷管壁。

　　Hendricx 等人[11]通过探索发现金属铱( Ir) 不但熔点高，而且膨胀系数与Al2O3陶瓷匹配，还耐高温卤化物腐蚀。他们用铱连接钨电极，将铱跟氧化铝毛细管直接高温烧结，实现膨胀系数匹配的真空气密封接，消除了封接处的间隙; 排气、填充后，排气管用激光熔封，如图12 所示。这种封接结构的电弧管的管壁温度比饱和式电弧管高250 K，金属卤化物完全气化后工作在非饱和蒸气压下，光源参数进一步提高; 而且由于不再受冷端限制，光色的一致性大大改善，冷端的腐蚀也大大减小。

　　非饱和陶瓷金卤灯的主要特性有: ( 1) 小尺寸，泡壳温度提高250 K ( 非饱和1450 ～ 1550 K，饱和1200 ～ 1300 K) ，使放电物质完全气化; ( 2) 光效比饱和式陶瓷金卤灯提高20%，达120 lm/W; ( 3) 寿命期间颜色稳定( < 3 SDCM) ; ( 4) 色温、色坐标不随燃点位置变化; ( 5) 调光时颜色稳定; ( 6) 寿命20000 h; ( 7) 温升快，20 s 到80%光通量; ( 8)高显色性，可获得跟卤钨灯相近的光谱，显色指数98; ( 9) 高管壁温度，易于实现无汞放电。

　　但由于铱是贵金属，使用铱电极引线将使电弧管的成本提高20%以上; 排气管的激光封离也是比较复杂的工艺。

　　6 总结

　　本文分析了陶瓷金卤灯工作过程中管壁的腐蚀机理及电弧管中的输运过程，概括了对管壁腐蚀程度分析、诊断的主要方法，并在此基础上提出了如何从制灯工艺角度尽量防止陶瓷管壁的腐蚀。对陶瓷金卤灯在防腐蚀方面的设计、制造有一定的借鉴意义。