荧光灯常用微型释汞吸气剂进展

　　编者按：荧光灯中常用的释汞吸气剂为带状，释汞量位于30 mg/cm，对管径细或小功率或冷阴极荧光灯来说，汞产额太大了，该文介绍了各种微型释汞吸气剂，其释汞量根据需要可在0.5~5 mg/cm之间，同时还介绍了如何正确存储和使用该类释汞吸气剂。

　　引言

　　近年来，液晶背光源用的冷阴极荧光灯、自镇流荧光灯中紧凑型荧光灯管、微型荧光灯、夜光灯等一些需要充入汞的光源品种较多，随着平板显示与彩色显像管竞争的激烈，相应的背光源无论是发光二极管或冷阴极荧光灯用量将迅速扩大。

　　许多微型荧光灯所需的汞量仅在0.5~5 mg 之间，这相当于直径为0.4~0.9 mm的微小汞球重量，要在灯内滴入如此微小的汞滴是很难控制的，势必加入较多的汞量，这一方面增加了材料成本，另一方面在灯管破损或寿终丢弃时有更多的汞污染环境。另外，个别

　　光源充汞范围要求窄，因此，注射滴汞法已不实用了，必需用一种新的方法可定量地充入微量汞。

　　在T12、T8、 T5 直管型荧光灯中，已有一定比例的产品在装配时支架放入一种预先确定汞释放量的一个稳定的钛—汞合金，该钛—汞合金是很容易处理并释放汞的。通常，在灯封离后，用高频炉的电磁感应线圈对钛—汞合金带或环加热到(850±25)℃，保持30 s 左右，汞就从合金释放到灯的密闭空间中。当然，也可用激光束、红外辐射等办法加热。

　　1　钛—汞合金

　　使用特殊工艺，将汞和钛形成合金Ti3Hg，这首先是意大利工程吸气公司(即SAES 公司)提出并称之为ST505 合金，如图1 所示，每个汞原子(在图1 的中心)与外围12 个钛原子结合。当钛—汞合金被捣碎，研磨成一细粉末并暴露于大气中时，每个粒子的表面由钛原子所包围，这些钛原子被氧化形成薄、紧和坚固的TiO 层，它形成的合金体与大气反应而得到阻碍汞释放的位垒。

　　在真空或隋性气体中当合金被加热到500℃以上时，TiO 扩散到体内。同时，汞原子取得足够能量时，便从晶格中的初始位置向外部运行，在到达合金表面时，汞逸出，这个过程在600℃以下温度时相当慢，但当达到(850±50)℃时就很快，例如，钛—汞合金粉压制的丸条在真空或惰性气体中加热到(850±50)℃时保温30 s，可释放出该粉中总汞量的70% 以上，在随后器件工作期间释放达到平衡，此时释放速率较慢，并且受限于工作温度，图2 为钛—汞合金汞释放量与加热温度和保温时间的关系。

　　得汞量与加热功率、加热时间有关，加热功率低，钛—汞合金升温慢，开始释汞的时间也迟，所需加热时间要长，如图2 中左边一条曲线，需加热120 s，才能获得70% 的汞量。反之，如果加热钛—汞合金的功率高，升温快，开始释汞时间也早，所需总加热时间就短，如图2 中右边曲线，仅需加热30 s 时间。

　　2　非蒸散吸气剂

　　钛—汞合金虽然能释放出汞，但钛—汞合金置于空气中如前所述，会出现TiO，为了能进行高频加热，通常其粉末涂于金属带或不锈钢环上。当高频加热时，首先使金属受热，通过热传导及热辐射给粉末加热，然后，不锈钢在850℃左右就能把其吸附的大部分气体逸出，这些气体对灯管氧化物阴极是有害的，

　　因此必需去除。如果使用蒸散型吸气剂，来吸除这些气体，如钡铝合金BaAl4，在高温下蒸散出来的钡置于灯管壁上，影响外观，因为荧光粉层上部分地区出现黑色斑块，这些斑块又影响灯的光通量，故是不可取的。因此，希望采用非蒸散型吸气剂来将高频感应加热时金属逸出的气体吸除。

　　传统的非蒸散吸气剂，象片状和线状的锆或钛只能在超过600~700℃温度下才有效地吸收气体，这样就大大地限制了它们的使用范围。但通过用一定数量的铝和锆制成合金，就能得到在300~400℃的较低温度下起作用的吸气材料。

　　与元素锆相比，掺铝的锆合金大大地改善了吸气性能。合金成分的最佳值是Zr 84%，Al 16%，它就是SAES 公司称之为St101 的吸气合金组成。实际上St101 是由两种金属间化合物组成：占主要成分的是Zr3Al2，另一个是Zr5Al3。两者都能吸收活性气体，它们的存在大大地增强了合金的吸气特性，高于两者活性的总和。这可能与这些金属间化合物有不同的晶格

　　特性有关。由于这个原因，在两种组成的边界区域产生某些应力，这使得这些区域的活性特别大，结果，气体分子在合金吸气剂内部的体扩散比单元素锆所需的温度低得多。

　　对St101 进行100%激活的话，在900 ℃ 下需20~30 s，在800~850℃下需4~5 min，在750℃下需30 min，如果在750 ℃ 以下激活3 min，吸气剂的激活率为60%，如果在600℃下激活30 min，激活率为30%。图3 为激活率作参数，激活温度和时间的关系。

　　St101 吸气剂在激活后吸收的活性气体有O2、CO、CO2、H2O、H2 等，但对隋性气体不吸收。

　　3　微型汞释放剂

　　上世纪80 年代，南京华东电子管厂从意大利SAES 公司引进了一条释汞剂生产线，该线所生产的产品是使用一金属基带，在金属带两面分别涂以St101 锆铝非蒸散型吸气合金粉和St505 钛—汞合金粉，这种将吸收剂和释汞剂分别涂以金属基带两面的吸气型释汞剂产品，被称之为“GEMEDIS”，当时汞产额为(30±0.5)mg/cm，该产额对于微型荧光灯等充汞光源显得太大了。

　　如果将St101 粉和St505 粉按一定比例混合在一起，然后冲压成不同形状制成一种新的释汞剂，被称为“STAHGSORB”，这类释汞剂，目前发展有片状、环状、丸条形带三种，它们均适用于液晶背光源、小型自镇流灯中荧光灯管等光源和紫外线灯作释汞剂，下面介绍这些产品：

　　3.1　片状释汞剂

　　将St101 和St505 合金混合粉压成片状，如图4 所示。该片没有支撑金属件或金属容器，为了获得装入灯内的最小空间物，根据需要，可压成有5、3 mg 或更小的释汞量的小片，用于特种汞气放电灯，也可用于等离子体显示板中。激活方式可用感应加热、红外辐射或激光束。

　　3.2　环状释汞剂

　　将紧密的St101 和St505 合金粉混和物在金属杯形环状容器中压制而成环状释汞剂，该环状容器使用镀镍铁带，环状汞产额在0.5~6 mg 间，更高的汞产额可根据用户需求单独制备。使用高频感应加热法来激活合金，图5 为环状释汞剂外形。

　　3.3　丸条形带释汞剂

　　先在准备压粉的位置将镀镍铁带压成凹槽，再将St101 和St505 合金粉混合物压成丸条形，小丸条均匀有规则地单个排列，如图6a，或者每两个一对规则排列，如图6b，以便每两个在中间空档大的地方剪开使用。每个单个丸条可产生大约1 mg 的汞。这种丸条形对微型冷阴极管特别适用，在这类应用中，镀镍铁条既作支撑丸条粉末的衬托，又作该灯的一个阴极。

　　3.4　微型GEMEDIS释汞剂

　　将原来汞产额(30±0.5)mg/cm 的GEMEDIS 减少成微型汞释放剂可以有两种类型，一种是使用比原产品窄的金属带，在其两面分别涂以St101 和St505 合金粉，即制成微型GEMEDIS，此时汞产额为2.5~3 mg/cm，是原来标准型的1/10~1/12。另一种是在上述的微型GEMEDIS 产品的金属涂料的两面刻以同样节距的槽，使St101 粉和St505 粉变成不连续的面，槽的节距分别根据需要定为2、3、6 mm，其两刻度之间的汞产额分别为0.5、0.75、1.5 mg/cm。这种刻槽带由于剪切时容易控制而适用于冷阴极荧光灯、微型荧光灯、紧凑型节能荧光灯等，图7 为微型GEMEDIS和刻槽微型GEMEDIS 释汞剂带的产品外形。

　　4　使用注意事项

　　释汞吸气剂是压成片状的粉末或者是压制在金属带两侧面或在金属环内的金属合金粉末，如果在存储和使用过程中处理不当，会造成汞释放量少或不释出汞，同样吸气粉也会失去功效，为此，必需了解使用中避免出现的问题，才能正常使用它。

　　4.1　存储

　　生产厂出售的汞释放剂是包装于保护性气体的密封罐内，也可以使用干燥剂的密封容器中，这样的包装允许产品无限期存储。一旦打开包装使用时，如果该包装容量不能一次全部用完，应立即将多余的释汞吸气剂置于真空储存柜内抽真空或装入玻管内抽真空密封保存，也可置于确实有干燥作用的干燥器内密闭保存。不能长期置于大气环境中，释汞剂在大气中受潮会掉粉和失去功效。汞释放剂的生产厂常在黄梅季节停产也是为了保证产品质量。

　　4.2　装配焊接

　　当将释汞剂装入光源时，为了防止手汗等对产品的污染，使用过程中手需要戴上橡胶或塑料手套，不得使用棉纱及尼龙手套。

　　4.3　封口

　　灯封口时，尽量避免装配的释汞剂部位过热，如果确实温度过高不可避免时，可通以流动的氮气或隋性气体，让气流带走热量。

　　4.4　排气

　　灯排气烘烤时温度不超过400~450℃。这为了避免过早的释放汞和吸气剂部分吸气饱和，如果必需达到此温度，应尽量缩短经受高温的时间。

　　4.5　释汞和激活

　　通常释汞和激活是在高频感应加热情况下进行，这涉及高频加热炉功率、感应线圈的效率和线圈与释汞剂的相对位置，正如图2 中所示，如果加热的释汞剂不能达到(850±50)℃，或需1 min 以后才达到800℃时，需延长加热时间，不能在30 s 内结束，否则释汞量不能达到规定数量，严重的会影响荧光灯正常工作。这涉及工艺掌握问题，与释汞吸气剂质量无关。另外，释汞步骤一定要在灯封离后进行，以避免汞蒸发对抽气泵系统和环境的污染。

编辑；妮子