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固汞在低气压气体放电灯中的应用[5]

2007-11-29  来源:佛山市柯维光电 佛山市灵柯照明器材 何志明  有44792人阅读

  我国古代将“合金”称为“齐”,汞与其它金属组成的合金叫汞齐。汞齐种类很多,也有多种制造方法。灯用汞齐有:Zn-Hg、Bi-Pb-Sn-Hg、Bi-In-Hg等,也包括Zn、Ni、Hg圆柱体汞齐。

  2、确定固汞的大小和粒数。
  排气管内径大于1.8mm可选择一粒Bi-Zn-Hg,排气管内径大于1.4mm可选择一粒Zn-Hg或Zn-Sn-Hg,排气管内径小于1.2mm可选择两粒Zn-Hg或Zn-Sn-Hg。典型Zn-Hg、Zn-Sn-Hg由于含汞比例高,颗粒小,典型Bi-Zn-Hg由于含汞比例低,颗粒大。目前市场上这三种固汞的含汞量分别为:Zn-Hg含Hg 50%、Zn-Sn-Hg含Hg 40-50%、Bi-Zn-Hg含Hg 10-15%。
  3、根据所选择固汞的型号确定制灯工艺,包括固汞注入方式及保证排气管留长长度。
  Zn-Hg、Zn-Sn-Hg、Bi-Zn-Hg固汞熔融温度均较高,可采用固汞上注入式全自动圆排气机。灯头朝下燃点时,排气管留长长度尽量长,使固汞温度与固汞的工作温度相适应。
  4、根据排气管的留长长度决定整灯的结构。
  在电子节能灯中,电子整流器线路板上应留孔并满足排气管留长长度的要求,保证固汞的温度符合设计要求,固汞的温度不仅由灯的规格、排气管留长长度决定,也和电子整流器性能及整灯的结构有关。

  四、螺旋管裸灯用固汞

  我们可将螺旋管拉直为单U管来分析,单U管又可分成两支直管来分析:
  ①灯头朝上燃点时,放固汞的一支,固汞端为热端(约100℃),另一端为冷端(约43℃),如使用低温固汞,固汞端汞蒸汽压均远大于1.0Pa,在这支直管中汞蒸汽压呈梯度分布,但螺旋管不同于U型管,结构更紧凑,从热端至60℃端的发光段长较长,这一段发光效率很低,整支灯的发光效率也较低,只有最佳的88%-95%,具体每种灯规格不同,但普遍偏离最佳发光效率,色温也略高于荧光粉固有的色温。
  ②灯头朝下燃点时,固汞的温度约为80℃,无合适冷端,固汞的温度约为80℃,发光效率比灯头朝上燃点时更低,整支灯的发光效率只有最佳的83%-90%,远离最佳发光效率。需要设置另一冷端或加长排气管的长度,降低固汞温度,使固汞温度接近其最佳工作温度,提高灯的发光效率。
  如不能充分加长排气管的留长长度,要同时使灯头朝上(UP), 灯头朝下(DOWN) 均获得高光通输出,在灯管上设计另一冷端是一种考虑,但加工制造困难。另一方案是使用Bi-Pb-Sn-Hg,并加辅助In网,但成本提高,光输出爬升时间长。
  螺旋管裸灯建议①保证UP、DOWN光通输出,使用Bi-Pb-Sn-Hg;②在放固汞的一端设计另一冷端,两个冷端均应控制温度为43℃。靠近固汞端的冷端在DOWN时无法降低至43℃,但应尽可能降低,另外加长排气管的留长长度也可适量提高DOWN时光输出,这种情况下可考虑使用Bi-Zn-Hg代替的Sn-Hg,改善爬升特性。当使用Bi-Pb-Sn-Hg应采用排气管朝下的圆排气机生产,其它工艺设计配套参照紧凑型荧光灯裸灯。

  七、带罩紧凑型荧光灯用固汞

  这类灯固汞工作温度较高,普遍在70-140℃,没有合适冷端,需要使用可控制汞蒸汽压型的中、高温固汞。中温固汞泛指在50-100℃范围内可将汞蒸汽压控制在1.0 Pa的固汞,中温固汞目前只有Bi-Pb-Sn-Hg,随着各金属组分不同,工作温度区域不同,如含汞4.5%的Bi-Pb-Sn-HgΔT-90为60-100℃、ΔT-95为65-95℃,含汞3.5%的Bi-Pb-Sn-HgΔT-90为62-110℃、ΔT-95为65-100℃。Bi-Pb-Sn-Hg具有很稳定控制汞蒸汽压的特性,具有发光效率高的、稳定的工作温度平台区域。国内部分制灯企业使用Bi-In-Sn-Hg固汞,通过改变含In量来改变固汞的最佳工作温度,我们经过反复试验测试对比,Bi-In-Sn-HgΔT-95小于20℃,不具有稳定控制汞蒸汽压的特性,无法获得Bi-Pb-Sn-Hg的特性,使用Bi-In-Sn-Hg,灯的离散性偏大。尽管Bi-Pb-Sn-Hg可以工作到110℃,但由于Bi-Pb-Sn-Hg熔融温度一般低于100℃,所以Bi-Pb-Sn-Hg不宜超过100℃使用,排气管特殊打弯处理除外。
  高温固汞通常是指工作温度为70-130℃的Bi-In-Hg。典型含汞4.5%的Bi-In-HgΔT-90为70-125℃,汞蒸汽压为0.3-3.0Pa,在该工作温度区域内相对液汞具有较高的发光效率,但Bi-In-Hg有两大缺点:
  1、在中间温度区域95-108℃内,汞蒸汽压会下降,降到拐点的0.3Pa(见图1、图5) ,甚至更低,部分灯由于离散性的原因Bi-In-Hg处于该温度区域,在该温度区域过低的汞蒸汽压使253.7nm辐射效率降低,发光效率低,不同的金属组分,拐点位置不同。传统的Bi-In-Hg具有较宽的ΔT-90区域,但缺乏较宽的ΔT-95区域,光输出随温度变化波动大,灯的光通离散性大。
  2、传统的Bi-In-Hg还存在另一个缺点,熔融温度低于110℃,工作温度超过110℃时易熔融流入灯内,引起灯的不稳定,各项光电参数急剧劣化。流入灯内的合金冷却成固态,在后工序或运输中易划粉,造成荧光粉层脱落。我们认为传统的Bi-In-Hg难以适应现快速发展的紧凑型荧光灯的需要。根据Bi-In-Hg的工作原理,我们为此另设计了一种工作温度区域ΔT90为70-115℃,ΔT95为75-110℃的Bi-In-Hg,提高了拐点处的汞蒸汽压,提高了Bi-In-Hg的液相点温度,提高了灯的一致性。
  针对Bi-In-Hg的问题,我们设计了另一系列的高温固汞,主要成份为In 、Pb 、Hg。这类固汞具有一个较宽的工作温度平台区域,ΔT95分别为100-135℃,110-155℃,也可以进一步提高工作温度。固汞在工作温度区域内能准确地控制汞蒸汽压在1.0 Pa附近,从而获得最佳的发光效率,提高产品的稳定性、一致性。这种高温固汞液相点温度高于其相应的最高工作温度。通过部分制灯企业使用,固汞温度在100-135℃范围内时,灯的平均光输出高于Bi-In-Hg,灯的一致性明显优于Bi-In-Hg,也能满足美国能源之星将修订实施的关于环境温度升高后光输出标准要求。该固汞由于1、 In 、Pb含量较高,低温汞蒸汽压远低于Bi-In-Hg,2、灯熄灭后In网吸汞不充分。再次燃点光输出爬升特性不如Bi-In-Hg,需要In网及其它工艺的配套改进。
  带罩紧凑型荧光灯建议尽可能将固汞温度降低:
  1、固汞温度100℃以下,使用Bi-Pb-Sn-Hg;
  2、固汞温度高于100℃,低于110℃用Bi-In-Hg;
  3、固汞温度高于110℃用In-Pb-Hg。
  使用中高温固汞注意事项:
  1、设计使用中、高温固汞时,固汞温度一定要与其工作温度区域吻合,并尽可能使固汞温度处于其工作温度区域中部,避免处于区域边缘,提高产品的稳定性、一致性。
  2、中高温固汞熔融温度低,工作时固汞的温度不宜高出固汞熔融温度,避免固汞熔融掉入灯内。
  3、采用双玻梗或玻珠定位,固汞位置保证固汞温度符合设计要求,降低每支灯固汞温度的离散性。
  4、排气管烧尖、烤汞时应避免固汞熔融流入灯内或烧尖处,降低每支灯固汞温度的离散性。
  其它工艺设计配套参照紧凑型荧光灯裸灯。Bi-Pb-Sn-Hg光输出随固汞温度变化特性如图4,典型Bi-In-Hg和我司设计的CWRTB-5、CWOTB-4光输出随固汞温度变化特性如图5。
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