高强度放电灯用陶瓷管[1]

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。