(3)钼片涂银
当应力释放不很充分时,在钼片-石英玻璃界面上就有可能形成细微的裂纹。这些裂纹往往难以用肉眼觉察到,但在40倍以上的显微镜下还是可以观察到。这时封接件在刚压封好时,大多还能保持气密。但是在灯工作一段时间后,灯的经常开关,使封接件受到反复的冷――热冲击,细纹可能扩大,最终导致漏气。特别是有些灯需要在液氮温度下充气或充卤化物,使温差更大,容易造成漏气。
研究发现,在钼片上涂上一薄层银,可防止裂纹的形成。可能是在压封时,因银的熔点较低(960 0C),在封接温度下熔化,在钼表面形成大量微颗粒,它们很容易在冷却过程中塑性变形,有效释放应力,防止裂纹的形成。
(4)钼片-石英玻璃之间的化学粘着力
为保证钼-石英玻璃封接的气密性,两者之间良好的粘着是基本条件。化学粘着力来自钼褪⒉Aе湓诜饨游露认碌难趸乖从Γ涸陬猕D―石英玻璃界面上,二氧化硅被还原、钼被氧化,形成极薄的氧化钼层,它在高温下渗透扩散进入石英玻璃中,形成过渡层,保证了两者的气密封接。若过渡层太薄,化学粘着力强度就较低;反之若过渡层太厚,钼表面严重氧化,那么,它可能会和钼片剥离,造成漏气。过渡层的厚薄,取决于封接温度、保护气体的纯度等因素。
(5)钼片-石英玻璃之间的物理粘着力
物理粘着力包括范德瓦尔斯分子力和两表面之间的机械联结。与两表面之间的机械力来比,范德瓦尔斯分子力很小,不起很大作用。机械联结与钼表面微观物理性质有关。从微观角度来看,钼表面是凹凸不平的,有许多凹坑和凸起。在封接时,熔化的石英玻璃可能渗入凹坑,包围凸起,冷却后就使得石英玻璃和钼片在这些部位相互交联,大大增强了界面过渡层的机械强度。所以钼片表面过于光滑对增加物理粘着力不利。
(6)钼片与熔化石英之间的浸润
熔化状态的石英(~2000 0C)与钼表面的浸润性,对粘着力起重要的作用,浸润性愈好,粘着力愈大,封接件的质量愈好。例如上面所说物理粘着,其首要条件就是良好的浸润性,因为良好的浸润性有利于熔化石英玻璃在钼表面的渗透,增强机械附着力。浸润性主要来自于钼和熔化石英之间的表面化学亲和力,范德瓦尔斯分子吸引力的作用很小。
通常我们用浸润角来衡量浸润性:浸润角愈小,浸润性愈好。为了改善石英玻璃在钼片表面的浸润性,可在钼中掺杂少量氧化钇(Y2O3)和氧化铈(Ce2O3),简称为MY。研究表明在2000 0C条件下,石英玻璃在纯钼片上的浸润角为97.2±6.50,而在掺氧化钇和氧化铈的钼片上,浸润角降低为79.7±8.50。这是因为这些氧化物能与二氧化硅作用,生成硅酸盐,后者能熔于石英玻璃中,使浸润角降低。
同时,在掺杂少量氧化钇(Y2O3)和氧化铈(Ce2O3)的钼片中,由于钼片与熔化石英玻璃之间的电化学作用,氧化钇和氧化铈微粒周围的钼片表面,有微量的腐蚀。熔化石英玻璃包围着氧化物微粒,好像“拉练”一样,大大增强了机械附着力。所以掺杂少量氧化钇(Y2O3)和氧化铈(Ce2O3)的钼片,更适合用于与石英玻璃封接。
(7)钼――石英玻璃间粘着力与寿命的关系
如果钼与石英玻璃间粘着力不够强,那么在冷却后张应力的作用下,钼片和石英玻璃可能立即分离,或者经过一段时间后,在灯开关造成的冷--热循环冲击下慢慢分离。当然这也不一定表现为两者全部分离、立即漏气,而更可能是少部分分离,并不造成立刻漏气。但是,这时灯泡外面的空气可能会渗入粘着力较弱的封接处,在高温下使钼片慢慢氧化。因为氧化钼的体积比未氧化的钼大,从而使封接应力增大,最后导致炸裂漏气。对于金属卤化物灯,填充物会渗入粘着力较弱的封接处,使它被腐蚀,最后导致漏气。所以粘着力得强弱,决定了钼――石英玻璃封接的寿命
(8)封接件温度限制
高温下钼在空气中极易氧化,所以在没有外泡壳的条件下,长寿命灯的钼--石英玻璃封接件的温度应不高于350 0C。过高的温度会使封接件外端与空气接触部分慢慢氧化,最后导致封接件损坏。在钼片表面镀铬,可防止氧化,使工作温度可提高到5000C。但是研究表明铬与石英玻璃的化学粘着力较差。为解决这个矛盾,不要把整块钼片镀铬,仅在钼片与空气接触的外端镀铬。另一个缺点是镀铬后,钼片的点焊性能变差。
(9)封接寿命比较
基于以上原理,有人对各种钼片材料做成没有外泡壳的灯后,进行了寿命实验,结果如图2所示。从图2可见,在同样温度下,如(1000T/T)=1.5、T≈380 0C时,含氧化钇、氧化铈的钼片封接的MR16卤钨灯寿命达1200小时,而纯钼片封接的只有650小时。在高温时;如T=500 0C,镀铬的钼片封接寿命为2500小时,而纯钼片封接只有30小时。