电光源材料的科技进步和发展趋势[1]

　　1. 前言

　　1879年发明家爱迪生成功研制第一只实用灯泡，开创了人类电器照明的新时代。130年来灯泡工业几经变革，得到飞速发展，电光源产品已从单一的碳丝白炽灯发展成为白炽光源、气体放电光源和固体发光光源等三大类，广泛应用于人类活动的每一个领域。

　　由于电光源的技术进步和照明产品的更新换代，拉动了对电光源材料需求的快速增长，电光源专用材料发展较快，材料的产能、产量、性能和制备技术不断提高。通过20世纪80年代以来的技术设备引进、消化、吸收和创新，电光源材料加一l?行业的装备水平有了明显提高。电光源材料的研制和生产自1989年以来义有很大突破，对电光源产品的开发和品质提高起到保证作用。但电光源材料行业面临的仍然足一个机遇与挑战并仔的环境，必须增强忧患意识，抓住这个战略机遇，使中国电光源材料加工业的整体水平登上新台阶。

　　2.发展现状与技术进步

　　2.1.电极材料

　　电极是气体放电灯的重要部件，按功能可分为阴极和阳极，阳极是收集电子，而阴极是发射电子。阴极一般南基体金属和涂覆在上面的发射材料组成，其主要功能是使灯在正常工作时具有必要的电子发射。实际上灯的寿命是阴极上发射材料的消耗过程，寿命长短是与分解激活后阴极上电子粉的多少成正比，阴极上电子粉耗尽之际，就是气体放电灯寿命终了之时。国内于20世纪50年代开始进口电子粉，60年代实现国产化，到80年代年产量仅10余吨，1993年民营企业的电子粉浆作为商品进人市场，三元碳酸盐发射材料产量逐年增加，近几年来年产量在200吨左右。

　　对气体放电灯阴极的基体金属，根据需要可选用钍钨、钡钨、钍铼钨、稀士钨、掺杂钨、纯钨、铼稀土钨、钼、镍掺杂铁基合金等材料。对气体放电灯常用发射材料有：碱土金属氧化物、钨酸盐、铝酸盐、锆酸盐、钍钨、稀土氧化物、稀土钨等材料。所以，常用的阴极有氧化物阴极是碱土金属氧化物制成的发射体，它的功函数低。钨酸盐阴极：以钨为基体金属，钨酸钡锶为发射材料，是一种钡钨阴极。铝酸盐阴极是以多孔钨为基体金属，浸渍铝酸盐发射材料，是一种储备式阴极。钍钨阴极：含少量的ThO2钨合金经高温活化处理后，在钨表面形成钍原子薄膜，使功函数降低，电子发射能力增强。稀土钨合金阴极含少量Y2O3、Dy2O3、La2O3，等单元或多元掺杂的钨合金，经高温激活处理后电子发射能力增加。

　　热辐射光源的灯丝和气体放电灯电极是灯的心脏，用量最大的是钨丝和钨杆。1953年9月南上海灯泡厂从制粉开始经压条、拉伸试制成功第一盘国产钨丝，实现了零的突破。20世纪80年代引进国外先进钨丝生产设备和技术，经消化、吸收、创新，一大批中小钨丝厂在大江南北建立。到20世纪末，虹鹭钨钼公司以有效集成现代钨丝工业的先进技术而崛起，又一次拉动和影响中国钨丝加工业的进步和发展，开创钨丝加工业走向跨越的新格局。现存大型钨丝生产企业的关键技术装备达到世界先进水平，2008年全同钨丝年产量达215亿米，是1989年全国钨丝年产量的7.9倍，是1970年全国钨丝年产量的43倍。

　　2.1.1.绕制阴极

　　低气体放电灯均采用钨丝绕制的阴极，在钨丝螺旋的间隙中涂覆或浸渍所需电子发射材料。目前，普通结构的荧光灯丝有三大系列：单丝三螺旋灯丝、双丝三螺旋灯丝、单辅式主辅型双丝三螺旋灯丝。近年研发的特殊结构灯丝主要有椭圆形单丝三螺旋灯丝、椭网形双丝三螺旋灯丝、双辅式主辅型三丝三螺旋灯丝等三个系列，并在国内申报专利，主要目的是解决冷启动或难启动荧光灯系列的阴极寿命问题。在常规生产中，荧光灯和低压钠灯所用发射材料是三元碳酸盐(Ba、Sr、Ca)CO3，也有单位在电子粉中添加微量稀土氧化物，以改善性能。

　　高强度气体放电灯阴极的工作温度很高，常采用电极芯棒上绕制螺旋钨丝的结构，芯棒材料是钍钨、稀土钨、纯钨，外绕螺旋用纯钨丝，一般有四种结构形式，即双层螺旋电极、单层螺旋电极、双层密绕式螺旋电极和内疏外密式螺旋电极。在高压钠灯中所用的电子发射材料是钨酸盐，高压汞灯用锆酸盐，短弧氙灯、长弧氙灯、频闪灯采用铝酸盐，金卤灯采用稀土金属氧化物作为电子发射材料。

　　2.1.2.压制阴极

　　气体放电灯阴极按发射材料添加方法的不同，可以分为压制阴极和浸渍阴极。压制阴极是将发射材料和钨粉掺合在一起，压制成所需形状，经高温烧结而成。而浸渍阴极是先制成烧结态的多孔钨基体，然后将发射材料涂覆在多孔钨基体的表面而成。常用的发射材料有锆酸钡、铝酸钡钙、钨酸钡钙，这种浸渍阴极可用于超高压球形氙灯和脉冲氙灯。