电光源材料的科技进步和发展趋势[2]

　　2.1.3.车制阴极

　　大功率气体放电灯的电极直径从几毫米到20多毫米，通常采用电子逸出功较小的钍钨、稀土钨或纯钨棒车削而成。对于直流电燃点的气体放电灯，阳极直径要比阴极大得多，阳极一般采用纯钨棒，并在前端车削成环形散热槽，以增加散热面积，而钍钨阴极尖端为锥形，大功率直流超高压氙灯常用车制电极。

　　2.1.4.杯筒状阴极

　　冷阴极荧光灯和霓虹灯常用杯状或筒状电极，冷阴极荧光灯的管内径为Φ1.2～8mm，是具有外形小、亮度高、寿命长、耗电低等优点的线光源。传统的片状冷阴极的基体金属是镀镍铁皮，一面涂钛汞齐作汞的释放剂，另一面涂锆铝吸气剂，但这种形状的电极材料不耐离子轰击，为此研制耐离子轰击的电极成为热点，现认为杯筒状阴极中使用效果较好的材料有镍、掺杂铁基合金、钼、钨镍等。国内还自主研发了粉末多孔型耐温材料和喇叭型钨丝冷阴极。

　　2.2.玻璃材料

　　灯用玻璃用于制造灯管、泡壳、芯柱、排气管、灯具反光罩、放电管等，灯刚泡壳材料主要有玻璃、石英玻璃、陶瓷玻璃三类。近30年来，中国灯用玻璃行业的科技进展明显：(1)具有从低熔点玻璃到耐高温的石英玻璃和陶瓷玻璃等系列泡壳材料，玻璃品种不断增加，生产规模不断扩大，灯用玻璃的产量名列世界前茅;(2)生产技术水平不断提高，热耗下降，熔化率高;(3)低羟基石英玻璃连续电熔、硼硅玻璃等的电助熔达到国际水平;(4)无铅玻璃生产技术迅速发展，基本解决了紧凑型荧光灯的需求，有些产品已获得国家发明号利。

　　2.2.1.常用玻璃

　　铂组玻璃是用于普通灯泡玻壳和荧光灯玻管的传统玻璃材料，大多数采用钠钙硅酸玻璃制成，一般称为“石灰料”。而传统的普泡和荧光灯芯柱大多使用铅玻璃，其含铅量在5%～30%变化，现逐步被无铅玻璃替代。无铅玻璃的生产规模发展较快，品质已达铅玻璃的水平，且售价较低，低钠无铅玻璃可替代铅玻璃制作芯柱、紧凑型节能灯管及其外罩等。无铅玻璃主要化学成份是：SiO2+A12O3 70%～72%，B2O3 l%～2%，CaO+MgO+BaO 9%-15%，Na2O+K2O+Li2O 14%～18%。

　　国内开发的无铅钾钡玻璃，填补了国内空白，获得国家发明专利，其核心技术玻璃配方具确自主知识产权，它区别于国外同类产品，又优于低铅玻璃耐电子轰击性能，其热加工性能良好。

　　2.2.2.石英玻璃

　　石英玻璃是电光源、半导体、光通信、激光技术的基础材料，誉有“玻璃王”之称，是高强度气体放电灯的良好泡壳材料。在1949年以前中国的石英玻璃工业是空白，1956年列入国家规划，1957—1966年以研究生产工艺为主，1967—1977年相继形成规模生产;1976年研究成功连熔工艺，1978年以后为改造落后工艺和设备，从日本、法国、美国、德国、英国引进石英制造技术和装备，1991年从英国GB公司引进电熔连熔技术和装备，以生产电光源石英管为主。通过10余年的技术创新，现在中国石英玻璃工业的主要生产技术和装备已达到世界先进水平，拉管直径由Ф16mm提高到Ф400mm，单台炉产量由50吨提高到200吨，2008年电光源石英玻璃产量3万余吨，是1975年产量的174倍，已占世界总产量的70%。

　　石英玻璃按制造热源不同分为两类：一是电熔石英玻璃，主要用于电光源产品;二是气炼石英玻璃，主要用于半导体工业。中国石英玻璃工业取得很大成绩，现有多种型号连熔炉240台，有力地推动高强度气体放电灯的发展，按石英管直径分为三档：小直径d03~60mm，中等直径中61~200mm.大口径中201～400mm.现在电光源石英玻璃的品种有10余个，按用途分类有：碘钨灯用石英管、汞灯用石英管、无臭氧石英管、截紫外石英管、低熔点石英管、红外加热用石英管、彩色石英管、超高压汞灯用石英管、金卤灯用石英管、高强度氙灯用石英管、大口径石英管、石英棒、石英板等，其中许多品种质量达到美国GE公司同类产品水平。

　　2.3.灯用荧光材料

　　20世纪50年代初期，中国开始研制荧光粉，60年代初至70年代末是卤粉生产的发展阶段。1980年上海复旦大学研制成功稀土三基色荧光粉，1981年在上海跃龙化工厂和上海荧光材料厂同时转化成产品，在国内首先批量生产铝酸盐体系三基色稀土荧光粉，20世纪90年代中期以后，磷酸盐体系得到开发，并出现快速发展的势头。进入21世纪，由于生产设备改进和技术创新，中国荧光粉生产企业规模扩大、质量提高，生产企业的整体水平取得长足进步。现在很多荧光粉企业和科研院校在LED用荧光粉方面进行研发与生产，质量不断提高，许多产品已达到使用要求。

　　2.3.1.卤磷酸钙荧光粉(卤粉)

　　自20世纪70年代以来，国产卤粉生产发展较快。由于发光效率较高，原料易得而又无毒、价格便宜及稳定性较好，使它在荧光灯市场占有一定份额。1987年辽宁营口荧光材料厂引进美国先进的卤粉生产设备技术及检测仪器，经消化、吸收、创新，促进国产卤粉生产的科技进步。2008年全国卤粉年产量约5000吨，其中辽宁金锚实业有限公司的卤粉年产量达2378吨，占全国年产量的47%，部分产品出口国外市场。

　　国内卤粉生产水平较高的企业解决的关键是：(1)解决原料的纯度和骨架材料磷酸氢钙的晶型、粒度的控制，即采用动态合成二次脱水以制备磷酸氢钙的方法;(2)使用带保护气氛的隧道式窑炉进行烧结;(3)是颗粒表面的后处理工序;(4)生产设备的自动化及微机控制。

　　综观国内卤粉生产厂家，产品质量良莠不齐。细管径荧光灯生产线要求提供不球磨荧光粉，对卤粉质量提出更高要求，可以认为：谁的卤粉解决了颗粒特性问题，谁就有能力在市场竞争中占优势。因此，从某种意义上讲，表面特性的好坏是各生产厂制造荧光粉水平有差异的一个重点所在。

　　2.3.2.灯用稀土荧光粉

　　改革开放30年来，中国已成为全球稀土节能灯的制造中心，在中国国土上生产的紧凑型节能灯的产量已占全球总产量的80%，南于稀土节能光源的节能环保符合能源和减排政策，已成为人们追求中的发展点。中国灯用稀土三基包荧光粉的产销量从1985年的1.2吨到2007年的5800吨，已成为稀土荧光粉生产大国，2008年由于国际金融危机，年产量下降为5300吨。中国稀土荧光粉生产企业目前规模较大的约有20家，企业发展的特点是：(1)通过资源整合，呈多元化发展趋势，民营企业在数量上占有优势;(2)企业向规模化发展，大、中规模企业同时并存;(3)建设产业基地，建立产业支撑体系平台;(4)上下游产业形成产业链：稀土发光材料生产企业和稀土分离企业直接相关联的有3家，与制灯企业直接相关联的有3家。灯用稀土荧光粉产品质量大有提高，品种齐全，绝大多数产品质量达到国外先进水平，部分产品的出口量不断增加。

　　进入2l世纪以来，中国灯用稀土荧光粉的生产：技术与节能荧光灯的生产技术同步增长，其产品质量和产量也同步增长。稀土荧光粉主要应川于紧凑型荧光灯、球型(带罩)荧光灯、高显色荧光灯等。还应用于植物生长灯、治疗保健灯、无汞荧光灯等特种灯。

　　2.3.3.LED荧光粉

　　随着LED应用领域的不断扩大，对LED荧光粉的需求量越来越大。目前，国内LED生产企业使用的荧光粉一部分从日亚化学公司购买。国内经过多年研制，生产的LED荧光粉的质量和产量逐步提高，很多产品已基本满足使用要求，并开发了具有自主知识产权的“蓝光激发超高亮度照明白光LED灯用YAG荧光粉”，已形成白光照明LED专用荧光粉的生产线，产品具有亮度高、形貌好、颗粒分布适宜、易于配胶、涂覆效果好等特点，并且不含放射性物质，是无毒、无害的环保产品。

　　2.4. 充填物质和吸气剂

　　为提高电光源产品的发光特性和寿命，根据不同要求应添加充填物质和吸气剂，如气体放电灯内充填物质一般有金属(钠、汞等)、金属卤化物及惰性气体;卤钨灯内充填卤素或卤化物;使用吸气剂是为了提高灯泡的真空度。

　　2.4.1.固汞

　　汞齐和含汞的固态物统称为同汞，而汞齐是Hg与Bi、In、Sn、Zn等金属元素组成的汞合金的统称，它具有使汞蒸汽压在一个较宽温度内保持变化不大的优点，在低气压放电灯中得到广泛应用。

　　在20世纪80年代以前，低压汞灯产品基本上均采用滴汞法，即在灯内直接注入液汞，实际操作中往往过量注汞，造成浪费和污染环境，灯管质量也不稳定。为解决上述问题，国内研究了汞齐(固汞)，从而可精确控制灯内的汞含量，减少汞污染和汞斑，提高灯管品质。通过20多年研发和生产，国内专业生产汞齐的企业采用多项发明专利，使用高纯度的原料，先进的生产手段和丁艺技术，制造从汞含量60%的超低温固汞到工作温度为150℃的高温铟汞及其配套的辅助汞齐等几十种产品，年产量约25吨，适用于各类荧光灯、无极荧光灯和紫外线灯等光源产品。

　　(1)常用汞齐

　　国产汞齐生产技术成熟，质量稳定，按温度把汞齐分为三类：

　　①低温汞齐系列：含汞量较高，可直接替代液汞，免用辅助汞齐，应用于各裸灯。汞齐组成为Bi—Sn—Hg、Zn—Hg、Bi—Zn—Hg、Zn—Sn—Hg，其温度区域的中心值在蒸汽压0.8Pa时为40～55℃

　　②中温汞齐系列：其组成为Bi—Pb—Sn—Hg，当蒸汽压为0.8Pa时，工作区域中心值为55～75℃，可应用于敞开的3U、4U和小功率球灯，视产品档次确定是否需用辅助汞齐。

　　③高温汞齐系列：其工作温度中心值在蒸汽压0.8Pa时为75～95℃，汞齐组成为Bi—In—Hg、In—Ph一Hg，必须配用辅助汞齐，一般应用于球灯、大功率螺旋灯、火箭炮等。