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钼片－石英玻璃封接的工艺原理(第2页)
复旦大学电光源研究所 朱绍龙
来源：中国照明网
作者：朱绍龙
浏览：4499人次
发布：2008-08-04
注：其他网站转载须注明出处，转载而不注明出处者，一经查实，将追究其法律责任
许多近代节能光源都以石英玻璃作为灯壳。这时，作为导线的金属－石英玻璃封接就是必不可少的部件。它的质量直接影响灯的成品率和寿命。 众所周知，由于石英玻璃的膨胀系数很小（α＝5.4×10-7K-1），找不到膨胀系数和它接近的耐高温金属与它进行匹配封接,,,,,,,,,,,
（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
中国照明网技术论文·太阳能照明
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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。
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（5）钼片－石英玻璃之间的物理粘着力
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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。
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（6）钼片与熔化石英之间的浸润
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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。
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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。
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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。
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（7）钼――石英玻璃间粘着力与寿命的关系
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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
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（8）封接件温度限制
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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。
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（9）封接寿命比较
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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。
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中国照明网技术论文：钼片－石英玻璃封接的工艺原理[朱绍龙]
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