CN104178675B - 陶瓷金卤灯的发射材料、其制备方法及应用 - Google Patents

陶瓷金卤灯的发射材料、其制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

一种陶瓷金卤灯的发射材料，按照质量百分比计，由以下组分组成：0.05%～0.5%的氧化铪，0.5%～3%的氧化镧，0.05%～10%的氧化钇，余量为钨。上述陶瓷金卤灯的发射材料无放射性污染。本发明还提供一种陶瓷金卤灯的发射材料的制备方法、陶瓷金卤灯电极及陶瓷金卤灯。

Description

陶瓷金卤灯的发射材料、其制备方法及应用
技术领域
本发明涉及一种陶瓷金卤灯的发射材料、其制备方法、陶瓷金卤灯电极及陶瓷金卤灯。
背景技术
陶瓷金卤灯电极包括引出线、连接杆及电极棒，引出线及电极棒分别与连接杆的两端连接，且引出线、连接杆及电极棒同轴电极棒作为放电电弧的起端或者末端，具有在高温下抗卤化物化学腐蚀；引出线与陶瓷电弧管的袖管具有相近的热膨胀系数，起到气密封接的作用；而连接杆，不但起连接电极棒与引出线的作用，以及起到避免卤化物对引出线腐蚀的作用。陶瓷金卤灯电极的发射材料通常收容在饶设于电极棒一端的钨丝螺旋体内。
二氧化钍为常用的发射材料。二氧化钍作为发射材料，可以降低钨的功函数，有利于电极棒在较低的温度下工作，有效地抑制金属钨的蒸发以及在电弧管壁的沉积，从而保证金卤灯的正常工作。但是钍是放射性元素，在生产和使用中存在放射性污染。
发明内容
基于此，有必要提供一种无放射性污染的陶瓷金卤灯的发射材料、其制备方法、陶瓷金卤灯电极及陶瓷金卤灯。
一种陶瓷金卤灯电极，一种陶瓷金卤灯的发射材料，按照质量百分比计，由以下组分组成：0.05%～0.5%的氧化铪，0.5%～3%的氧化镧，0.05%～10%的氧化钇，余量为钨。
在其中一个实施例中，所述发射材料为粒径为0.1mm～0.3mm的球状颗粒。
一种陶瓷金卤灯的发射材料的制备方法，包括以下步骤：
提供原料，所述原料按照质量百分比计，由以下组分组成：0.05%～0.5%的氧化铪，0.5%～3%的氧化镧，0.05%～10%的氧化钇，余量为钨；
将所述原料放入高能球磨机中，加入钨球作为球磨介质，在保护性气体的氛围下，对所述原料进行高能球磨处理30小时～60小时得到粉末；
将所述粉末压制成型，然后在1460℃～1480℃、还原性气体的氛围下烧结20分钟～50分钟，得到陶瓷金卤灯的发射材料。
在其中一个实施例中，所述高能球磨处理时的球磨转速为180转/分～250转/分，球料比为8～15:1，球装填系数为5%～9%。
在其中一个实施例中，将所述粉末压制成型的步骤中，将所述粉末压制成粒径为0.1mm～0.3mm的球状颗粒。
一种陶瓷金卤灯电极，包括钨杆及绕设于所述钨杆外的钨丝，所述陶瓷金卤灯电极还包括收容在所述钨丝内的发射材料，所述发射材料按照质量百分比计，由以下组分组成：0.05%～0.5%的氧化铪，0.5%～3%的氧化镧，0.05%～10%的氧化钇，余量为钨。
在其中一个实施例中，还包括钼丝螺旋体，所述钼丝螺旋体绕设于所述连接杆。
在其中一个实施例中，所述发射材料为粒径为0.1mm～0.3mm的球状颗粒。
一种陶瓷金卤灯，包括上述的陶瓷金卤灯电极。
在其中一个实施例中，还包括发光药丸，所述发光药丸的材料包括碘化钠、碘化铊及碘化铟，所述碘化钠、所述碘化铊及所述碘化铟的摩尔比为0.005～0.015:6.0×10-4～7.0×10-4:4.0×10-5～4.7×10-5。
上述陶瓷金卤灯的发射材料、其制备方法、陶瓷金卤灯电极及陶瓷金卤灯，陶瓷金卤灯的发射材料由氧化铪、氧化镧、氧化钇及钨组成，无放射性材料，从而避免了放射性污染；氧化镧可以有效地降低钨金属的功函数，从而提高金卤灯的光效，但其挥发性高，而氧化铪的加入可与氧化镧生成稳定的混合物，避免氧化镧挥发从而有效地提高了电极的寿命，另外氧化钇的加入可以抑制钨颗粒的生长，并且颗粒结构可控，颗粒尺寸较小，这样在金卤灯工作时，氧化镧沿着钨颗粒表面，从发射内部扩散到表面的的时间得到延长，从而进一步提高了金卤灯的寿命。
附图说明
图1为一实施方式的陶瓷金卤灯的结构示意图；
图2为检测使用的电光源快速光色测试系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对陶瓷金卤灯的发射材料、其制备方法、陶瓷金卤灯电极及陶瓷金卤灯进一步阐明。
请参阅图1，一实施方式的陶瓷金卤灯包括陶瓷金卤灯电极10、发射材料20、钼箔30、引出线40、陶瓷电弧管50及发光药丸（图未标）。发光药丸收容在陶瓷电弧管50内。陶瓷金卤灯电极10为钨杆，外面缠绕钨丝，而发射材料20以小球的形式置于电极10的钨丝内。另外，陶瓷金卤灯电极10通过钼箔30与引出线40相连，钼箔30由于接触面积大，利于提高与电弧管袖管的密封性。此外，引出线40的材料为金属铌，直接与电弧管外的导线相连。
发射材料20收容在钨丝内，位于钨丝及钨杆之间的间隙内。发射材料，按照质量百分比计，由以下组分组成：0.05%～0.5%的氧化铪，0.5%～3%的氧化镧，0.05%～10%的氧化钇，余量为钨。
优选的，发射材料为粒径为0.1mm～0.3mm的球状颗粒。
上述发射材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S110、提供原料，原料按照质量百分比计，由以下组分组成：0.05%～0.5%的氧化铪，0.5%～3%的氧化镧，0.05%～10%的氧化钇，余量为钨。
优选的，上述材料均为颗粒状，粒径为2μm～5μm。
步骤S120、将原料放入高能球磨机中，加入钨球作为球磨介质，在保护性气体的氛围下，对所述原料进行高能球磨处理30小时～60小时得到粉末。
优选的，高能球磨处理时的球磨转速为180转/分～250转/分，球料比为8～15:1，球装填系数为5%～9%。
优选的，保护性气体为氩气或氮气。
优选的，钨球的直径为1mm～5mm。
步骤S130、将粉末压制成型，然后在1460℃～1480℃、还原性气体的氛围 下烧结20分钟～50分钟，得到陶瓷金卤灯的发射材料。
优选的，还原性气体为氢气。
优选的，将粉末压制成型的步骤中，将粉末压制成粒径为0.1mm～0.3mm的球状颗粒。
上述发射材料的制备方法操作简单。
发光药丸的材料包括碘化钠（NaI）、碘化铊（TII）及碘化铟（InI3）。碘化钠（NaI）、碘化铊（TII）及碘化铟（InI3）的摩尔比为0.005～0.015:6.0×10-4～7.0×10-4:4.0×10-5～4.7×10-5。
优选的，发光药丸的直径为0.3mm～0.8mm。
优选的，发光药丸的粒重为0.3mg～1.1mg。
上述发光药丸的制备方法，包括以下步骤：
步骤S210、将碘化钠（NaI）、碘化铊（TII）及碘化铟（InI3）混合后形成的混合物在130℃下真空处理50分钟。
碘化钠（NaI）、碘化铊（TII）及碘化铟（InI3）的摩尔比为0.005～0.015:6.0×10-4～7.0×10-4:4.0×10-5～4.7×10-5。
优选的，将混合物放置在具有喷嘴的石英容器中进行真空处理。
步骤S220、将混合物加热至熔融，搅拌30分钟。
步骤S230、在保护性气体的氛围下，将熔融的混合物制成球状并冷却得到发光药丸。
优选的，保护性气体选自氩气及氮气中的至少一种。
优选的，通过喷嘴喷出熔融的混合物以将熔融的混合物制成球状。
优选的，发光药丸的直径为0.3mm～0.8mm。
优选的，发光药丸的粒重为0.3mg～1.1mg。
步骤S240、将发光药丸放置在高真空系统中以除去吸附在发光药丸表面的微量杂气。
发光药丸在保护性气体的氛围中冷却时表面会附着微量的保护性气体，即为微量杂气。
步骤S250、将发光药丸在水和氧含量低于1ppm的手套箱内进行筛分。
该步骤中，筛分时根据需要挑出不合规格的发光药丸。
当然，陶瓷金卤灯还包括其他必要部件，在此不一一赘述。
上述陶瓷金卤灯的发射材料20由氧化铪、氧化镧、氧化钇及钨组成，无放射性材料，从而避免了放射性污染；氧化镧可以有效地降低钨金属的功函数，从而提高金卤灯的光效，但其挥发性高，而氧化铪的加入可与氧化镧生成稳定的混合物，避免氧化镧挥发从而有效地提高了电极的寿命，另外氧化钇的加入可以抑制钨颗粒的生长，并且颗粒结构可控，颗粒尺寸较小，这样在金卤灯工作时，氧化镧沿着钨颗粒表面，从发射内部扩散到表面的的时间得到延长，从而进一步提高了金卤灯的寿命。
以下结合具体实施例对本发明提供的陶瓷金卤灯进行详细说明。
实施例1
陶瓷金卤灯包括陶瓷金卤灯电极10、发射材料20、钼箔30、引出线40、陶瓷电弧管50及发光药丸（图未标）。发光药丸收容陶瓷电弧管50内。陶瓷金卤灯电极10为钨杆，外面缠绕钨丝，而发射材料20以小球的形式置于电极10的钨丝内。另外，陶瓷金卤灯电极10通过钼箔30与引出线40相连，钼箔30由于接触面积大，利于提高与电弧管袖管的密封性。
发射材料的组成为：0.05wt%氧化铪（wt%为质量百分比，下同），1wt%氧化镧，6wt%的氧化钇，其余为钨。发射材料的粒径为0.2mm。
发光药丸中碘化钠，碘化铊和碘化铟的摩尔比为0.01:6.6×10-4:4.4×10-5。发光药丸的重量为0.7mg，粒径为0.5mm。
使用电光源快速光色测试系统检测400W陶瓷金卤灯的发光效率（光通量与功率的比值）及色温。电光源快速光色测试系统（复旦大学光电实验室提供）的结构示意图如图2所示。其中，其中SSPD为美国EG&G Ret icon～T C512的线性自扫描二极管阵列，多色仪为全息光栅多色仪。该系统的光谱分辨率为1nm，波长重复性为0.4nm，所有电参数的测量误差均为1%，另外光通量测试误差<0.1%，色温误差<±0.3%。
在金卤灯正常工作200h后，使用电光源快速光色测试系统测试得到，陶瓷 金卤灯的发光效率为71Lm/w，显色指数为82，相对色温为3920K。
测试方法为：每次测试前，用色温为2856K的标准光源，先对系统进行光通量定标和光谱定标。开始测试光源前，先在球内燃点陶瓷金卤灯20分钟以上，使光源稳定燃点，每一组陶瓷金卤灯样品量为12个，其中竖直点灯为6个，水平点灯为6个，光源在每个测试点的每个参数取这些有效灯参数的平均值。
实施例2
实施例2的陶瓷金卤灯的结构与实施例1中的陶瓷金卤灯结构大致相同，其不同之处在于，实施例2中，发射材料的组成为：0.1wt%氧化铪，1wt%氧化镧，6wt%的氧化钇，其余为钨，发射材料的粒径为0.1mm；其他与实施例1相同。
发光药丸中碘化钠，碘化铊和碘化铟的摩尔比为0.01:6.6×10-4:4.4×10-5。发光药丸的重量为1.1mg，粒径为0.8mm。
在金卤灯正常工作200h后，使用电光源快速光色测试系统测试得到，陶瓷金卤灯的发光效率为76Lm/w，显色指数为87，相对色温为3990K。
实施例3
实施例3的陶瓷金卤灯的结构与实施例1中的陶瓷金卤灯结构大致相同，其不同之处在于，实施例3中，发射材料的组成为：0.3wt%氧化铪，1wt%氧化镧，6wt%的氧化钇，其余为钨，发射材料的粒径为0.15mm；其他与实施例1相同。
发光药丸中碘化钠，碘化铊和碘化铟的摩尔比为0.01:6.6×10-4:4.4×10-5。发光药丸的重量为0.9mg，粒径为0.7mm。
在金卤灯正常工作200h后，使用电光源快速光色测试系统测试得到，陶瓷金卤灯的发光效率为75Lm/w，显色指数为85，相对色温为3950K。
实施例4
实施例4的陶瓷金卤灯的结构与实施例1中的陶瓷金卤灯结构大致相同，其不同之处在于，实施例4中，发射材料的组成为：0.5wt%氧化铪，1wt%氧化镧，6wt%的氧化钇，其余为钨，发射材料的粒径为0.3mm；其他与实施例1相同。
发光药丸中碘化钠，碘化铊和碘化铟的摩尔比为0.01:6.6×10-4:4.4×10-5。发光药丸的重量为0.9mg，粒径为0.7mm。
在金卤灯正常工作200h后，使用电光源快速光色测试系统测试得到，陶瓷金卤灯的发光效率为73Lm/w，显色指数为81，相对色温为3930K。
实施例5
实施例5的陶瓷金卤灯的结构与实施例1中的陶瓷金卤灯结构大致相同，其不同之处在于，实施例5中，发射材料的组成为：0.1wt%氧化铪，0.5wt%氧化镧，6wt%的氧化钇，其余为钨，发射材料的粒径为0.2mm；其他与实施例1相同。
发光药丸中碘化钠，碘化铊和碘化铟的摩尔比为0.01:6.6×10-4:4.4×10-5。发光药丸的重量为0.3mg，粒径为0.3mm。
在金卤灯正常工作200h后，使用电光源快速光色测试系统测试得到，陶瓷金卤灯的发光效率为69Lm/w，显色指数为76，相对色温为3900K。
实施例6
实施例6的陶瓷金卤灯的结构与实施例1中的陶瓷金卤灯结构大致相同，其不同之处在于，实施例6中，发射材料的组成为：0.1wt%氧化铪，3wt%氧化镧，6wt%的氧化钇，其余为钨，发射材料的粒径为0.15mm；其他与实施例1相同。
发光药丸中碘化钠，碘化铊和碘化铟的摩尔比为0.01:6.6×10-4:4.4×10-5。发光药丸的重量为0.7mg，粒径为0.5mm。
在金卤灯正常工作200h后，使用电光源快速光色测试系统测试得到，陶瓷金卤灯的发光效率为74Lm/w，显色指数为83，相对色温为3940K。
实施例7
实施例7的陶瓷金卤灯的结构与实施例1中的陶瓷金卤灯结构大致相同，其不同之处在于，实施例7中，发射材料的组成为：0.1wt%氧化铪，1wt%氧化镧，0.05wt%的氧化钇，其余为钨，发射材料的粒径为0.2mm；其他与实施例1相同。
发光药丸中碘化钠，碘化铊和碘化铟的摩尔比为0.01:6.6×10-4:4.4×10-5。发光药丸的重量为0.7mg，粒径为0.5mm。
在金卤灯正常工作200h后，使用电光源快速光色测试系统测试得到，陶瓷金卤灯的发光效率为73Lm/w，显色指数为80，相对色温为3920K。
实施例8
实施例8的陶瓷金卤灯的结构与实施例1中的陶瓷金卤灯结构大致相同，其不同之处在于，实施例8中，发射材料的组成为：0.1wt%氧化铪，1wt%氧化镧，10wt%的氧化钇，其余为钨，发射材料的粒径为0.15mm；其他与实施例1相同。
发光药丸中碘化钠，碘化铊和碘化铟的摩尔比为0.01:6.6×10-4:4.4×10-5。发光药丸的重量为0.7mg，粒径为0.5mm。
在金卤灯正常工作200h后，使用电光源快速光色测试系统测试得到，陶瓷金卤灯的发光效率为71Lm/w，显色指数为80，相对色温为3900K。
对比例
对比例的陶瓷金卤灯的结构与实施例1中的陶瓷金卤灯结构大致相同，其不同之处在于，对比例中，发射材料为二氧化钍，发射材料的粒径为0.2mm；其他与实施例1相同。
在金卤灯正常工作200h后，使用电光源快速光色测试系统测试得到，陶瓷金卤灯的发光效率为69Lm/w，显色指数为79，相对色温为3900K。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.一种陶瓷金卤灯的发射材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供原料，所述原料按照质量百分比计，由以下组分组成：0.05％～0.5％的氧化铪，0.5％～3％的氧化镧，0.05％～10％的氧化钇，余量为钨，所述原料为粒径为2μm～5μm的颗粒；
将所述原料放入高能球磨机中，加入钨球作为球磨介质，在保护性气体的氛围下，对所述原料进行高能球磨处理30小时～60小时得到粉末，所述高能球磨处理时的球磨转速为180转/分～250转/分，球料比为8～15:1，球装填系数为5％～9％；
将所述粉末压制成型，将所述粉末压制成粒径为0.1mm～0.3mm的球状颗粒，然后在1460℃～1480℃、还原性气体的氛围下烧结20分钟～50分钟，得到陶瓷金卤灯的发射材料。
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