CN1170954A - 放电灯电极 - Google Patents
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Abstract
该发明涉及一种带有电子发射物的用于放电灯的电极,电子发射物中含有锆酸钡(BaZrO3)、铪酸钡(BaHfO3)、钛酸钡(BaTiO3)以及铈酸钡(BaCeO3)一族中的一种钡化合物以及一种或多种金属组成成分。
Description
该发明涉及一种用于放电灯的电极。
在莱比锡Johann Ambrosius出版社出版的由G.赫尔曼(G.Hermann)和S.瓦格纳(S.Wagener)所著的《氧化阴极(DieOxydkathode)》第二版(1950)第二卷137～139页中，以示例方式描述了一种应用在低气压放电灯中的电极。这种电极具有一钨制的杆状双螺旋或三螺旋电极丝，电极丝上备有电子发射物。该电子发射物按标准由一含有氧化钡、氧化锶以及氧化钙的混合物组成。这种标准发射物通常是在装于灯内的电极的激化过程中，从一由摩尔百分比为45％的碳酸钡、45％的碳酸锶和10％的碳酸钙组成的发射膏中，通过相应氧化物中的碳酸盐的化学分解而获得的。这种电极不足之处是，发射膏必须由碳酸盐向氧化物转化，因为在这个过程中，必须把产生的二氧化碳排出去。此外，这种电极应用于冷起动的，即不经电极预热而点燃的低气压放电灯时寿命太短。另外，这种电极丝基于其几何形状和尺寸，对在T1和T2型荧光灯中的应用只是部分适用。
在瑞士专利申请CH449117中公布了一种用于气体放电灯的熔结电极，其电子发射物用一种带有碱土金属氧化物和过氧化物的金属粉末混合物制成。这种混合物主要含有两份碱土金属的氧化物或过氧化物和一份金属粉末。在高压即约1000～2000kg/cm2下它被压入并最终熔结在电极体上。作为氧化物和/或过氧化物，在该专利申请中明确地提到了氧化钡，作为金属粉末则举出了锆、钽和钨。这种电极的生产过程相对而言较为昂贵，而且这种电极并没有表现出足够的冷起动稳定性。
从欧洲专利申请EP0 253 316中人们已熟知一些用于低气压放电灯的具有冷起动能力的电极。它们基本上由一半导电的瓷组成。作为主要组成部分，这些电极含有一种或多种元素钛、钡、锶、钙、镧和锡的氧化物。此外，它们还有出自于元素组钇Y、镝Dy、铪Hf、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钐Sm、钆Gd、钬Ho、铒Er、铽Tb、锑Sb、铌Nb、钨W、镱Yb、钪Sc和钽Td的一种或多种添加物。这些种电极的生产过于昂贵。此外，它们只适用于比较低的不大于约50mA工作电流的低气压放电灯，但并不适用于工作电流大于100mA的低气压放电灯，如在传统的荧光灯中所出现的。
该发明的任务在于，为放电灯提供一种具有改善了的通断稳定性及冷起动性能的电极。
此任务通过权利要求1的特征部分的特征来完成。该发明的特别有益的实施结构在从属权利要求中说明。
按照本发明的电极有一电子发射物，它含有锆酸钡、铪酸钡、钛酸钡及铈酸钡族中的一种钡化合物作为主要组成成分，此外还有主要出自于锆、铪、铁、镍、铌和钽一族的金属添加剂。这些钡化合物与钡的氧化物相比具有突出的高度化学稳定性。此外，按照本发明的电极在激化时不会产生与上文提到的碳酸盐发射膏一样强烈的气体散发，因为在这个过程中，锆酸钡或铪酸钡或钛酸钡或铈酸钡并不分解。锆酸钡BaZrO3已证明可作为特别好的主要成分，它的熔点高(约2700℃)，在空气中化学性能特别稳定并不吸湿。发射物中的金属添加剂起着还原剂的作用，它们在锆酸钡或铪酸钡或钛酸钡或铈酸钡中产生剩余的自由金属钡。这赋予了发射物半导电的特性以及一低的电子逸出功。在锆酸钡里反应按如下方程式进行：
在上述反应方程式中，缩写Me代表锆或铪。对同样适宜作还原剂的金属铁、镍、钽和铌以及对按照本发明的发射物的其他钡化合物，也可以建立类似的反应方程式。
通过此剩余的金属钡，发射物的电子逸出功由约3eV-与锆酸钡的值相一致一降至约2eV。发射物中锆酸钡的含量有利地由摩尔百分比10％至99％，此时金属添加剂的含量为摩尔百分比1％～90％。已经证明当锆酸钡的摩尔百分比含量为40％～90％，以及金属组成部分含量为20％～50％摩尔百分比水平时，效果非常好。在发射物的这种组合下可以保证上文提到的反应将进行得足够慢，以防止剩余钡通过从电极上蒸发而过早耗尽。按上文提到的反应方程式进行的反应速度也可以通过对发射物添加氧化物添加剂而受到积极影响。在一些选出的按照发明的电极的实例中，发射物中有利地添加了二氧化锆和/或氧化钙以降低反应速度，这些在电子发射物中的氧化物的含量可有益地直至50％摩尔百分比。在一选出的实例中，在发射物中掺入锆酸钙以使电子逸出功有进一步的降低。
在一实例中锆酸钡部分地由锆酸锶替代。这种情况下，通过金属还原剂不仅产生自由的剩余钡，而且产生自由的剩余金属锶，它按类似的反应方程式，即与上述锆酸钡的近似，使发射物的电子逸出功下降并赋予发射物半导电特性。发射物组成成分的晶粒大小同样地对在发射物中进行的上述反应有影响，在此反应中产生剩余的金属钡。晶粒尺寸有利地为1μm～20μm。
按照本发明的电极有益地作为具有冷起动能力的杯状电极建造，它具有一杯状容器，其上固定有一引线。这样，按照发明的电极也能嵌装在T1和T2型荧光灯中，它们的管状放电管的直径只有约1/8英寸或2/8英寸，即3.2mm或6.4mm，因此不允许配备通常所应用的杆状灯丝。按照发明的电极也特别适合于应用在紧凑型荧光灯中，该灯在这期间作为通用白炽灯的节能替代产品在市面上可以买到。按照发明的电极具有较高的通断稳定性。研究表明，按照发明的电极可禁受超过300,000次的冷起动，其时灯泡每隔30秒即接通再断开一次。按照发明的杯状电极的发射物装在杯状容器的内壁上或如一特选的实施例一样填满着安装在杯状容器内的灯丝间的空隙。灯丝的螺旋轴线有益地与杯轴线平行，以便灯丝线圈可以通过卡座紧贴在杯子内壁上。这样可以把由于发射物材料的溅射和蒸发而使灯外玻壳的可能的黑化减少到最低程度。按照发明的电极的杯状容器有益地由金属铌、钽、钼、铁和镍铁中的高熔点金属组成，嵌装在杯内的电极丝有益地由钽、钼或铌制造。
下面将通过几个实例来进一步解释该发明。
图1与实例1～4相应的按照发明的电极的外形。
图2与实例5～8相应的按照发明的电极的外形。
图1表示了与实例1～4相应的按照发明的电极的结构，这些电极涉及一用于T2型荧光灯的杯状电极。这些电极具有一杯状的由铌构成的容器1，在其底部紧固有一导线2。杯状容器1被做成杯子的形状。导线穿过杯底并被紧夹在内。杯状容器的外径约为2mm，其高度约为3.5mm，厚度约0.3mm。电子发射物3安装在杯状容器1的内壁上。
第一实例中电子发射物3由40％摩尔百分含量的锆酸钡BaZrO3与30％摩尔百分含量的锆Zr，25％摩尔百分含量的二氧化锆ZrO2以及5％摩尔百分含量的氧化钙CaO混合组成。
按照第二个实例，电子发射物3由摩尔百分比为40％的锆酸钡BaZrO3与20％的锆酸钙CaZrO3、20％的锆及20％的二氧化锆ZrO2混合组成。
与第三个实例相应的电极的电子发射物由50％摩尔百分比的锆酸钡BaZrO3与30％摩尔百分比的铁Fe及20％摩尔百分比的铌Nb混合组成。
第四个实例中，按照发明的电极的电子发射物由摩尔百分含量为90％的锆酸钡BaZrO3与摩尔百分含量为10％的铪Hf混合组成。
第五个实例的电极含有摩尔百分比为48％的锆酸钡BaZrO3，其中添加了摩尔百分比为17％的锆酸锶SrZrO3及35％的钛Ti。
表中列出了根据实验得出的与实例1～5相符的电子发射物组合在不同温度下的电子逸出功。此外，表中还有作为技术标准引用的标准发射物的相应的比较值。
图2中说明了与实施例6～10相应的电极的结构。这些电极同样涉及到用于T2型荧光灯的有冷起动能力的杯状电极。这些电极具有一杯状的由铌构成的容器4，在其底部紧固有一导线5。杯状容器4被制成壁厚约0.3mm的杯子形状，导线5穿过杯底并被紧夹住。杯状容器4的外径约为2mm，其高度约为3.5mm。杯状容器4内安有一双螺旋钽灯丝6。灯丝6的线圈与杯子共轴。此外，灯丝6的线圈紧夹于杯状容器4的内壁上，电子发射物7布置在灯丝6上并填满了灯丝6间以及灯丝6与杯状容器4间的空隙。实施例6～10的发射物组成与实施例1～5一致。实例1和6以及2和7等电极的区别只在于结构而不在电子发射物上。
所有实施例中均利用晶粒尺寸为约1.2μm的锆酸钡BaZrO3来做电子发射物。金属的或氧化物的添加剂被研磨成晶粒尺寸约5μm，在应用于灯上之前，按照发明的电极会在惰性气体中烧红以使发射物激化。
本发明并不局限于上面详细解释的实施例。例如在上面的解释实施例中，杯状电极1和4也可以由钼、钽、镍或铁构成，灯丝6也可以由钼、钨或铌构成。作为电子发射物的金属添加剂，除了锆、铪、铌和铁外，镍、钽、铬、钼、钨和钒也同样适用。此外也能利用钡化合物铪酸钡(BaHfO3)、钛酸钡(BaTiO3)和铈酸钡(BaCeO3)而取代锆酸钡。
表：与标准发射物相对照，根据实验得出的按照实施例的发射物组成的电子逸出功
| 按照实例号数的发射物组成 | 温度℃ | 电子逸出功eV |
| 1和6 | 750850 | 1.962.05 |
| 2和7 | 750850 | 2.022.14 |
| 3和8 | 850950 | 2.312.32 |
| 4和9 | 750850950 | 2.122.202.26 |
| 5和10 | 750850950 | 2.062.132.18 |
| 标准发射物 | 750850 | 1.932.03 |
Claims (18)
1.用于放电灯的带有含有一种钡化合物的电子发射物的电极，其特征在于，钡化合物来自于锆酸钡(BaZrO3)、铪酸钡(BaHfO3)、钛酸钡(BaTiO3)以及铈酸钡(BaCeO3)一族，而且电子发射物另外含有一种或多种金属组成成分。
2.按照权利要求1的电极，其特征在于，钡化合物是锆酸钡(BaZrO3)。
3.按照权利要求1的电极，其特征在于，金属组成成分出自于锆、铪、铁、镍、钛、铌、钽、钼、钨、钒和铬一族。
4.按照权利要求1的电极，其特征在于，电子发射物中含有二氧化锆(ZrO2)和/或氧化钙(CaO)。
5.按照权利要求1的电极，其特征在于，来自于锆酸钡(BaZrO3)、铪酸钡(BaHfO3)、钛酸钡(BaTiO3)以及铈酸钡(BaCeO3)一族的钡化合物在电子发射物中的摩尔百分含量为10％～99％。
6.按照权利要求1的电极，其特征在于，电子发射物中金属组成成分的摩尔百分含量为1％～90％。
7.按照权利要求4的电极，其特征在于，电子发射物中的二氧化锆(ZrO2)和/或氧化钙(CaO)的摩尔百分含量可至50％。
8.按照权利要求5的电极，其特征在于，电子发射物中出自于锆酸钡(BaZrO3)、铪酸钡(BaHfO3)、钛酸钡(BaTiO3)以及铈酸钡(BaCeO3)一族的钡化合物的摩尔百分含量为40％～90％。
9.按照权利要求6的电极，其特征在于，电子发射物中金属组成部分的摩尔百分含量为20％～50％。
10.按照权利要求1的电极，其特征在于，电子发射物中包含有锆酸钙(CaZrO3)。
11.按照权利要求2的电极，其特征在于，锆酸钡(BaZrO3)部分地由锆酸锶(SrZrO3)代替。
12.按照权利要求1的电极，其特征在于，发射物组成成分的晶粒尺寸为1μm～2μm。
13.按照权利要求1的电极，其特征在于，电极是一杯状电极，具有一杯状容器(1、4)和紧固于其上的导线(2、5)。
14.按照权利要求13的电极，其特征在于，杯状容器(1，4)是一出自于铌、钽、铁、镍和钼一族的金属制成。
15.按照权利要求13的电极，其特征在于，电子发射物(3，7)安放于杯状容器(1，4)的内壁上。
16.按照权利要求13的电极，其特征在于，电极具有一安置在杯状容器(4)内部的电极丝(6)，电子发射物(7)在电极丝(6)上和/或电极丝线圈间的空隙中安放。
17.按照权利要求16的电极，其特征在于，电极丝(6)依靠卡座紧贴在杯状容器(4)的内壁上，并且电极丝(6)的线圈轴线与杯轴平行。
18.按照权利要求16的电极，其特征在于，电极丝由一出自于钽、铌、钨和钼一族的金属制成。
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