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高压钠灯用新型储备式电极的研究

 
2007年11月08日 10:25   消费日报


  当W-La2O3阴极上的局部温度超过氧化物和钨酸盐的熔点时,就可以在该区域观察到渗透现象的发生。在La2O3的浓度较低状态时,光通量随La2O3的浓度增加而降低。这一现象可用电子逸出功的降低所导致的电极尖端温度下降进行解释。当La3O3的质量比高于2.5%时,光通量就会随着氧化物的蒸发而降低。如向W- La2O3电极内参杂一定量的ZrO2、ThO2和La2O3在大于2000℃的温度下就会发生粗化现象,其不仅减缓了光通量的降低,而且减小了晶界运动的拖拽效应。三、一种用于高钠灯的储备式电极传统高压钠灯通常采用的是钨酸钡类电极,其缺点十分明显:耐离子轰击的能力和抗中毒能力差,电极热损耗占灯功率的比例也越大,从而限制了灯的光效。随着灯点燃时间的增加,填充在钨圈之间的有限电子发射材料较快地损耗,使电极的发射性能也较快地下降。这样即使管压较快地上升,也使光衰增大,从而限制了灯的寿命。复旦大学电光源研究所和上海罗曼电光源有限公司在多年研究的基础上,结合传统储备式电极、稀土氧化物电极和碱土氧化物电极的优势“,最近近研制出一种可用于高压钠灯的储备式电极。该电极的结构由中心钨杆和外包的含有多元氧化物的圆柱体组成。将钨粉、Al2O3、BCT以及La2O3、Y2O3、Sc2O3、Gd2O3和CeO2中的若干组合按照比例充分混合后,加入粘结剂并压制成圆柱体,插人中心钨杆后再经多次高温处理,即完成了储备式阴极的制造。该储备式阴极可分别用于100W、150W、250W和400W高压钠灯的制造。电弧管的尺寸以及电弧管填充物和传统的相同,仅将Xe启动气体的压强由4kPa(30torr)改为12kPa(90torr)。组分中钨作为基底,碱土氧化物发射物质中掺入稀土氧化物可达到明显提高电极的发射性能并延长寿命,可成倍地增加发射电流的能力。这归功于碱土氧化物和稀土氧化物的共存体具有更低的逸出功,其中La2O3和Y2O3等稀土氧化物具有的更好的起弧性和抗烧损能力,而CeO2的加人还提高了电极的可加工性。添加的Al2O3可与多元氧化物发射物形成高熔点的玻璃共融体,提高了阴极耐离子轰击和耐蒸发的能力。通过测量,在采用新型储备式电极后,各种不同规格高压钠灯的平均光通量比国际标准值高出近20%以上。将5只250W采用储备式阴极的高压钠灯燃点5000小时,每100小时分别测量光源的各种光电参数。测试数据表明,2000小时的光维持率为98.5%,远远

    高于国家标准值90%的要求,而且该灯在5000小时的光维持率依然高达96.92%。2000小时管压与初始值相比下降了4.5V;5000小时管压也仅比2000小时增加了3V。因此,可估算出用储备式阴极制造的高压钠灯的寿命将比传统电极的高压钠灯增长1倍以上(实际数据正在测试中)。5000小时后再启动的时间远远短于传统电极的再启动时间(>2min)。实验表明在工作5000小时后,储备式电极仍处于良好的工作状态。四、结论稀土氧化物电极是现阶段热电子发射电极研究的重点,在电光源领域有着良好的应用前景。其主要的研究方向可分为两个方面:复合稀土氧化物中添加物的优化配比和纳米尺度稀土氧化物结构和性能的研究。复旦大学电光源研究所与上海罗曼电光源有限公司合作开发的新型高压钠灯储备式电极结合了传统储备式电极、稀土氧化物电极和碱土氧化物电极的优势特点。测试数据表明,与传统的氧化物电子粉阴极相比,具有逸出功更低、发射电流密度更大、抗中毒性和耐离子轰击性更好等优点。储备式阴极储备了足够量的发射物质,其不断扩散至阴极表面来补充因蒸发而损失的部分,因此用它作为电极的光源具有更长的寿命,低的逸出功大大减少了电极的发热损耗,用它作为电极的光源因而具有更高的发光效率。同时,储备式阴极定量压制成型的方法克服了传统方法中不易控制电子发射材料含量的缺点,用其制造的光源的电参数具有更好的一致性,具有明显的节能和节材的特点。


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