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拾无·阿超

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荧光灯质量工艺分析(排气工序)  

2006-08-27 18:22:18|  分类: 电光源 |  标签: |举报 |字号 订阅

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在荧光灯生产过程中,排气是一个重要的生产工序,其工艺的合理与否,对能否保证产品质量及合格率的高低是及其重要的。排气过程经完成管内除气、灯管内表面除气、阴极分解激活、注汞、充入氩气等。在完成这些工艺过程中,如有不当,就可能直接影响灯的寿命、光衰退、发黄、发黑等质量问题。M^9
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1、 荧光灯排气各阶段的作用@gYhS
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灯管的烘烤灯管玻璃的表面和内部都吸附有含有许多杂质气体。灯管表面及内部吸附气体是由于下列原因:^
玻璃表面的气体吸附})W]F4
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1、杂质气体分子碰着玻璃表面会象液体一样凝结在物体表面。\1\{I
2、物体因表面的分子具有盈余化学价力,电的引力,使杂质气体分子贴附在物体表面。vGgB
3、固体表面周围气体压强大,固体表面吸附的气体量就大,压强减小,固体表面吸附的气体量就少,多余的杂质气体又释放回空间。?fI
玻管的内部气体吸气6&Q9
玻管内含有气体,玻璃的结构和其他物质一样,各分子间并不完全密实,实际上有很多空隙,玻璃中孔的空隙不小于3.22埃,有孔性是一切固体的物理通性,在这些孔内常含有相适应的气体分子。这些气体分子由于外界压强和温度的改变而增加或减少,因此采用减少管内气压和升高温度来减少灯内气体是极其有效的办法。z3
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玻管除气温度的选择和时间关系HVN7
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对于一般的电真空用玻璃,烘烤温度选择为350摄氏度较为合理,但是为了提高生产效率,&-`@
在可能的情况下,提高烘烤温度缩短抽气时间,一般可选择500摄氏度左右,时间为12—15分钟,同时要求在尽可能短的时间内使温度升高到500度,力求玻管内部彻底去气,同时要求在整个排气过程中灯管应保持相当高的温度,使已去气的灯管不再吸气。MQs
阴极分解[@,IkN
荧光灯阴极在排气过程中分解的好坏,对灯的性能和寿命有决定性的影响,阴极分解在较高真空中对阴极通入一定电流后产生的焦耳热使碱土金属三元碳酸盐分解。%H+~w
MeCO MeO+CO ↑ (Me表示钡、锶、钙)JMEgC~
碳酸盐分解的速度(所加电流高低与时间长短)与抽气速度要相适应,否则就会产生阴极碳酸盐分解不彻底和分解过重,而影响灯的质量。PZ9$
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汞在荧光灯中的作用a
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荧光灯是低气压汞蒸汽放电灯,灯放电时,汞在灯管中产生波长为2537埃紫外线,荧光粉吸收2537埃紫外线能量发出可见光。达到照明目的。DQ4IJ3
汞的纯度不高,量太多太少或制灯工艺不当,形成汞的化合物,会在灯管内造成汞吸附,从而影响灯的光通和衰退。ZIKa
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氩气在荧光灯中的作用D*LC
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氩气是大家所熟悉的气体,它与任何金属都不起化学作用而生成氩的化合物。由于氩的氩稳电位比汞的电离电位略高,能很好产生潘宁效应,有利于帮助汞的电离,从而达到帮助起跳的目的。另一方面,在真空炙热状态的阴极易蒸发,由于氩的充入,加大了灯管中的气体压强,大大减少了阴极的蒸发速度,同时也可降低正离子的能量,减少了阴极的溅射,保护了阴极,提高了阴极的使用寿命。g
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荧光灯排气对质量的影响4B'a>:
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在排气过程中,由于设备不良、操作不当、原材料不符合要求等因素,都会影响荧光灯的质量,产生各种弊病。下面就荧光灯在排气过程中产生的几种常见的弊病分析、产生的原因谈谈解决的办法。lmFOzs
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起跳不良0)!
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灯管经排气老练后在190—220伏的电源下一分钟不能正常工作都属于起跳不良。起跳不良是由于灯内真空度不高、阴极电子粉极少、充入灯内的氩气压力不当造成。`$x~
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真空度不高对灯管起跳的影响Q;:
所谓真空度不高就是说在制成的灯管中混有杂质气体(是指不能与汞形成潘宁效应,无助于汞电离的气体都称为杂质气体),如氧气、氮气、一氧化碳和水蒸汽化合物等。由于氧及氮存在于灯管中,它影响着氩与汞电离,原因是氧与氮的激发不能促使汞的电离,因为他们的激发电位比汞的电离电位低得多(氧的激发电位为6.1电子伏,氮为7.9电子伏,汞为10.4电子伏),它的存在阻碍氩与汞原子碰装几率,它们的含量越多,阻碍作用越大,防碍了汞放电的产生。由于水蒸气及碳氢化合物的存在,它们在电场和高温情况下分解和电离成氧、氢、碳的原子,氧与氢化合使阴极的盈余钡原子被氧化而蒸发,迁移到阴极附件管壁上(成为黄黑块),碳就吸附在阴极表面,造成阴极发射不良,也影响放电的建立。;
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真空度不高的原因和在灯管上的反应y
(真空度不高)UT
a、机械泵本身的抽气速率小,极限真空度不高,泵内油少或温度太高。ou
b、真空系统气密性差,有慢漏现象。27
c、真空系统中不清洁,如油、汞等其它脏物形成过多的蒸气源。-v
d、真空管道过长,内径太小或管道中有堵塞物等。;"M
e、烘烤温度不够或时间不够。Vg
f、电子粉分解不彻底或分解后未抽尽(包括辉放不彻底)。L
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g、烤管不彻底,棉胶未烤透。{ z
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以上七点真空度不高的原因,最重要的是在排气工序,特别是烘烤温度、时间、电子粉分解不彻底和分解后未抽尽(包括辉放不彻底)。真空度不高,反映在成品灯管上会产生以下的现象。}2]+
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前四条(操作时会感到抽气慢,抽不干净)在初炼和老炼时出现:x
1、灯管起跳困难;n
2、管压高(充气量一定的情况下);Ph
3、熄灭电压高;aPP
4、灯管发暗(整灯);L1=Jt
5、灯管中间发红;>}
6、灯出现气体打转现象(灯丝处)6fz@z_
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前五条反映在灯管上的现象:S6J(M_
1、灯中间发暗或全灯发暗;"\}x
2、有气体打转现象;R
3、管压降开始高,老炼后正常。/ZpPoB
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前六条反映在灯管上的现象(初炼时):qdJ
1、220伏点灯丝时,颜色上紫的;~c&_g
2、220伏点亮后,灯丝处有放出气体打转现象,严重时熄灭;i.Zy
3、拉高压(260伏)有更多的气体放出,打转现象更为严重,管压上升;iID[I\
4、看灯丝时(点亮后)红的圈数超过1—1.5圈,甚至发紫色;Ev9^t1
5、若点灯丝时,两端点辉光颜色是好的,点亮后没有气体打转为分解好。AZ*
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前七条反映在灯管上的现象:灯在点燃过程中,棉胶分解出氮氧等杂质气体,引起光衰退快,出现早期黄圈,内引线及灯死上出现严重碳黑物质。w1 fLJ
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真空度不高解决的办法C9
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第一至四条为设备问题,应定期检查、维护,玻璃和橡皮系统应定期更换,机械泵和前级泵(萝茨泵)要定期换油、加油,使用前用真空计测量其真空度。按工艺要求保证烘烤时间和温度。根据机械泵抽速和真空状态,适当调整通电分解规范。烤管应彻底,保证胶棉的充分分解。为了提高灯的真空度,可采用冲洗的办法来保证产品的质量fBz
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从理论上讲,凡是充气管都可以采用“冲洗”法来达到将杂质气体的分压强减少到所需要的程度。这个程度的极限,主要取决于所用“冲洗”的气体的纯度。所谓“冲洗”就是用灯本身所需要的工作气体来“冲洗”(稀释)和置换灯内残留的杂质气体。y's
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既然冲洗法在整个排气过程中,灯内始终保持有较多的气体量,经常在十几托到10托之间,因此机械泵的抽气效果(抽速)要比扩散泵为快。因为,扩散泵只有在进入较低压强的分子抽气状态时才抽得比较快,而在气体的压强较高时,抽速较慢。^A]cq
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在理想的状态下,冲洗前的残余压强为3*10托(这是一般的机械泵都可以达到的)充入10—15托的高纯氩,再抽至3*10托的压强,就等于将杂质气体的分子量降低到原来的1/300—500,即相当于真空度提高了两个数量级。如果冲洗两次的话就可以提高相当于四个数量级的真空度,这样,荧光灯的真空度是完全可以满足的。所以,采用充洗工艺的排气台是完全可以不加扩散泵的。但是考虑到氩气与杂质气体之间的扩散需要一定的时间以及机械泵的真空性能的稳定,是否取消扩散泵有待根据实际需要决定。dqc{;l
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氩气充入灯中是为了帮助起跳,但是只充入一定的压力时才能达到理想的目的。过高或过低都会产生不良的结果。氩气压力过高,氩原子的密度过的,平均自由程小,原子具有的能量小,在原子相互碰撞时,不足以使汞原子电离。氩气压力过低平均自由程大,氩原子与汞原G
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子碰撞的几率小了,也影响了汞原子电离的几率,不利放电的建立。一般来讲,氩气压力过高比氩气压力过低影响更大。4os
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通电分解不当造成起跳困难的原因和解决的办法\&3
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通电分解应上逐步上升,使得钨丝上产生的热量逐步传导给三元碳酸盐而使阴极分解。如果通电电流从低到高急剧上升,钨丝的热量就来不及传导到碳酸盐上,产生热膨胀的不均匀,造成碳酸盐的剥落严重,使灯丝由于电子粉缺少,影响电子发射。此外,如果通电电流过高,管内真空度也高,这时阴极上保留的电子粉极少(灯丝电子粉蒸发严重),也会影响阴极的电子发射导致放电难以建立。r
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要避免上述弊病,必须掌握管内气压在分解过程中的变化规律,然后对应分解速度。QENgk
影响光衰退的诸多因素4
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光衰退就是灯工作一段时间后,光通量逐渐减少,这种光通量下降就叫光衰退。R
工厂为及时了解产品情况,都取0—100小时的衰退百分比作为依据。一般不超过10%。衰退大就以为着超过10%。产生衰退的原因很多:如荧光粉本身的烧结工艺、荧光粉配粉搅拌工艺、烤管是否彻底,玻璃的化学稳定性、排气工艺的合理性等。7R;
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谈排气和排气密切相关的玻管化学稳定性问题dJ~<`i
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玻管在烤管时碱金属的析出对光衰退的影响hMM4
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在生产中,可以看到一只透明度很好的灯管,经过烤管以后就能看到灯管变成乳白色,光的透过率变差了。如果把这只灯管重新清洗后,它的透明性又恢复了,而且烤管的温度越高,时间越长,变色就越厉害。影响变色和透明度的就是玻璃组成中碱金属氧化物的析出。涂覆荧光粉的灯管如果烤管温度过高时间过长(或多次烤管),这将导致灯管的碱析出严重,灯的光衰退严重。其原因是荧光粉被碱金属与汞化合生成汞齐而污染。当然,原材料不纯,如:去离子水的电导率、真空卫生不好、金属杂质也能生成汞齐,在燃点的过程中,汞齐在电场的作用下吸附在灯管内表面而影响了光输出,从而使光通迅速下降衰退加快。&"4@a
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排气工序对光衰退的影响Wc5t-J
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一般来说,光衰退快或慢,是否是排气工序引起的大致可以在100小时燃点的例行报告中看出,现象是灯经100小时燃点后,管压降下降较大(一般为3—5伏),管电流上升(10—15毫安或更高),从现象上分析管电流上升光通不易下降,可是往往光通下降比较快,管电流增大,这种现象只能说明该灯丝在100小时燃点过程中,得到了良好的激活,阴极的发射没有衰退而是增加。所以我们认为衰退不是阴极发射衰退引起的,是下面两个原因引起的:^0\b%*
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1、真空度不高。如果一个真空系统的极限真空度不高,那么在灯制成后灯内残留有杂质气体。这些气体不外乎是氧气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、水蒸汽等,灯燃点时,在电场和温度的作用下,这些气体被离解,将与汞生成有色的金属化合物,沉积在灯管内壁上,使光的透过率下降。更重要的是二氧化碳的存在更有害,它在经过二类非弹性碰撞之后会离解,当被碳离解出来后,就有可能沉积在阴极上,影响阴极发射。氧气与汞蒸汽生成汞类氧化物吸附在管壁上,从而增大衰退。实验证明:正常的情况,排气车极限真空低于5*10毫米汞柱时就产生较为严重的汞吸附,使灯管光衰大。这些残留气体和汞形成化合物后或经第二类非弹性碰撞以后,大都由气态变成固态,因此气压必然有所降低,从而使管压下降,电流上升,使放电变得稳定。光衰曲线起始端衰退快,都是由于杂质气体引起的。O-
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2、排气时对阴极处理不当影响光衰退。如果阴极表面的发射物质疏松多孔将会有较好的发射性能,但是它的耐离子轰击性差。灯管燃点时,正离子猛烈轰击阴极而造成大量的金属被溅散,这些溅散物吸附在灯管表面也会吸附汞蒸汽,形成光的阻挡层使光通有所衰退。当然,煤气中含有大量的硫在烤管时荧光粉被污染而灯在燃点时出现灯内表面普遍发黄,这种影响衰退更大。这类灯在150—200的温度下烘烤数分钟,光通就会恢复到接近起始值,所以从控制光衰退这个角~Vf+/
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度来讲,排气工艺应考虑如下几个问题:A、应有较好的极限真空度;B、在不影响起跳的E<'+
情况下氩气压力可以适当充得高一些,这样阴极可以获得充分保护;C、阴极分解不宜过分剧烈,否则会使阴极涂层变得疏松,引起灯丝电子粉严重脱落,灯丝发脆。/Z{dmZ
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寿命短u~?
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荧光灯的寿命分为有效寿命和全寿命两种。有效寿命是指光通亮衰退到一定值的时间。全寿命是指灯管燃点到不能产生光为止的时间。这里讲寿命短是指它的全寿命。G6< -
荧光灯的全寿命完全取决于阴极质量的优劣以及客观条件对它的保护。灯管经过一定时间的燃点后,放电不能建立,是因为阴极没有电子发射造成的(漏气及断灯丝除外)。具体来说是阴极上发射物质全部耗尽所致。通过解剖大量“寿终”灯管,发现这些灯阴极上的电子粉几乎完全没有了,所以寿命短是因为阴极上的电子粉消耗太快。目前,国内外一些荧光灯厂为提高灯管全寿命,对阴极机构设计和电子粉的配方在不断的改进。其主要目的上为使阴极多储存一些电子粉及电子粉较强的耐离子轰击能力。如果在排气时分解不合理,电子粉保留仍很少,灯的寿命仍不会长。可见排气工序对灯管全寿命的重要性。排气工艺上应注意的那些问题应先从电子粉消耗机理谈起。氧化物阴极在工作时涂层内不断生成盈余的钡离子,同时也不断的消耗钡,钡消耗的原因主要有两个:一是蒸发,二是正离子轰击阴极引起溅射。要使蒸发速度变慢,必须严格控制阴极工作温度,阴极工作温度低是有好处的。氧化物阴极的最佳工作温度是1000K,因此电子管的阴极热丝就是靠电路额定工作电压来保证它的最佳工作温度。荧光灯的阴极工作温度则不能靠外电路提供额定电压来加热,而是由正离子轰击阴极而产生热量。所以荧光灯的阴极工作温度很大程度上取决于正离子轰击的能量。在排气工艺中,充氩压力不能太低,如果太低,正离子的平均自由程加大,它的能量也就大,因此阴极温度就高,氩气压力充得过高,但在燃点时管压偏高,阴极“热点”面积很大(正常是1—1.5圈),这说明阴极分解过程中处理不当而造成阴极中毒,使阴极发射性能变差,电流发射密度变小,要维持足够的放电电流,“热点”面积就必然大,增加了电子粉蒸发及溅射。为延长灯管寿命,应注意阴极的分解、激活、工艺以及阴极保养条件—氩气的压力。-z}W}
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发黑©照明工程师社区学术交流中心 -- 照明工程师的网上家园  [gEzm%
黄黑的产生不是孤立的,与很多因素有关。这些说明阴极分解的工艺得当与否,必须与有关的因素保持相对稳定和一致。如灯丝一致性、碳酸盐颗粒、涂粉重量、排气设备的抽速、阴极真空度、阴极分解工艺的可靠程度及执行工艺的稳定程度。如果这些方面不保持相对的稳定和一致,是不能很好控制黄黑的。}
©照明工程师社区学术交流中心 -- 照明工程师的网上家园  .
发黄是由于通电过度,发黑是由于分解不彻底,两者都是由阴极物质溅射造成(在不考虑汞的存在情况下)。灯处于较高的真空度时,通较大电流,灯阴极附近很快产生黄、黑块。将灯解剖,处于空气中一段时间后,黑块消失,成白色碱土金属氧化物。从有关资料中可以知道氧化钡比氧化锶、氧化钙易蒸发。而且碳酸钡、碳酸锶、碳酸钙分解时,在相同真空度下,碳酸钙的分解就需要更高的温度。通过以上分析,我们认为发黑物质是阴极材料中的钡。如在阴极分解时保持一个较高的真空度(5*10毫米汞柱),在高温时(20瓦、400毫安)使大量的阴极物质蒸发到管壁上,与此同时停止抽气,这样在真空计上能看到真空度上升,这就说明蒸散的物质是能吸附气体的。阴极材料中只有钡有吸气性能(钡是电子管蒸散性消气剂主要材料之一),用这种简单方法就能证明黄黑是由于阴极上电子粉蒸发和溅射造成的。
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