- 熒光燈壽命問題
- 熒光燈延長壽命對策
- 現(xiàn)代陶瓷燈電極制造技術(shù)
- 陶瓷燈電極的應(yīng)用
自1879年愛迪生發(fā)明世界第一個(gè)電燈炮以來，已經(jīng)過了一個(gè)多世紀(jì)。相對于燭光來講，電燈的確是一重大進(jìn)步，但它本身至今卻沒有多少改進(jìn)。其原理幾乎仍同蠟燭一樣，通過加熱而發(fā)光，使能量的90%都消耗在加熱上，且壽命一般也只有1000小時(shí)左右。
熒光燈又稱熱陰極低氣壓水銀熒光燈（以下簡稱熒光燈），是人們普遍使用的一種電光源。它通過激發(fā)管壁上的熒光粉發(fā)光，雖然在能耗和壽命上比燈炮有較大改進(jìn)。但其燈絲脆弱易斷，啟輝器接點(diǎn)易打火老化。近年來發(fā)展起來的電子鎮(zhèn)流器雖然可以實(shí)現(xiàn)冷啟動(dòng)，但也很容易擊傷燈絲上的活性物質(zhì)而使燈管兩端很快發(fā)黑而失效。
近期，一項(xiàng)專利新技術(shù)成功地研究解決了上述問題，在技術(shù)上取得了突破性進(jìn)展：即玻管使用稀土凈化玻璃玻管，陰極使用永久性的現(xiàn)代陶瓷電極，熒光粉使用“稀土三基色+ETC”熒光粉。此舉使其能耗降低90%，壽命延長了十幾倍，且能發(fā)出約8%的健康射線。使用時(shí)光線明亮、柔和且能殺死（包括SARS）病毒、凈化環(huán)境，確保人體健康。
問題
熒光燈的壽命與其它電光源一樣有兩種定義：
一是光通量下降到初始光通量的某一百分?jǐn)?shù)的時(shí)間，稱為有效壽命；
二是燈管無法工作的時(shí)間，稱為全壽命。熒光燈的全壽命主要決定于陰極壽命。至今，熒光燈所使用的陰極仍存在著比較嚴(yán)重的問題：
1.熒光燈的陰極與其它加熱電極一樣，活性物質(zhì)的發(fā)射密度和工作溫度有很大關(guān)系。在溫度升高時(shí)，發(fā)射電流按指數(shù)規(guī)律上升，但是隨著溫度的升高，電極活性物質(zhì)的蒸發(fā)加快；
2.熒光燈陰極的大小是根據(jù)其工作時(shí)的額定電流設(shè)計(jì)的。電流超過額定值，電極工作溫度升高，電極活性物質(zhì)蒸發(fā)加快，熒光燈壽命縮短。電流每增加1%,壽命將縮短1.7%。電流過小，陰極位降增高，電極活性物質(zhì)濺射嚴(yán)重，熒光燈的壽命也要縮短。
3.如果啟動(dòng)過早，陰極冷啟動(dòng)所引起的濺射會縮短其壽命；如果啟動(dòng)過遲也不利，因?yàn)殛帢O的預(yù)熱電流往往是正常工作電流的1.5倍，過長時(shí)間的預(yù)熱使電極發(fā)射物質(zhì)蒸發(fā)過多。在熒光燈全壽命的過程中，對其啟動(dòng)電流的要求是不同的。任何一種鎮(zhèn)流器都不可能做到在熒光燈全壽命的過程中，其電流洽好適合熒光燈適時(shí)啟動(dòng)電流的要求。
4.氧化物電極的發(fā)射機(jī)理，是盈余鋇原子使得氧化物形成半導(dǎo)體并降低了逸出功。自由鋇原子是通過氧化物涂層上的氣孔擴(kuò)射的。因此，涂層中的孔隙率和氧化物涂層的顆粒度及形狀有關(guān)，并和氧化物的儲量形成了不可克服的矛盾。
5.熒光燈的啟動(dòng)電壓不僅與燈內(nèi)氣體壓強(qiáng)有關(guān)，而且與燈的極距有關(guān)，燈的啟動(dòng)電壓是壓強(qiáng)與極距乘積的函數(shù)。熒光燈內(nèi)的氣體一般都是用惰性氣體，因?yàn)樗慌c電極和燈殼起化學(xué)反應(yīng)。另外，惰性氣體不會吸收電子而形成負(fù)離子。熒光燈中的氣體一般用氬氣，因?yàn)樵诙栊詺怏w中，氬氣的成本最低。
同時(shí)氬原子的亞穩(wěn)態(tài)電位比汞的電離電位高的最少，它和汞配合是最理想的“潘寧”氣體。幾種常用氣體的數(shù)據(jù)見附表，利用氬做成的熒光燈啟動(dòng)電壓最低。因此，實(shí)際上熒光燈都是充氬氣或充氖氬混合氣。附表中電極濺射電位，是指當(dāng)電極位降值大于表中所列數(shù)值后，該氣體對電極產(chǎn)生嚴(yán)重濺射時(shí)的電位。如充氬氣時(shí)，氧化物電極位降大于26伏后，則電極產(chǎn)生嚴(yán)重濺射，電極氧化物層受到破壞，管端發(fā)黑。當(dāng)電極位降進(jìn)一步提高，則濺射更嚴(yán)重。這樣惡性循環(huán)下去，最后使熒光燈提前壽終。
6.熒光燈在啟動(dòng)的瞬間，電極溫度較低，熱至發(fā)射很小，陰極位降很大，約有150伏以上，此時(shí)的放電主要是在啟動(dòng)氣體氖氬中進(jìn)行。從附表中看出，這一數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電極濺射電位（充氬時(shí)濺射電位為26伏）。熒光燈在啟動(dòng)的過程中對電極氧化物層濺射嚴(yán)重，使鋇層損失很大，這是熒光燈減短壽命的主要因素。
對策
現(xiàn)代陶瓷電極最基礎(chǔ)時(shí)的設(shè)計(jì)理念，就是針對熒光燈存在的以上問題及矛盾產(chǎn)生的，并在不斷實(shí)踐中改進(jìn)和完善了其設(shè)計(jì)理念。
“現(xiàn)代陶瓷”這是美國人的說法，我們中國人稱它為“特種陶瓷”。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)全球化，所以我也稱之謂現(xiàn)代陶瓷，因?yàn)楹芏嗵胤N陶瓷隨著時(shí)間的變遷已經(jīng)普通化了，只有“現(xiàn)代”才具有新穎性。
現(xiàn)代陶瓷在電光源學(xué)的心臟——熱電子發(fā)射體電極找到了它的應(yīng)用，確是一件值得慶幸的事。這類以高熔點(diǎn)，低蒸氣壓金屬氧化物經(jīng)陶瓷化制成的熱電子發(fā)射體電極，具有前所未有的優(yōu)勢。二次大戰(zhàn)中期，人類發(fā)明了鎢釷電極的真空管，后來，由于采用間熱式方式耗功太大被半導(dǎo)體晶體管所替代。
時(shí)代進(jìn)入二十一世紀(jì)后，隨著科技的進(jìn)步，特別是隨著現(xiàn)代陶瓷技術(shù)的發(fā)展，如果我們還是沿用前人所走的老路，那就是對不起我們中華民族的祖先?，F(xiàn)代陶瓷燈電極，采用高熔點(diǎn)、低蒸氣壓金屬氧化物制成。它可以廣泛地用在低氣壓冷、熱陰極熒光燈及其它氣體放電燈中。選用這種材料是因?yàn)槠湫阅茉诟邷亍⒏邏合碌亩栊詺怏w中特別適合。尤其是熔點(diǎn)高且蒸氣壓低的堿土和稀土元素，具有極佳的熱電子性能，作為熒光燈中的熱電子發(fā)射體是完全可以勝任的。
制造
現(xiàn)代陶瓷燈電極制成圓片、圓筒、蝶形等形狀及這些形狀的綜合。作為直熱式的電極是利用粉末冶金技術(shù)和特種制瓷技術(shù)，以細(xì)分散的亞態(tài)金屬（具有金屬態(tài)又具有氧化態(tài)的金屬，稱之為亞態(tài)金屬）微粒與其氧化物分散均勻，并經(jīng)過稱重、干混、熱壓成型，在特定條件下于1480℃煅燒且引出電極。這種陶瓷在制造中混入的雜質(zhì)已不能用化學(xué)分析法測定出來，不過光譜分析可以測出其雜質(zhì)的痕量。
常溫時(shí)，我們所制造的現(xiàn)代陶瓷燈電極是一種絕緣體，而它本質(zhì)上卻是一種半導(dǎo)體。根據(jù)半導(dǎo)體的能帶理論，在空的能帶中并無有用電子，而在高溫時(shí)，這空的能帶變成激活了的電子導(dǎo)帶。當(dāng)轟擊電子的功能超過作為靶子的氧化物生成熱時(shí)，就會發(fā)生分解?，F(xiàn)代陶瓷數(shù)碼健康燈已使用可變頻率的脈動(dòng)電流，當(dāng)顧客使用我們的產(chǎn)品時(shí)，給他們的感覺是一天比一天亮。這里，電解與化學(xué)還原無疑地促使施主原子出現(xiàn)，故，那些與之相反方向的電子對亞態(tài)金屬離子轟擊的機(jī)理做出了有用的貢獻(xiàn)。
應(yīng)用
現(xiàn)代陶瓷燈電極的應(yīng)用，對于附帶鎢絲電極的電極結(jié)構(gòu)，可以大大降低電極的熱點(diǎn)溫度，并使其壽命延長。因?yàn)楫?dāng)燈管作為陽極的正半周期時(shí)電子向陽極運(yùn)動(dòng)，首先被現(xiàn)代陶瓷電極所接收，其電子并不流經(jīng)鎢絲電極而直至導(dǎo)絲。這樣做的好處：
①電極在正半周期時(shí)現(xiàn)代陶瓷電極截獲不少電子，使鎢絲電極避免了電子轟擊，因而降低了電極熱點(diǎn)的溫度。
②現(xiàn)代陶瓷電極截獲的電子，不流經(jīng)鎢絲電極而直至電源，使電極因減少了放電電流所產(chǎn)生的焦耳熱而使電極熱點(diǎn)溫度下降。
③由于現(xiàn)代陶瓷電極加強(qiáng)了正半周期收集電子的能力，因而使陽極位降值下降，正柱區(qū)輻射增加，電子波的輻射效率提高。
④現(xiàn)代陶瓷數(shù)碼健康燈特殊設(shè)計(jì)的電極是將鎢絲作為“觸發(fā)極”，熒光燈一旦啟動(dòng)點(diǎn)燃，現(xiàn)代陶瓷電極兼有陰、陽和冷、熱極兩極的作用。并將其發(fā)射或接收的電子波集中成一條直線波，使電子發(fā)射的效率成倍地提高了。
現(xiàn)代陶瓷燈電極的應(yīng)用，消除了由于燈電流在電極上轉(zhuǎn)化為熱能因而對電能的大量消耗，從而使熒光燈的能耗大幅度地降低?，F(xiàn)代陶瓷燈電極對光、電的阻抗敏感可使熒光燈的鎮(zhèn)流器適應(yīng)性大大提高。因而，可將其鎮(zhèn)流器集成化、數(shù)字化，使熒光燈的生產(chǎn)總成本降低且壽命與光效大幅度地提高。
現(xiàn)代陶瓷電極已滿意地用在低氣壓熱陰極熒光燈中了。它們表面光潔、尺寸準(zhǔn)確與熱膨脹系數(shù)低等物理性質(zhì)于燈的工作非常有利。這其中的互含量和制造工藝還可改進(jìn)，以獲得最佳的條件來適應(yīng)特定的設(shè)計(jì)。該電極裝置是很牢固的，因而適應(yīng)于變化的情況。
與鎢絲電極或其它金屬電極相比，現(xiàn)代陶瓷電極具有抵抗毒化劑，從散射頻率中恢復(fù)，并保持沉積到最小限度等能力。因射頻輻射小，對環(huán)境保護(hù)很有利。且工作電壓、頻率、功率都可大幅度地改變，能給我們一個(gè)很長的服務(wù)周期。
人類在電光源技術(shù)方面走過了一段艱辛而漫長的路。在熒光燈生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的今天，使用現(xiàn)代陶瓷燈電極，CTC高透光率燈管玻璃，稀土三基色+ETC熒光粉及數(shù)碼鎮(zhèn)流器等高科技工藝技術(shù)。使我們制作的熒光燈，其照明光線幾乎與太陽光相同。這樣，就會使我們制造的現(xiàn)代陶瓷數(shù)碼健康燈，真正在激烈市場競爭中得到賣點(diǎn)。
