一種發(fā)光藥丸及無汞石英金屬鹵化物燈的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電光源領(lǐng)域，具體地說，涉及一種發(fā)光藥丸及封入該發(fā)光藥丸的無汞 石英金屬鹵化物燈。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前市場上的石英金屬鹵化物燈即石英金鹵燈，絕大多數(shù)都含有稀有氣體、金屬 鹵化物（以下簡稱"金鹵物"）和汞。稀有氣體一般為氬氣或者氙氣，其作用是保證金鹵燈 能在較低電壓下啟動(dòng)，所形成的電弧將加熱電弧管管壁的溫度到800°c以上，這將促使凝結(jié) 在管壁上的汞與金鹵物的迅速蒸發(fā)，從而使金鹵燈進(jìn)入到穩(wěn)定的高壓氣體放電階段。
[0003] 金鹵燈制備過程中，金鹵物是以球丸形式添加入燈體中，因此常稱為發(fā)光藥丸 (即金齒丸）。金齒丸是決定金齒燈光學(xué)性能的重要因素之一。金齒丸成分一般為一種或 幾種金屬碘化物或溴化物的混合物，其中鈧-鈉系列發(fā)光金鹵丸是一種常用的日光色發(fā)光 金鹵丸。在石英金鹵燈中，鈧-鈉系列發(fā)光金鹵丸在燈的壽命后期，燈的光色變化很大，其 顯色指數(shù)較低，影響使用效果。此外，電弧管會(huì)發(fā)生腐蝕，從而影響到金鹵燈的壽命。
[0004] 在金齒燈正常工作時(shí)，金齒物是發(fā)光的主要材料，萊與稀有氣體在金齒燈所發(fā)射 的可見光光譜中，所占的比例較低。汞作為緩沖氣體可以維持金鹵燈在較高的管壓下工作， 同時(shí)汞的存在提高了電極間電壓（工作電壓），在功率維持不變的情況下，減小了電流，從 而能有效減少電極飛濺，這將提高金鹵燈的壽命和光效。但是汞是一種有害物質(zhì)，常溫下其 蒸汽壓較高，吸入人體后將長期積存在人體器管中，影響人體的各種功能的正常運(yùn)行，嚴(yán)重 危害人體健康，同時(shí)在制造含汞金鹵燈時(shí)，由于有必須注入汞的工藝步驟，所以制造成本也 有所增加。近年來，全球制定了一系列限制或者禁止利用含汞產(chǎn)品的法律法規(guī)。因此，無汞 金鹵燈的研制也越來越得到研究者的重視。
[0005] 與含汞金屬鹵化物燈相比，現(xiàn)有的無汞金屬鹵化物燈表現(xiàn)出低的工作電壓和光 效。在無汞金鹵燈中，僅僅通過提高稀有氣體的壓力，也可以使金鹵燈進(jìn)入工作狀態(tài)。但這 樣的金鹵燈管壓較低，要想維持一定的功率，必然要在較高的電流下工作，這將加速電極的 熱損耗，電極飛濺，電弧管發(fā)黑，從而降低了金鹵燈的壽命。另外，由于氙氣的電離能很高， 約為12ev，為了使金鹵燈進(jìn)行高壓氣體放電，必然需要很高的啟動(dòng)電壓，這也增加了金鹵燈 的生產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述問題，本發(fā)明的目的提供一種發(fā)光藥丸以及具有該發(fā)光藥丸的無汞 石英金屬鹵化物燈，其在電弧管內(nèi)封入該發(fā)光藥丸且不封入汞的情況下，具有發(fā)光效率高 和顯色指數(shù)高的特性。
[0007] 本發(fā)明中所述的無汞石英金屬鹵化物燈的發(fā)光藥丸，主要是由發(fā)光金鹵物和緩沖 金鹵物絡(luò)合形成，該發(fā)光金鹵物由鈧的溴化物或碘化物、鈉的溴化物或碘化物、以及鈣的溴 化物或碘化物組成，該緩沖金齒物由鈰的溴化物或碘化物和銩的溴化物或碘化物組成。
[0008] 優(yōu)選地，所述發(fā)光藥丸由碘化鈧、碘化鈉、碘化鈣、碘化鈰和碘化銩絡(luò)合而成。
[0009] 優(yōu)選地，所述鈧的溴化物或碘化物、鈉的溴化物或碘化物、鈣的溴化物或碘化物、 鈰的溴化物或碘化物和銩的溴化物或碘化物的質(zhì)量比為〇. 6~2. 2 :4~12 :2~5 :5~10: 1~2。
[0010] 優(yōu)選地，所述發(fā)光藥丸的直徑為0. 5~0. 8mm。
[0011] 優(yōu)選地，所述發(fā)光藥丸的組分及含量選自下列配比中的一種：
[0012] (1)碘化鈧、碘化鈉、碘化鈣、碘化鈰和碘化銩的質(zhì)量比為1. 64 :8. 4 :3 :5 :1 ;
[0013] (2)碘化鈧、碘化鈉、碘化鈣、碘化鈰和碘化銩的質(zhì)量比為1. 64 :8. 4 :3 :8 :1. 5;
[0014] (3)碘化鈧、碘化鈉、碘化鈣、碘化鈰和碘化銩的質(zhì)量比為1. 64 :8. 4 :3:10 :2;
[0015] (4)碘化鈧、碘化鈉、碘化鈣、碘化鈰和碘化銩的質(zhì)量比為0.6 :4 :2 :8 :1. 5;
[0016] (5)碘化鈧、碘化鈉、碘化鈣、碘化鈰和碘化銩的質(zhì)量比為2. 2 :12 :5 :8 :1. 5;
[0017] (6)溴化鈧、溴化鈉、溴化鈣、溴化鈰和溴化銩的質(zhì)量比為1. 64 :8. 4 :3 :8 :1. 5。
[0018] 同時(shí)本發(fā)明提供了一種無汞石英金屬鹵化物燈，包含電弧管以及封于該電弧管內(nèi) 的發(fā)光藥丸，該發(fā)光藥丸為上述任一項(xiàng)所述的發(fā)光藥丸。
[0019] 優(yōu)選地，所述無萊石英金屬鹵化物燈封入氣氣，封入壓力為500~900kPa。
[0020] 優(yōu)選地，所述無萊石英金屬鹵化物燈的額定功率設(shè)定為20~60w，電弧管的內(nèi)部 體積為〇. 02~0.lcm3。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括：通過加入鈣的溴化物或碘化物，不但 提高了無汞石英金屬鹵化物燈的發(fā)光效率和延長了使用壽命，而且能夠增加其顯色指數(shù)和 色溫的穩(wěn)定性；通過選擇發(fā)光藥丸的組分和配比，然后進(jìn)行絡(luò)合，形成的發(fā)光藥丸熔點(diǎn)低， 蒸汽壓和純度高，表面無雜氣，將該發(fā)光藥丸封入無汞石英金屬鹵化物燈，其發(fā)光效率大于 80,顯色指數(shù)不小于79。
【附圖說明】
[0022] 圖1為無汞石英金鹵燈結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖2為電光源快速光色測試系統(tǒng)。
[0024] 其中，附圖標(biāo)記說明如下：
[0025]1 :電弧管
[0026] 2 :電弧管袖管
[0027] 3 :電極棒
[0028] 4 :鑰箔
[0029] 5 :銀管
[0030] 6 :填充物
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面對本發(fā)明的特征及內(nèi)容作進(jìn)一步的說明，然而該說明并非對本發(fā)明進(jìn)行限 制。
[0032] 本發(fā)明以適用于額定功率為20~60w的小功率無汞石英金屬鹵化物燈為實(shí)施例， 其結(jié)構(gòu)如圖1所示。該無汞石英金屬鹵化物燈包括具有空腔的石英電弧管1、封閉電弧管 兩端的電弧管袖管2、一對電極棒3 (主要成分為鎢）、兩鑰箔4、兩鈮管5、以及容納于電弧 管1空腔內(nèi)的填充物6。電極棒3 -端伸入電弧管1空腔內(nèi)，另一端與鑰箔4電連接；銀管 5 -端電連接鑰箔4,另一端供與外界電連接。電極棒的尺寸以及電弧管的大小可以根據(jù)金 鹵燈的不同功率而設(shè)計(jì)，例如本實(shí)施例中20~60w的小功率無汞石英金鹵燈的電弧管內(nèi)部 體積 0? 02 ~0?lcm3。
[0033] 在無汞石英金屬鹵化物燈中，電弧管內(nèi)的填充物通常包括氣體和發(fā)光藥丸，發(fā)光 藥丸主要是由發(fā)光金鹵物和緩沖金鹵物絡(luò)合形成。
[0034] 本發(fā)明實(shí)施例中，氣體為稀有氣體，稀有氣體可以是已知技術(shù)中使用的稀有氣 體或其混合氣，例如氦氣或者氣氣，本發(fā)明優(yōu)選氣氣，氣氣室溫下在電弧管的壓強(qiáng)優(yōu)選為 500~900kPa。經(jīng)發(fā)明人深入研究發(fā)現(xiàn)：與更低壓強(qiáng)相比，選用500~900kPa的氙氣，可以 提高金鹵燈的工作電壓，降低其電流，這樣可以減少電極的熱損耗和電極飛濺，從而延長金 鹵燈的使用壽命，同時(shí)與在更高壓強(qiáng)下封裝產(chǎn)品相比，在此壓強(qiáng)下封裝產(chǎn)品，不需要特別復(fù) 雜的制作工藝，因此能夠降低制造成本，且燈點(diǎn)亮后氙氣和發(fā)光物質(zhì)從電極和鑰箔泄露出 去的可能性減小。
[0035] 在制燈設(shè)備、制燈工藝及電弧管幾何尺寸確定之后，制燈材料至關(guān)重要，其中發(fā)光 藥丸的組分及配比嚴(yán)重影響金鹵燈的發(fā)光效率、顯色指數(shù)及相對色溫。在本發(fā)明的實(shí)施例 中，發(fā)光藥丸包括發(fā)光金鹵物和緩沖金鹵物，其中發(fā)光金鹵物是指起主要發(fā)光作用的金屬 鹵化物（通常這些金屬原子具有自身的特征譜線），緩沖金鹵物主要是指起到輔助提高蒸 汽壓等作用的金屬鹵化物，其例如滿足下面條件：金屬元素的電離能處于5~10ev之間，并 且在金鹵燈正常工作時(shí)，其蒸汽壓大于l(T5atm。
[0036] 對于現(xiàn)有技術(shù)的鈧-鈉系列石英金鹵燈在燈的壽命后期光色變化大、顯色指數(shù) 低、影響使用效果的現(xiàn)象，經(jīng)發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，此現(xiàn)象主要是由于鈉原子不斷向石英管滲 透，導(dǎo)致燈的相對色溫有不同程度上升，進(jìn)而導(dǎo)致燈的光色變化很大，其顯色指數(shù)較低，影 響使用效果。對于現(xiàn)有技術(shù)的鈧-鈉系列石英金鹵燈電弧管發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象，經(jīng)發(fā)明人研 究發(fā)現(xiàn)，此現(xiàn)象主要是由于部分金鹵物沉積在電弧管的冷端，這不僅降低色溫、帶來顏色漂 移，而且對電弧管帶來一定的腐蝕，從而影響到金鹵燈的壽命。
[0037] 本發(fā)明實(shí)施例中，發(fā)光金鹵物優(yōu)選為鈧的溴化物（ScBr3)或碘化物（Scl3)、鈉的 溴化物（NaBr)或碘化物（Nal)、和鈣的溴化物（CaBr2)或碘化物（Cal2)的組合，緩沖金鹵 物為鈰的溴化物（CeBr3)或碘化物（Cel3)、以及銩的溴化物（TmBr3)或碘化物（Tml3)的組 合。以上各組分含量按平均單位電弧管內(nèi)容積計(jì)，可以采用已知技術(shù)中通常使用的添加量， 本發(fā)明中各組分可以是如下范圍：鈧的溴化物或碘化物為〇. 6~2. 2mg/cm3,鈉的溴化物或 碘化物為4~12mg/cm3,鈣的溴化物或碘化物為2~5mg/cm3,鈰的溴化物或碘化物為5~ 10mg/cm3,錢的溴化物或碘化物為1~2mg/cm3。
[0038] 在本發(fā)明上述實(shí)施例的發(fā)光藥丸中，經(jīng)發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)：鈣的溴化物或碘化物的 加入，有利于鹵鎢循環(huán)。在發(fā)光金鹵物含有CaBr2*CaI2的金鹵燈工作時(shí)，電極棒的鎢原子 從電極熱端揮發(fā)，蒸發(fā)出來的鎢原子向管壁方向擴(kuò)散過程中和金鹵丸中分解出來的鹵素原 子在管壁附近結(jié)合，形成揮發(fā)性的鹵化鎢，由于鹵化鎢是一種不穩(wěn)定的化合物并且管壁具 有相當(dāng)高的溫度，因此鹵化鎢不會(huì)附著在管內(nèi)壁上，鹵化鎢從管壁附近向電極棒方向擴(kuò)散 移動(dòng)時(shí)，遇高溫后又重新分解成鹵素蒸汽和鎢，鎢在電極棒上沉積，彌補(bǔ)揮發(fā)掉的部分，如 此循環(huán)形成鹵鎢循環(huán)，鈣的存在能夠促使鎢原子在管壁附近與鹵素原子結(jié)合，從而減少和 阻止鎢原子到達(dá)管壁上，使鎢原子不會(huì)沉積在電弧管內(nèi)壁上，這樣就避免了電弧管的黑化， 不但提高了光效和壽命，而且增加顯色指數(shù)和色溫的穩(wěn)定性。
[0039] 本發(fā)明實(shí)施例中，作為緩沖金鹵物，鈰的溴化物或碘化物和銩的溴化物或碘化物， 其金屬元素鈰和銩的電離能均處于5~10ev之間，并且在金鹵燈正常工作時(shí)，其蒸汽壓大 于l(T5atm，這將有利于金鹵燈管壓的提高，從而使金鹵燈在維持一定的功率下工作時(shí)，電流 較低，從而降低了電極的熱損耗，提高了金鹵燈的壽命。
[0040] 另外，鈰的溴化物或碘化物和銩的溴化物或碘化物的添加，對金鹵