專利名稱：含有電極的低壓氣體放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種低壓氣體放電燈。這種燈裝有密封的放電管，管內(nèi)充有氣體；這種燈還裝有電極，用來(lái)維持放電管內(nèi)的氣體放電；至少有一個(gè)電極置于放電管內(nèi)，這個(gè)電極包含由高熔點(diǎn)金屬材料做成的線圈，它在電學(xué)上與電流供給相連接，此線圈還涂有電子發(fā)射材料；這種燈還裝有能用來(lái)起動(dòng)和維持氣體放電的裝置。
低壓氣體放電燈中光的產(chǎn)生，是基于當(dāng)燈有電流通過(guò)時(shí)，燈內(nèi)所充氣體原子的電離和這些電離原子所導(dǎo)致的放電。這種燈的電極發(fā)射出電子，這些電子被電極間的電場(chǎng)高速加速，從而使它們與氣體原子相碰撞時(shí)，能激發(fā)和電離氣體原子。當(dāng)氣體原子回到它們的基態(tài)并發(fā)生電子和離子重新結(jié)合時(shí)，或多或少會(huì)有部分勢(shì)能轉(zhuǎn)化為輻射。
電極能發(fā)射出的電子數(shù)量與電極對(duì)電子的逸出功有關(guān)。鎢這種金屬有較高的逸出功，通常用來(lái)做電極金屬。因此電極金屬還常常涂上某種材料用來(lái)改善電極金屬發(fā)射電子的性質(zhì)。在氣體放電燈中作為電極的電子發(fā)射涂層材料的特點(diǎn)是，它們含有堿土金屬，此堿土金屬或是以它的氧化物形式存在，或是以它的氧化物前身的形式存在，而這種前身是含有堿土金屬的。因此，通常普通型的低壓氣體放電燈適于用帶有電子發(fā)射涂層的鎢絲來(lái)做電極，而此涂層含有堿土金屬鈣、鍶和鋇的氧化物。
為了制造這種類型的電極，鎢絲通常在作粘合劑處理時(shí)涂上堿土金屬碳酸鹽。在燈的抽氣和烘烤過(guò)程中，碳酸鹽在溫度約1000℃時(shí)轉(zhuǎn)化為氧化物。碳酸鹽以這種方式“燒掉”后，電極已能提供明顯的發(fā)射電流，但此電流仍然是不穩(wěn)定的，一般又跟著發(fā)生活化過(guò)程?；罨^(guò)程將堿土金屬氧化物的、原本是非導(dǎo)電的離子晶格，轉(zhuǎn)化為電子半導(dǎo)體。在此過(guò)程中，施主型的雜質(zhì)被結(jié)合進(jìn)氧化物的晶格中，這些雜質(zhì)基本上包含元素態(tài)的堿土金屬，如鈣、鍶或鋇。這種類型電極的電子發(fā)射也就是基于這種雜質(zhì)機(jī)制?；罨^(guò)程的目的是產(chǎn)生適當(dāng)量過(guò)剩的元素態(tài)堿土金屬，從而使電子發(fā)射涂層中的氧化物在規(guī)定的加熱功率下產(chǎn)生最大的發(fā)射電流。
對(duì)這種電極的工作和燈的壽命來(lái)說(shuō)，有不斷更新的新鮮元素態(tài)堿土金屬的供給是重要的。事實(shí)上，在燈的壽命期內(nèi)電極的涂層確會(huì)不斷地丟失堿土金屬，因?yàn)橥繉又械囊徊糠只旧蠒?huì)慢慢地?fù)]發(fā)掉，而還有一部分會(huì)被燈內(nèi)的離子流濺射掉。
雖然在燈工作時(shí)，由于鎢絲上堿土金屬氧化物的還原，最初會(huì)有元素態(tài)堿土金屬不斷的再補(bǔ)給，然而，由于氧化鎢、堿土金屬硅酸鹽或堿土金屬鎢酸鹽形成的高電阻界面使鎢絲鈍化，最終會(huì)使這種再補(bǔ)給停止下來(lái)。
專利EP1104933試圖解決這個(gè)問(wèn)題。EP1104933描述了一種氣體放電燈，它裝有包含載體的電極，此載體是由選自鎢和含鎢合金的電極金屬做成的。此電極還包含由第一種電子發(fā)射材料做成的第一個(gè)涂層，此電子發(fā)射材料含有選自氧化鈣、氧化鍶和氧化鋇的一種堿土金屬氧化物和選自氧化鈧、氧化釔和氧化銪的一種稀土金屬氧化物，其中稀土金屬氧化物的含量為0.1重量％-10重量％。
然而，上述方案的缺點(diǎn)是如果電極金屬過(guò)熱，鋇就會(huì)稍有揮發(fā)，因此電極也就失去了它的發(fā)射電子能力。
因此，本發(fā)明的目標(biāo)就是提供一種具有長(zhǎng)的壽命和改善的發(fā)射電流的低壓氣體放電燈。
根據(jù)本發(fā)明，有一種低壓氣體放電燈達(dá)到了這個(gè)目標(biāo)。這種燈裝有充有氣體的密封放電管；裝有用來(lái)維持放電管內(nèi)氣體放電的電極；至少有一個(gè)電極置于放電管內(nèi)，該電極包括一個(gè)含有芯的線圈，芯由具有第一種負(fù)電性的第一種高熔點(diǎn)金屬材料做成；此線圈還含有一個(gè)圍繞繞組，此繞組由具有第二種負(fù)電性的第二種高熔點(diǎn)金屬材料做成；在此線圈的芯和繞組之間有一電子發(fā)射材料涂層；此線圈帶有電流供給；這種燈還裝有用來(lái)引發(fā)和維持氣體放電的裝置。
因?yàn)榫€圈芯和圍繞芯的繞組是由具有不同負(fù)電性的高熔點(diǎn)金屬材料制成的，所以線圈的二種功能，也即導(dǎo)電和不斷地還原電子發(fā)射涂層是相互分離的，還原主要發(fā)生在具有較低負(fù)電性的材料中。由于這兩種過(guò)程是分開的，所以線圈作為一個(gè)整體既能使發(fā)射機(jī)制得到較好的優(yōu)化，同時(shí)又能使電子發(fā)射物質(zhì)得到有效的利用。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，線圈芯是由具有較高負(fù)電性的第一種高熔點(diǎn)材料組成，而圍繞繞組是由具有較低負(fù)電性的第二種高熔點(diǎn)材料組成。
用來(lái)做線圈芯的具有較高負(fù)電性的第一種高熔點(diǎn)材料最好選自鎢和鎢與鋯、鉿、鈦、釔、鈧、鑭或鑭系元素的合金；而用來(lái)做圍繞繞組的具有較低負(fù)電性的第二種高熔點(diǎn)材料最好選自鋯、鉿、鈦、釔、鈧、鑭或鑭系元素。
這個(gè)實(shí)施方案對(duì)有低的燈電流(氣體放電電流)的低壓氣體放電燈特別合適。因?yàn)檫@種燈中電極的溫度也低，使用具有較低負(fù)電性的材料甚至在低的溫度下也能引起還原反應(yīng)，并能防止從電子發(fā)射涂層中產(chǎn)生任何不必要有的組分揮發(fā)。
在本發(fā)明對(duì)有低氣體放電電流的低壓氣體放電燈的一種特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，圍繞繞組含有鋯而電子發(fā)射材料含有鋇和鍶。在此實(shí)施方案中，電子發(fā)射涂層最好是不合鈣的發(fā)射體。
在本發(fā)明的另一種實(shí)施方案中，線圈芯由具有較低負(fù)電性的第一種高熔點(diǎn)材料制成，而圍繞繞組由具有較高負(fù)電性的第二種高熔點(diǎn)材料制成。
對(duì)具有較低負(fù)電性的第一種高熔點(diǎn)材料做的芯來(lái)說(shuō)，此高熔點(diǎn)材料最好選自鎢和鎢與鋯、鉿、鈦、釔、鈧、鑭或鑭系元素；而用來(lái)做圍繞繞組的具有較高負(fù)電性的第二種高熔點(diǎn)材料最好是選自錸、鈷、鎳、銣、鈀、銠、銥、鋨、鉑。
這個(gè)實(shí)施方案特別適合于具有高燈電流(氣體放電電流)的低壓氣體放電燈。因?yàn)檫@種燈中電極溫度也比較高，使用有高負(fù)電性的材料能防止發(fā)生過(guò)度的還原反應(yīng)。
在本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施方案中，電子發(fā)射材料涂層含有聚合的多鎢酸鋇。這個(gè)實(shí)施方案是值得注意的，因?yàn)樗?jiǎn)化了低壓氣體放電燈的活化，并能產(chǎn)生改進(jìn)的電子發(fā)射。
本發(fā)明還涉及到電極，它包括含有芯的線圈，芯由具有第一種負(fù)電性的第一種高熔點(diǎn)金屬材料制成；此線圈還含有由具有第二種負(fù)電性的第二種高熔點(diǎn)金屬材料制成的圍繞繞組；此線圈還有涂在芯和圍繞繞組之間的電子發(fā)射材料涂層以及電流供給。
通過(guò)下文描述的具體實(shí)施方案將會(huì)使以上有關(guān)本發(fā)明的說(shuō)明以及其他方面變得一清二楚，并根據(jù)這些實(shí)施方案將它們解釋清楚。
在附圖中

圖1用實(shí)例顯示了一種小巧的低壓氣體放電燈。
圖2詳細(xì)顯示了一種電極。
圖1用實(shí)例顯示了一種小巧的低壓氣體放電燈，它帶有安裝低壓氣體放電燈2的燈座1。這個(gè)燈座裝有燈帽3，燈帽有接觸點(diǎn)3a和3b。燈座內(nèi)還裝有引發(fā)裝置4，此引發(fā)裝置與接觸點(diǎn)3a和3b相連。這種燈還包含用于起動(dòng)和工作的裝置，如扼流圈和起動(dòng)器。
低壓氣體放電燈裝有氣體放電管5，放電管是用氣體密封方法密封的。
此氣體放電管的內(nèi)壁涂有熒光物質(zhì)層5’，此熒光物質(zhì)的化學(xué)組成決定了光譜或光的顏色。氣體放電管內(nèi)充有能電離的氣體，通常充混有少量汞或汞蒸汽的惰性氣體氬，所充的氣體在工作條件下能被激發(fā)而發(fā)光，并在紫外光區(qū)253.7nm波長(zhǎng)處發(fā)射出汞的共振線。所發(fā)出的紫外輻射能激發(fā)熒光層中的熒光物質(zhì)，從而在可見光區(qū)發(fā)出光。
根據(jù)本發(fā)明的一種氣體放電燈還包含發(fā)射電子的電極6a和6b，它們用來(lái)維持氣體放電管內(nèi)的放電。
電極6a和6b中至少有一個(gè)是置于氣體放電管5內(nèi)的。在示于圖1的實(shí)施方案中，二個(gè)電極均置于氣體放電管內(nèi)，它們分別裝在U型氣體放電管的兩端50a和50b。
電極6a和6b各自包含線圈60a和60b，線圈與電流供給7a、7a′、7b、7b′在電路上相連接。
圖2詳細(xì)顯示了二個(gè)電極中的一個(gè)電極6a，另一個(gè)電極6b在結(jié)構(gòu)上與6a相同。電極6a的線圈60a有一個(gè)由三匝三級(jí)螺旋管組成的圍繞繞組，此三級(jí)螺旋管由57匝次級(jí)螺旋管組成，此次級(jí)螺旋管依次由繞在初級(jí)螺旋管上的導(dǎo)線組成。在此圍繞繞組中心的空間插有一根粗的芯線(圖2中未示出)。在線圈60a的端頭區(qū)域62a，63a和62a′，63a′之間的有一中心區(qū)域61a，此中心區(qū)域有45匝次級(jí)螺旋管，在此中心區(qū)域涂有電子發(fā)射材料。線圈6a的兩端分別固定在二個(gè)環(huán)形框架70a和70a′上，這二個(gè)框架分別裝在電流供給7a和7a′的端頭上。
根據(jù)本發(fā)明電極通常包含一個(gè)芯和一個(gè)圍繞繞組。
電極中的芯可以是導(dǎo)線、線圈、螺旋管、波紋線、管、環(huán)、板或帶，它通常直接由電流加熱。
作為圍繞繞組的線圈可以包含一根或多根導(dǎo)線(籠形線)。也可以將大量的導(dǎo)線編成絞線用來(lái)做圍繞繞組。我們還知道，在電極中芯線首先有以大的節(jié)距圍繞著它繞的導(dǎo)線，然后，圍繞繞組再以小的節(jié)距繞在這個(gè)整體上面。
帶有用編起來(lái)的導(dǎo)線做成的芯，并在芯的外面還有附加繞組的那種電極也已制造出來(lái)。
已知有的電極形式是其中繞組的各根導(dǎo)線不是簡(jiǎn)單地互相繞成環(huán)而連接成絞線，而是實(shí)際上編織在一起。在編織中，處于外層的各根導(dǎo)線不是只以一個(gè)方向圍著芯繞，而是或是交替地以這個(gè)或那個(gè)方向圍著芯繞，或是大量的各根導(dǎo)線先編在一起做成絞線，然后絞線用編織的方式依次圍著芯繞，也即交替地用順時(shí)針和反時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行編織。
我們還知道電極也可由已編成絞線的導(dǎo)線組成，也即首先將導(dǎo)線做成密實(shí)的絞線形式，這種絞線包含芯線和由同樣直徑的六根分開的導(dǎo)線組成的第一層，而這些導(dǎo)線中有一些以后會(huì)發(fā)生化學(xué)分解。因此，這些以后會(huì)分解的導(dǎo)線在材料上與其它導(dǎo)線是不同的。
并不需要總是將芯線留在里面，事實(shí)上它可以參與導(dǎo)線之間在位置上的互換。
能用來(lái)做電極的高熔點(diǎn)金屬材料，不但決定于要有好的導(dǎo)電性和好的逸出功，而且還要決定于它的負(fù)電性。
用來(lái)做線圈芯的高熔點(diǎn)金屬材料通常由鎢或帶有一定量鉬(如需要)的鎢合金組成。其中最佳選擇是0.01重量％-1重量％的鉿、鋯或鈦加入鎢中形成的合金。這些加入的元素起到還原劑的作用，它們能進(jìn)一步增強(qiáng)高熔點(diǎn)金屬材料的還原反應(yīng)。用來(lái)做芯的具有較高負(fù)電性的第一種高熔點(diǎn)材料，最好選自鎢和鎢與鋯、鉿、鈦、釔、鈧、鑭或鑭系元素的合金中的一種。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，用來(lái)做圍繞繞組的高熔點(diǎn)金屬材料是具有較低負(fù)電性的第二種高熔點(diǎn)材料，它選自鋯、鉿、鈦、釔、鈧、鑭或鑭系元素的組，此方案對(duì)有低的燈電流的燈特別合適。
在本發(fā)明的另一種實(shí)施方案中，用來(lái)做圍繞繞組的高熔點(diǎn)金屬材料是具有較高負(fù)電性的第二種高熔點(diǎn)材料，它選自錸、鈷、鎳、銣、鈀、銠、銥、鋨和鉑的組。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，高熔點(diǎn)金屬材料也可以由一種基底材料組成，其上涂有選自錸、鈷、鎳、銣、鈀、銠、銥、鋨和鉑中的一種貴金屬涂層，此涂層最好由0.1-2μm厚的銥或錸層組成。
根據(jù)本發(fā)明用來(lái)做圍繞繞組的各根導(dǎo)線可以用同一種材料，如鎢。然而，為了特定的目的，在繞組中也可能用些其它材料的導(dǎo)線，如除了用一定數(shù)量的鎢線外，也用一些鉭、鋯或其他金屬導(dǎo)線。
在芯和圍繞繞組之間一般留有連續(xù)的間隙，以便改善電子發(fā)射材料涂層的附著性。
用作第一涂層的電子發(fā)射物質(zhì)的原始材料是涂于芯和圍繞繞組之間的線圈上的。為了制造用于這個(gè)涂層的原始材料，將選自鈣、鍶和鋇的堿土金屬的碳酸鹽與選自氧化鈧、氧化釔和氧化銪的稀土金屬氧化物相混合，其中稀土金屬氧化物占0.1重量％-10重量％。碳酸鈣∶碳酸鍶∶碳酸鋇典型的重量比為1∶1.25∶6或1∶12∶22或1∶1.5∶25或1∶4∶6。
堿土金屬氧化物和稀土金屬氧化物的混合也可以通過(guò)共沉淀來(lái)產(chǎn)生，即在堿土金屬硝酸鹽中加入水溶液性的稀土金屬化合物，然后通過(guò)加入碳酸鈉來(lái)沉淀出堿土金屬碳酸鹽和稀土金屬氧化物。
電子發(fā)射材料中也可以包含其它組分，它們可以選自氧化鈦、氧化鋯、氧化鉿、氧化鈰和氧化鑭這些二元氧化物。
電子發(fā)射材料中也可以包含其它組分，它們可以選自三元和四元氧化物Ba3WO6、Ba2CaWO6、BaY2O4、Ba4Ta2O9、Ba2TiO4和BaZrO3。
加入這些其它組分可以使電子發(fā)射材料分散得更均勻，同時(shí)它們也使電子發(fā)射材料得到更均勻的還原。
電子發(fā)射材料中也可以加入粉末型的金屬，它們可選自鋁、硅、鈦、鋯、鉿、鉭、鉬、鎢及這些金屬與選自金屬錸、銠、鈀、銥和鉑的合金，這些金屬粉末還帶有由銥、錸、銠、鉑、鈀、鎳或鈷組成的粉末涂層。最好使用帶有0.1-0.2μm厚粉末涂層且平均顆粒大小為2-3μm的金屬粉末。化學(xué)氣相淀積(CVD)方法或流化床化學(xué)氣相淀積方法可用作粉末涂層的處理。將這種帶有涂層的金屬粉末加入到原始材料中。
原始材料還可與粘合劑混合，可用刷、浸、陽(yáng)離子電泳沉積或噴的辦法將粘合劑加到基底材料上。
將預(yù)先做好的電極與燈的端頭熔合在一起。電極在燈的抽氣和充氣過(guò)程中得到了老化。通過(guò)直接通電使電極的導(dǎo)線加熱到1000-1200℃，在此溫度下，堿土金屬碳酸鹽轉(zhuǎn)化為堿土金屬氧化物，同時(shí)釋放出CO和CO2，然后形成多孔、燒結(jié)的實(shí)體。在這種電極‘燒掉’過(guò)程后，就發(fā)生活化，活化的目的是產(chǎn)生過(guò)量的元素態(tài)鋇結(jié)合到氧化物中。過(guò)量的鋇是通過(guò)氧化鋇的還原產(chǎn)生的，在還原過(guò)程中也就進(jìn)行了適當(dāng)?shù)幕罨?，此時(shí)氧化鋇被放出的CO或基底金屬還原。除此之外，還有電流活化，也就是通過(guò)高溫下的電解過(guò)程來(lái)產(chǎn)生所需要的游離態(tài)鋇。
在本發(fā)明的另一種實(shí)施方案中，電子發(fā)射材料的涂層含有作為游離態(tài)鋇供體的物質(zhì)，它們是帶有聚合鎢酸鹽陰離子的鋇的三元、四元、五元或一般的復(fù)合鹽。
這些聚合鎢酸鹽的特點(diǎn)是它們的陰離子是鎢的單氧基酸、鎢的同多氧基酸或鎢和另一元素的雜多氧基酸，所述另一元素取自含鈦、鋯、鉿、鉭、釔、和鈰這個(gè)系列，它在雜多氧基酸中起雜原子的作用。
根據(jù)本發(fā)明，鹽的陰離子有不同的結(jié)構(gòu)和價(jià)態(tài)，它們所具有的結(jié)構(gòu)與pH值密切相關(guān)。在堿性溶液中它們基本上是以單氧基陰離子形式存在，而當(dāng)pH值降低時(shí)，它們就縮合成同多氧基陰離子。在聚合鹽中存在大量不同結(jié)構(gòu)的陰離子也是可能的。
鎢酸鹽除了含有鋇以外，還可以含有一種或多種其它堿土金屬作為陽(yáng)離子，這些堿土金屬選自鎘和錳。
根據(jù)此實(shí)施方案，在燈的活化過(guò)程中，堿土金屬碳酸鹽熱裂解為二元堿土金屬氧化物。
在燈工作時(shí)，由于受到離子的轟擊，在電極的熱點(diǎn)電子發(fā)射材料就會(huì)慢慢地?fù)]發(fā)掉。
權(quán)利要求
1.一種低壓氣體放電燈，它裝有氣體密封的放電管，管內(nèi)充有氣體，還裝有用來(lái)維持放電管內(nèi)氣體放電的電極；至少有一個(gè)電極安裝在放電管內(nèi)，并包括一個(gè)含有芯的線圈，此芯由具有第一種負(fù)電性的第一種高熔點(diǎn)金屬材料制成；此線圈還含有一個(gè)圍繞繞組，該繞組由具有第二種負(fù)電性的第二種高熔點(diǎn)金屬材料制成；在芯和繞組之間還有電子發(fā)射材料涂層；該線圈還帶有電流供給；這種燈還裝有用來(lái)引發(fā)和維持氣體放電的裝置。
2.權(quán)利要求1的低壓氣體放電燈，其特征在于芯是由具有較高負(fù)電性的第一種高熔點(diǎn)材料組成，而圍繞繞組是由具有較低負(fù)電性的第二種高熔點(diǎn)材料組成。
3.權(quán)利要求1的低壓氣體放電燈，其特征在于芯是由具有較高負(fù)電性的第一種高熔點(diǎn)材料組成，這種材料選自鎢和鎢與鋯、鉿、鈦、釔、鈧、鑭或鑭系元素的合金；而圍繞繞組是由具有較低負(fù)電性的第二種高熔點(diǎn)材料組成，這種材料選自鋯、鉿、鈦、釔、鈧、鑭或鑭系元素。
4.權(quán)利要求1的低壓氣體放電燈，其特征在于芯是由具有較低負(fù)電性的第一種高熔點(diǎn)材料組成，而圍繞繞組是由具有較高負(fù)電性的第二種高熔點(diǎn)材料組成。
5.權(quán)利要求1的低壓氣體放電燈，其特征在于芯是由具有較低負(fù)電性的第一種高熔點(diǎn)材料組成，這種材料選自鎢和鎢與鋯、鉿、鈦、釔、鈧、鑭或鑭系元素的合金；而圍繞繞組是由具有較高負(fù)電性的第二種高熔點(diǎn)材料組成，這種材料選自錸、鈷、鎳、銣、鈀、銠、銥、鋨、鉑。
6.權(quán)利要求1的低壓氣體放電燈，其特征在于作為電子發(fā)射材料的涂層包含聚合的多鎢酸鋇。
7.一種電極，它包括含有芯的線圈，此芯是用具有第一種負(fù)電性的第一種高熔點(diǎn)金屬材料制成；此線圈還含有圍繞繞組，此繞組是由具有第二種負(fù)電性的第二種高熔點(diǎn)金屬材料制成；此線圈在芯和繞組之間還有作為電子發(fā)射材料的涂層；此線圈還有電流供給。
全文摘要
一種低壓氣體放電燈。這種燈裝有密封的放電管，管內(nèi)充有氣體。這種燈還裝有用來(lái)維持放電管內(nèi)氣體放電的電極。至少有一個(gè)電極置于放電管內(nèi)，這個(gè)電極包括含有芯的線圈；芯由具有第一種負(fù)電性的第一種高熔點(diǎn)金屬材料制成；此線圈還含有圍繞繞組，此繞組由具有第二種負(fù)電性的第二種高熔點(diǎn)金屬材料制成；此線圈在芯與繞組之間還有電子發(fā)射材料涂層；此線圈還帶有電流供給。這種燈還裝有用于起動(dòng)和維持氣體放電的裝置。本發(fā)明還涉及電極。
文檔編號(hào)H01J61/06GK1669112SQ03816783
公開日2005年9月14日 申請(qǐng)日期2003年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月17日
發(fā)明者C·J·德尼森, C·R·隆達(dá) 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司