專利名稱：陶瓷熒光燈電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電極，具體地說是一種節(jié)能燈電極(陰極)。
技術(shù)背景熒光燈是現(xiàn)在最重要的人造光源，在全世界廣泛被使用，尤其 在工業(yè)和商業(yè)照明領(lǐng)域。其高效能、良好的光輸出、光輸出的持久 性、顏色的多樣性以及較長的使用壽命使之成為上述照明領(lǐng)域中的理想選擇。據(jù)估計(jì)全世界人造光源所發(fā)出光的總量中，大約其中80 % 的比例是熒光燈所發(fā)出的?？梢哉f，熒光燈的質(zhì)量與千家萬戶的生 活息息相關(guān)。熒光燈目前巿場(chǎng)上銷售和使用的各種照明燈具中使用的熒光燈 (管，下面均稱為熒光燈)，多為鎢絲制成的電極制成的熒光燈。這種 電極是熒光燈電極傳導(dǎo)電能進(jìn)入放電燈并提供維持電流的電子。由 于要求在高溫下工作，因此電極所用材料必須有低蒸氣壓，不僅要 確保其本身的壽命，而且要阻止燈本身的過度污染。這種污染以端部發(fā)黑(沉積)或不需要的燈氣壓改變的形式出現(xiàn)。此外，被選中的 材料必須有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、抗碰撞性，如果需要的話，還要有足 夠的延展性以允許復(fù)雜電極幾何外形的制造。到目前為止，鎢是最主要用作電極的材料，在溫度超過2 000 x:時(shí)，鎢是豐富的電子發(fā) 射體，但是在許多燈中，這樣高的溫度是無法被接受的，因此一般 電極都采用發(fā)射材料來加強(qiáng)電子發(fā)射，它通常是將某種氧化物涂敷 在電極上或組裝時(shí)放入電極內(nèi)的形式出現(xiàn)的。因?yàn)殡娮幽軌蛱与x陰極的可能幾率指數(shù)依賴于它的溫度Tc(K)以及表面的障礙因素，即 所謂的功函數(shù)，而高溫度和低功函數(shù)有助于發(fā)射電子。對(duì)于陰極壽命來說，啟動(dòng)期間是最關(guān)鍵的。陰極上電子粉的最佳工作溫度是900 °C,此時(shí)電子粉發(fā)射能力的電子較強(qiáng)，在陰極達(dá) 到熱發(fā)射所需的足夠熱的程度之前，陰極表面電場(chǎng)升得非常高，這 樣高電場(chǎng)會(huì)使離子向陰極加速飛去，并以很高的能量撞擊陰極，在 這個(gè)過程中，發(fā)生濺射(離子碰撞導(dǎo)致原子發(fā)射)。在這個(gè)過程中的 發(fā)射材料的損失可能會(huì)影響熒光燈的壽命。在熒光燈中， 一般要預(yù) 熱陰極令電子可以熱發(fā)射，從而減少濺射效應(yīng)。蒸發(fā)和濺射這兩個(gè) 物理過程是影響熒光燈電極壽命的最重要因素，當(dāng)在燈管內(nèi)充以惰 性氣體且氣體密度又較大時(shí)，這種現(xiàn)象危害的程度就會(huì)大大減弱。然而，盡管如此，目前普通熒光燈電極的壽命也僅為5000~8000小 時(shí)。光源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光亮總和稱為光源的光通量。光源所 發(fā)出的光能是向所有方向輻射的，對(duì)于在單位時(shí)間里通過某一面積 的光能，稱為通過這一面積的輻射能通量。各色光的頻率不同，眼 睛對(duì)各色光的敏感度也有所不同，即使各色光的輻射能通量相等， 在視覺上并不能產(chǎn)生相同的明亮程度，在各色光中，黃、綠色光能 激起最大的明亮感覺。如果用綠色光作水準(zhǔn)，令它的光通量等于輻 射能通量，則對(duì)其它色光來說，激起明亮感覺的本領(lǐng)比綠色光為小， 光通量也小于輻射能通量。光通量的單位是流明，是英文lumen的 音譯，簡寫為lm。絕對(duì)黑體在鉑的凝固溫度下，從5.305*103(^12面 積上輻射出來的光通量為llm。為表明光強(qiáng)和光通量的關(guān)系，發(fā)光 強(qiáng)度為1坎德拉的點(diǎn)光源在單位立體角(1球面度)內(nèi)發(fā)出的光通量 為1流明。例如 一只40W的普通白織燈的光通量為350…4701m， 而一只40W的普通直管形熒光燈的光通量為25001m左右，為白織 燈的5 6倍。同等功率光通量的大小體現(xiàn)了節(jié)能燈的效率，光通量 越大，其節(jié)能效果越好。然而，進(jìn)一步大幅提高同等功率下的光通 量已經(jīng)遇到瓶頸，因此，急需一種新技術(shù)的產(chǎn)生。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)上述不足提供一種能耗低、光通量 大、壽命長的陶瓷熒光燈電極。本實(shí)用新型的熒光燈電極是以常規(guī)陰極為電極支架，在電極支 架外面覆蓋有一層半導(dǎo)體陶瓷，所述陶瓷內(nèi)含有電子發(fā)射材料，陶 瓷的表面具有一層納米金屬層，其可以增強(qiáng)電子的發(fā)射能力，所述 的金屬層為鉬、鎳混合金屬層。所述納米金屬層是陶瓷燒結(jié)的過程 中，通過金屬蒸汽吸附并燒結(jié)在陶瓷表面形成，即陶瓷表面包括能 夠接觸到金屬蒸汽的每個(gè)微孔均形成一層金屬層。本實(shí)用新型的陶瓷熒光燈電極，其通過如下方法制備獲得1) 制備電極支架；2) 在電極支架上噴涂上陶瓷粉漿層，所述陶瓷粉漿由下列重量 份的材料制成陶瓷粉 30~90 堿土金屬 0.5~9 稀土金屬 0.3~7 二氧化鋯 0.5~3 硝棉 0.1~1 電子粉 2~30其中，在堿土金屬中鎂占10~90%，在稀土金屬中鑭占 10~90%,將上述材料用適量的溶劑調(diào)制成陶瓷粉漿；3) 高溫?zé)Y(jié)固化，在燒結(jié)固化時(shí)將鎳和鉬同時(shí)焙燒。 上述步驟l)中所述的電極支架可以是目前的常規(guī)電極(不含外層的電子粉)，例如可以用鉬絲制成的單絲雙螺旋或三螺旋，也可以 用一根鉬絲與幾根鵠絲共同纏繞成纜索式三螺旋，或者釆用主輔絲 式二螺旋或三螺旋。本實(shí)用新型優(yōu)選的是以 一根或兩根鉬絲為基絲， 在基絲外纏繞幾根鎢絲制成的電極支架，并且可以將鎢絲首先纏繞成一股，再纏繞在鉬絲外。上述步驟2)中的溶劑是為了將陶瓷材料調(diào)制成陶瓷粉漿，這些 溶劑應(yīng)當(dāng)在陶瓷燒結(jié)過程中揮發(fā)掉，可以用一些有機(jī)溶劑，例如乙 酸丁酯、甲醇、丙醇，這些溶劑容易揮發(fā)，最終均可除去，不產(chǎn)生 殘留，不影響陶瓷熒光燈電極最終的性能。例如可用由下列體積百分比成分組成的溶劑乙酸丁酯 35~45% 草酸丁酯 10~20% 甲醇 40~50%將上述陶瓷材料與溶劑調(diào)制成陶瓷粉漿，陶瓷粉漿的黏度可根 據(jù)需要進(jìn)行調(diào)制，例如需要形成較厚的陶瓷時(shí)可以將陶瓷粉漿的黏 度增大一些，需要形成較薄的陶瓷時(shí)可以將陶瓷粉漿調(diào)制得稀薄一 些。上述材料和溶劑可按照重量體積比為1:1 2進(jìn)行配制，優(yōu)選按 照l: 1.2 1.7進(jìn)行配制，更優(yōu)選為L 1.62。上述的陶瓷粉漿優(yōu)選的可以由下列重量份的材料制成 陶瓷粉 50~70 堿土金屬 1.5~4 稀土金屬 1~3 二氧化鋯 1.5~1.7 硝棉 0.2~0.8 電子粉 10~17 。上述陶瓷粉可以由下述重量百分比的成分組成氧化鋁 75~90%、氧化鋇3~15%、氧化鍶3~15%、氧化鉤3~15%。由上述組 成燒制的陶瓷具有較好的強(qiáng)度，然而需要說明的是，作為陶瓷領(lǐng)域 的技術(shù)人員很容易想到通過其他成分進(jìn)行替換，得到較好強(qiáng)度和韌 性的陶瓷，這些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。上述步驟3 )燒結(jié)固化的方法是首先在55~65匸加熱15~30分鐘，同時(shí)抽真空；然后升溫到650~750°C,停止抽真空，并通入保 護(hù)氣體，保溫20~40分鐘；最后升溫到1200~1400°C，保溫30-80 分鐘，然后冷卻，冷卻至150度即可解除氣體保護(hù)。所述的保護(hù)氣 體可以是氫氣。優(yōu)選地，步驟3 )燒結(jié)固化的方法是首先在55~65°C 加熱15 30分鐘，同時(shí)抽真空；然后升溫到650~750°C,停止抽真 空，用氫氣作保護(hù)，保溫20~40分鐘；換用氮?dú)庾鞅Ｗo(hù)，最后升溫 到1300-1400°C,保溫30-80分鐘,然后冷卻。本實(shí)用新型所述的堿土金屬為鈹(Be)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、 鍶(Sr)、鋇(Ba)或鐳(Ra)中的一種或多種。優(yōu)選為鎂及鈣、鍶 或鋇中的一種或多種。稀土金屬(rare earth metals)又稱稀土元素，是元素周期表IIIB族 中鈧、釔、鑭系17種元素的總稱，常用R或RE表示。本實(shí)用新型所述的稀土金屬為鈧(Sc)、釔(Y)、鑭(La)、鈰(Ce)、 鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、 鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)或镥(Lu)中的 一種或多種。優(yōu)選為 鑭以及釔、鈰、鐠、钷、釤、4L、鉺、鐿或镥中的一種或多種，更 優(yōu)選為鑭以及釔、鈰、鐠、鉺或鐿中的一種或多種。本實(shí)用新型所述的指電子發(fā)射材料，包括氧化鋇、氧化鍶、氧 化鈣的組合，以及電子粉，所述電子粉是指目前國內(nèi)常用的三元碳 酸鹽(碳酸鋇、碳酸鍶和碳酸鈣)。本實(shí)用新型釆用陶瓷作為載體，將電子發(fā)射材料包埋在其中， 陶瓷是永久性材料，耐高溫、強(qiáng)度好、耐沖擊、不易碎、不剝落， 此外，采用陶瓷做載體，其電子儲(chǔ)量大，耐用。并且陶瓷致密度好， 導(dǎo)熱性能好，因此在較低的電壓(160V或更低)和溫度(400~480°C ) 下即可啟動(dòng)發(fā)射出電子，這樣可以顯著降低陰極濺射，提高使用壽 命。而常規(guī)電極由于電子粉敷在上面，導(dǎo)熱差，啟動(dòng)溫度高(900'C )。 此外陶瓷還具備吸附的功能，濺射出去的原子部分還可以返回到陶瓷中，因而可以進(jìn)一步降低陰極濺射的損耗。本實(shí)用新型電極的使 用壽命達(dá)3萬小時(shí)，是普通熒光燈的4 6倍。并且，電子的發(fā)射量可以通過材料進(jìn)行調(diào)節(jié)，與普通熒光燈啟 動(dòng)后電子100%發(fā)射不同，本實(shí)用新型的電子發(fā)射不是完全發(fā)射，通 過調(diào)節(jié)，可以將電子的發(fā)射量控制在剛好利用完的狀態(tài)，因此，光源純凈，近100%為可見光。本實(shí)用新型熒光燈28W的亮度可與目 前熒光燈40W的亮度相媲美，并且本實(shí)用新型熒光燈光源更加清澈 透亮。與目前的熒光燈相比間接節(jié)電可達(dá)30%。此外，如前所述由 于本實(shí)用新型熒光燈是低溫啟動(dòng)，400 48(TC即可發(fā)射出電子，工作 溫度低，而目前的熒光燈需要高溫啟動(dòng)，工作溫度高，因此，即使 是在相同功率下，本實(shí)用新型熒光燈亦可節(jié)約能耗達(dá)13~17%。因此 總 體節(jié)能可達(dá)43~47%。公共照明(指12米高桿馬路燈)是釆用的450W汞燈(需要整 流器，功率為12W),其具有使用壽命長(2萬個(gè)小時(shí)左右)的優(yōu)點(diǎn)， 而目前的熒光燈由于使用壽命短而無法進(jìn)行替換，但是汞燈光效差， 紫外線、紅外線占有70%，燈溫高達(dá)300度，能耗大。而釆用本實(shí) 用新型電極的熒光燈只需150W即可取代450W的汞燈，節(jié)能達(dá) 70%，并且清潔無光害。此外，釆用本實(shí)用新型電極的熒光燈相同功率的燈管直徑比目 前節(jié)能燈小2/3, 016mm的燈管即可相當(dāng)于目前熒光燈0>50mm或 040mm的熒光燈使用，節(jié)省玻璃60%，節(jié)省熒光粉60%。另外，又 由于使用壽命又長，在相同使用時(shí)間的情況下，普通熒光燈的更換 次數(shù)是本實(shí)用新型熒光燈的4~6倍，因此，本實(shí)用新型因破損廢棄 產(chǎn)生的污染僅相當(dāng)于目前熒光燈的1/12~1/16,大大減少了污染，因 而更加環(huán)保。此外，釆用本實(shí)用新型電極的熒光燈，由于光源近100% 為可見光，無光害，更有利于健康。由上述可知，釆用本實(shí)用新型電極的熒光燈具有壽命長、節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

圖l為本實(shí)用新型熒光燈電極的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖l燈絲放大后的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，l為基絲，2為輔 絲，3為陶瓷層。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體的實(shí)施例來進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。應(yīng)當(dāng)理解，這 些實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型，而不能限制本實(shí)用新型的保護(hù)范 圍。如圖1和2所示，電極支架是由一根基絲1和兩根輔絲2構(gòu)成，輔絲 2纏繞在基絲1的外面，在電極支架上覆蓋有一層半導(dǎo)體陶瓷3。所述 陶瓷內(nèi)含有電子發(fā)射材料，陶瓷的表面具有一層鎳、鉬金屬混合層， 其具有增強(qiáng)電子的發(fā)射能力。本實(shí)用新型陶瓷熒光燈電極可通過如下方法制備材料電極支架材料鉬絲(00.2mm)、鎢絲(OO.lmm)陶瓷粉氧化鋁450g、氧化鋇80g、氧化鍶58g、氧化鈣12g堿土金屬鎂15g、鈣10g、鍶10g稀土金屬鑭10g、鈰5g、鉺5g二氧化鋯15g硝棉4g電子粉150g (碳酸鋇84g、碳酸鍶57g、碳酸鈣9g) 溶劑乙酸丁酯531ml、草酸丁酯199ml、甲醇597ml方法1) 取2根鎢絲，將其緊密纏繞在兩根鉬絲上，即得電極支架；2) 將陶瓷粉、堿土金屬、稀土金屬、二氧化鋯、硝棉以及電子 粉用溶劑混勻成粉漿；3)將電極支架蘸上陶瓷粉漿，并放入爐中進(jìn)行燒結(jié)固化，爐中 事先置入鉬塊(或鉬粉)和鎳塊(或鎳粉)，其條件如下首先抽真空，壓力不低于10MPa,加熱到60"C保溫20min;然后升溫到700°C, 停止抽真空，并通入保護(hù)氣體氫氣，保溫30min;換用氮?dú)庾鳛楸?護(hù)氣體，最后升溫到137(TC，保溫60分鐘，然后冷卻，冷卻至150 度取出。釆用上述電極制備成40W直管熒光燈，經(jīng)檢測(cè)，其在160V電 壓下即可啟動(dòng)，啟動(dòng)溫度為400°C,光通量94.71m/W，可見光99.8%, 使用壽命可達(dá)3萬小時(shí)。
權(quán)利要求1. 陶瓷熒光燈電極，其特征在于該電極包括導(dǎo)電電極支架在電極支架外面覆蓋有一層半導(dǎo)體陶瓷，所述陶瓷內(nèi)含有電子發(fā)射材料，陶瓷的表面具有一層納米金屬層。
2、 如權(quán)利要求l所述的電極，其特征在于所述的金屬層為鎳、 鉬混合層。
3、 如權(quán)利要求l或2所述的電極，其特征在于所述的電極支架 是以 一根或兩根鉬絲為基絲，在基絲外纏繞幾根鎢絲制成。
4、 一種燈具，其特征在于，該燈具含有權(quán)利要求1 3任一項(xiàng)所述陶瓷熒光燈電極。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種陶瓷熒光燈電極(陰極)，該電極采用陶瓷工藝，以常規(guī)電極為電極支架，在電極支架外面覆蓋有一層半導(dǎo)體陶瓷，所述陶瓷內(nèi)含有電子發(fā)射材料，陶瓷的表面具有一層納米金屬層，該金屬層是在陶瓷燒結(jié)過程中，通過金屬蒸汽吸附并燒結(jié)在陶瓷表面形成。采用本實(shí)用新型電極的熒光燈使用壽命達(dá)3萬小時(shí)，是目前熒光燈的4～6倍，光通量達(dá)94.7lm/W，并且均為可見光，相同亮度下比現(xiàn)有熒光燈節(jié)電43～47％。
文檔編號(hào)H01J61/06GK201117625SQ200720172878
公開日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2007年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月30日
發(fā)明者史祖德 申請(qǐng)人:史祖德