陰極是弧光放電低壓汞燈的主要部件，燈的壽命長(zhǎng)短主要決定于陰極，而加熱體是陰極發(fā)射物質(zhì)的基底，氧化物涂層的溫度由它來決定，所以加熱體設(shè)計(jì)的好壞直接影響到整個(gè)陰極的壽命。合理設(shè)計(jì)陰極加熱體對(duì)提高低壓汞燈質(zhì)量是很重要的。
本節(jié)只簡(jiǎn)單介紹一下螺旋型加熱體的一般設(shè)計(jì)計(jì)算。對(duì)編織加熱體不予介6B。(編織加熱體的工藝同紡織品編織是一樣的，僅僅選擇一下編織芯線直徑和根據(jù)燈6的電參數(shù)計(jì)算一下編織體的長(zhǎng)度。)燥旋型加熱體是由細(xì)鎢紳繞制而成，月是為了壓縮加熱體尺寸所以把鎢6繞成單螺旋、雙螺旋、三螺旋等結(jié)構(gòu)形式。下面分別說明這些加熱體的設(shè)計(jì)計(jì)算。51單螺旋的設(shè)計(jì)
所謂單燥旋設(shè)計(jì)主要是根據(jù)給出的燈電參數(shù)(如燈聳電流和燈6壓降)來設(shè)計(jì)決定加熱體的幾何尺寸，這包括設(shè)計(jì)鎢聳的直徑和長(zhǎng)度，芯線直徑和螺距，加熱體的這四個(gè)參數(shù)日由T而幾個(gè)公式給出。它不僅用于熱陰極低壓汞燈、螢光燈，而且還應(yīng)用于很多電真空器件上，如中小功率的收訊放大管，和應(yīng)用于牛小功率的離子器件上等，它所以得到這樣廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)樗哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn)，如電子的逸出功低，發(fā)肘效率高，發(fā)射電流密度大，而且氧化物陰極工藝簡(jiǎn)單，成本低等。當(dāng)然堿土金屬
氧化物陰極也有一些缺點(diǎn)，如不耐K離子轟擊，易濺散，對(duì)某些氣體易中毒而造成發(fā)射下降等缺點(diǎn)，盡管如此目前在中小功率的電真空3i件的離子器件上仍占統(tǒng)治地位。
堿土金居氧化物是指氧化鋇、氧化銀、氧化鈣以及它們的混合物。但直接涂覆到陰極上的是三種金屬的碳酸鹽，而不是用它們的氧化物，這是目為堿土金屬的氧化物在空氣中很不穩(wěn)定，它會(huì)強(qiáng)烈地吸收周圍空氣的潮氣而形成氫氧化物，例如將氧化鋇置于空氣中，它同空氣牛的水氣反應(yīng)，生成氫氧化鋇。
生成的氫氧化鋇體積變大，使徐層發(fā)脹，則降低了涂層的牢固度，以致造成掉粉。目此陰極綜層的原材料不能直接聞堿土金居的氧化物，而是用它們的碳酸鹽，即碳酸鋇(B9C0l)、碳園銀(8rCOI)和碳酸鈣(GaC08)。6是目為它們的碳酸鹽不僅化學(xué)性穩(wěn)定，易于制造，而且在真空中通電加熱到1000℃時(shí)很易分解產(chǎn)生相應(yīng)的氧化物，這樣陰極綜層就變成了堿土金屬的氧化物。
堿土金屬氧化物陰極是很嬌嫩的，它對(duì)許多氣體很敏感，如氯、二氧化硫、氧、硫酸、硝酸等，所有這些氣體，即使是很微量的，也會(huì)造成陰極發(fā)射電子下降，這叫做陰極中毒。所以在陰極制粉、配粉、球磨、涂粉以及分解激活等工序中均要特別注意真空衛(wèi)生，原材料純度和工藝規(guī)程，不然會(huì)造成燈的大批量報(bào)廢。
一般氧化物涂層是由二元鹽——碳酸鋇、碳酸L6、碳酸鈣所組成，其中碳酸鋇對(duì)電子發(fā)射起決定性作用，盡管這樣，通常還是不采用單一的碳酸鋇作為陰極發(fā)射層，而是采用二元鹽或三元鹽做陰極發(fā)射層，這是因?yàn)楫?dāng)混合二元鹽配比適宜時(shí)，發(fā)射性能比單一碳酸鋇發(fā)射為大，另外混合碳酸鹽的牢固皮和耐正離子轟擊的程度都比用單元鹽要好，再則混合碳酸鹽還減少了涂層的高溫蒸發(fā)，因此熱陰極低壓汞燈都采用堿土金屬三元鹽來做陰極涂層。
因?yàn)檠趸^的發(fā)射性能較好，所以在三元碳酸鹽的混合比例中，一般碳酸鋇所占NLb6隕大，其次是碳酸鉛，而碳酸鈣所6Lb例最小。因?yàn)檠趸}的發(fā)射性能較差，但它能耐正離子轟擊，所以加碳酸鈣可以使涂層變得堅(jiān)實(shí)而耐正離子轟擊。因此三種碳酸鹽的混合比(重量比)一般為：BaCOJ8rG0，G8CO。為了防止燈發(fā)黑，有時(shí)在發(fā)射粉中加入二氧化銷比例。
為了使上述比例混合的二元碳園躺牢固地涂覆在雙螺旋加熱體上，還要把它制成發(fā)射漿液，發(fā)射漿液是由二元碳酸鹽、溶劑和粘結(jié)劑所組成。溶劑的選擇，一殷根據(jù)它們的干燥時(shí)間(即蒸發(fā)速率)不同而決定。常用溶劑有甲脖、丙酮、酷園丁朗等。對(duì)粘結(jié)劑的要求是在綜層分解時(shí)，本身能消失，并且所產(chǎn)生的氣體對(duì)陰極無害，通常把硝棉溶于有機(jī)格劑中做為粘結(jié)劑。
二元碳酸鹽、溶劑、枯結(jié)劑三者的比例視季節(jié)和溶劑性質(zhì)而定，一般在夏季干燥時(shí)期和易揮發(fā)的溶劑則所加溶劑分量就大；反之在冬季溫度較低和采用不易揮發(fā)的溶劑時(shí)，則所加溶劑分量就小。下面是一個(gè)常用的二元碳酸鹽、溶劑、粘結(jié)劑三者的比例關(guān)系配法，按上述比例成分混合好的發(fā)射漿，放入球磨瓶?jī)?nèi)，球磨時(shí)，使二元碳酸鹽的粒度在5微米以下。當(dāng)碳酸鹽粒度愈細(xì)則涂層愈牢固。而且涂覆厚度愈薄。
把球磨好的三元碳酸鹽發(fā)射漿液一電子粉溶液，用電泳的方法涂敖在雙螺旋加熱體上。經(jīng)球磨好的電子粉漿液是懸濁液，而這懸濁液往往帶有正電荷，當(dāng)我們把燈絲接到電源的負(fù)極并把它涅于懸濁液中時(shí)，于是這些電子粉就涂效到雙螺旋燈絲上去了，涂層的厚度隨著電泳的時(shí)間加長(zhǎng)而增加，電泳涂效法的優(yōu)點(diǎn)是涂層結(jié)實(shí)、表面平滑，涂層厚度易于控制，而見節(jié)約電子粉，生產(chǎn)效率高，所以用電泳法涂效的電子粉耐正離子轟擊和不易跳火。燈絲上電泳粉的厚度不宜太厚，當(dāng)粉太厚時(shí)，陰極的熱慣性大，不利于啟動(dòng)；電子粉也不宜太薄，否則燈絲上的粉太少，對(duì)壽命不利，因此電泳電子粉時(shí)其粉層重量一般控制在3.5、4.5毫克(對(duì)15、20瓦的熱陰極低壓汞燈)，和5、程克(對(duì)30、40瓦的熱陰極低壓汞燈)為較為理想。
涂好粉的燈6經(jīng)對(duì)n后進(jìn)行排氣，當(dāng)破殼除氣后，真空度達(dá)到10毛以上，在排氣車上對(duì)三元碳酸鹽進(jìn)行通電分解和澈活，所謂分解就是對(duì)燈聳通電加熱，使碳酸鹽分解為氧化物。例如對(duì)碳酸鋇加熱分解過程為：
電子粉通電加熱分解的溫度一般在100、1200℃。加熱溫度同涂層狀況有關(guān)，當(dāng)涂層愈松散時(shí)因?qū)嵝阅茏儾�，則所需分解溫度就愈高。另外當(dāng)碳酸鹽的顆粒度愈粗時(shí)，則所需加熱溫度也應(yīng)高些。當(dāng)加熱分解溫度愈高，則通電加熱時(shí)間就可短些。但當(dāng)分解溫度太高時(shí)會(huì)使徐層蒸發(fā)嚴(yán)重，則發(fā)射物質(zhì)大量減少，壽命就會(huì)縮短。反之若通電分解溫度低時(shí)，則通電加熱時(shí)間就需長(zhǎng)些。陰極通電升溫時(shí)，溫度應(yīng)緩慢地升上去，慢慢升溫有兩個(gè)好處，一是因碳酸鹽涂層的熱傳導(dǎo)性很差，因各處厚薄不同若升溫很快會(huì)造成溫差很大，使缺層破裂，若溫升緩慢時(shí)就可避免了這個(gè)弊病。緩慢升溫的第：個(gè)好處是：碳園鹽加熱分解時(shí)會(huì)放出大量氣體來(如：氧化碳、水、P烷等)，使燈的真空度下降，由于泵不能馬上抽走，就可能使陰極中毒，若緩慢升溫就避免了這個(gè)缺點(diǎn)。
陰極通電分解過程主要是把碳酸鹽分解為堿土金屬氧化物，單純的氧化物綜層是一個(gè)很好的介質(zhì)，不僅電導(dǎo)率很低，而且電子發(fā)射性能R很差，所以還6須對(duì)堿土金屬氧化物進(jìn)行澈活。所謂激活就是使堿土金屬氧化物具有很好的電子發(fā)射，使氧化物介質(zhì)變?yōu)榘雽?dǎo)體，使氧化物涂層的電子選出功降低。堿土金屬氧化物的澈活過程是一個(gè)很復(fù)雜的物理化學(xué)變化過程。在陰極通電加熱分解時(shí)B然主要是碳園鹽的分解，但仍伴隨有激活過程產(chǎn)生，這時(shí)不僅碳酸鹽分解為氧化物，而且還有一部分氧化鋇會(huì)分解為鋇原子，這些鋇原子在氧化物徐層中擴(kuò)散，使整個(gè)氧化物綜層本身由介質(zhì)變?yōu)榘雽?dǎo)體。更重要的是分解出來的原于鋇，會(huì)擴(kuò)散到涂層表面，使氧化物徐層外表面形成一個(gè)鋇原子膜。涂層的半導(dǎo)體化和徐層表而鋇原子膜的形成，這是氧化物陰極退出功低，發(fā)肘效率高的主要原因。在排氣時(shí)為了使陰極激活的更好，除了對(duì)陰極通電分解外，還常常單獨(dú)加一道激活工序——朝極高溫閃白或高壓輝放。所謂高溫閃自就是使通過陰極燈聳的電流比額定值高一倍左右，用極短的時(shí)間(約2秒鐘)使燈紳閃爍發(fā)白，這樣使氧化鋇很快分解出更多的鋇原子來，但閃自時(shí)間絕對(duì)不能很長(zhǎng)2不然氧化鋇莖散嚴(yán)重，會(huì)造成燈的壽命縮短。所謂高壓輝放是另一種陰極激活的方法，它是在排氣車上利用燈本身產(chǎn)生的輝光放電，產(chǎn)生很大的陰極位降，利用高速離子對(duì)陰極進(jìn)行轟擊加熱，使氧化鋇分解出原子鋇來。以上這兩種陰極激活的方法，各廠視其具體條件的
不同而有所區(qū)別，但一殷用長(zhǎng)排車排氣時(shí)多用高溫閃白澈活工藝，而因排車則多用高壓輝放激活工藝或二者兼用。
在澈活過程牛由于陰極激活不足，燈在點(diǎn)燃過程中，陰極會(huì)在局部地區(qū)出現(xiàn)過熱點(diǎn)——陰極熱點(diǎn)，熱點(diǎn)溫度常高達(dá)1100℃(氧化物陰極正常工作溫度在750、850℃)，陰極處于這樣高的溫度，發(fā)射物質(zhì)蒸發(fā)速度加快，燈的壽命縮短。為了防止陰極熱點(diǎn)的出現(xiàn)，除了在排氣時(shí)改進(jìn)對(duì)陰極的激活工藝外，還常常在二元碳酸鹽中加入一些耐高溫物質(zhì)，如加入三氧化二鋁，二氧化鐵及二氧化銷等，加進(jìn)這些物質(zhì)還能阻止氧化鋇與鎢之間的化學(xué)反應(yīng)，因而還能防止燈的發(fā)黑。國(guó)外還有用堿土金屬的過氧化物來代替氧化物，如用二氧化鋇，氧化及二氧化鈣等過氧化物做陰極徐層，據(jù)報(bào)導(dǎo)這樣也可降低陰極熱點(diǎn)溫度，減少鋇的蒸發(fā)。并具有發(fā)射電流密度大、1g極位降低等優(yōu)點(diǎn)。
為了銜量陰極的性能、對(duì)陰極定義了一些參數(shù)。關(guān)于氧化物陰極有以下幾個(gè)主要參數(shù)：
a)陰極I作溫度：堿土金屬氧化物陰極的工作溫度范圍要求比較嚴(yán)格；如果工作溫度偏低，則往往會(huì)引起陰極中毒，這是由于燈中放出的氣體在低溫下容易與陰極氧化物起作用所致。另外當(dāng)陰極工作溫度過低時(shí)，氧化物半導(dǎo)體涂層中鋇的擴(kuò)散將大大減弱，因此陰極發(fā)射將大大下降。相反如果陰極工作溫度偏高，則氧化物徐層表而的金屬鋇層蒸發(fā)嚴(yán)重，甚至于氧化物綜層也會(huì)蒸發(fā)，這樣就破壞了陰極發(fā)射層，使陰極壽命大大縮減。所以氧化物陰極的正常工作溫度嚴(yán)格控制在750、陽(yáng)0℃之間。
b)陰極發(fā)射效率：?jiǎn)挝患訜峁β侍峁┑年帢O發(fā)射電流的大小就叫陰極發(fā)時(shí)效率。肌一股氧化物撤活檢度和工作狀態(tài)有關(guān)：在一殷情況下，氧化物陰極發(fā)肘電流密度在2m。
c)陰極退出功：陰極材料的原子核周圍有許多電子，在通常情況下這些電子并不能選出陰極而進(jìn)入放電空間，要使電子從陰極退出必須給它一定的能量，這個(gè)能量稱為陰極表示，不同陰極有不同的選出功，希望退出功愈小愈好，當(dāng)退出功愈小則陰極發(fā)射效率就愈高。氧化物陰極的選出功是很小的，一般在1.3、1.80v之間，所以堿土金居氧化物的發(fā)射效率是很高的。表y6是幾種燈中常用陰極材料的選出功。http://www.gtiwv.com
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