納米陶瓷電極燈的製作方法
2023-06-24 02:15:41 1
專利名稱：納米陶瓷電極燈的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電光源放電燈，特別是指採用納米陶瓷電極的電光源放電燈。
背景技術：
在《氧化物陰極》所示例方式描述了一種應用在低氣壓放電燈中的電極。這種電極具有一鎢絲的杆狀雙螺旋或三螺旋電極絲，電極絲上備有電子發射物。該電子發射物按標準由含有氧化鋇、氧化鍶以及氧化鈣的混合物組成，這種標準發射物質通常是在安裝於燈內的電極的激化過程中，從一由摩爾百分比為56％的碳酸鋇、38％的碳酸鍶和6％的碳酸鈣組成的發射膏中，通過相應氧化物中的碳酸鹽向氧化物轉化把產生的二氧化碳排出去。此外，這種電極用於冷起動即不經電極預熱而點燃的低氣壓放電燈時，壽命太短。另外，這種電極基於其幾何形狀和尺寸，難於適用於管徑小(T1-Φ3.2mm)的螢光燈中。
在瑞士專利申請CH449117中公布了一種用於氣體放電燈的熔結電極，其電子發射物用一種帶有鹼土金屬氧化物和過氧化物的金屬粉末混合物製成。這種混合物主要含有兩份鹼土金屬的氧化物或過氧化物和一份金屬粉末，在高壓即1000～2000kg/cm3下被壓入並最終熔結在電極上。作為氧化物和/或過氧化物，在該專利申請中明確地提到了氧化鋇，作為金屬粉末則舉出了鋯、鉭和鎢。這種電極的生產過程較為昂貴，而且這種電極並沒有表現出足夠的冷起動穩定性。
從人們已熟知的一些用於低氣壓放電燈的具有冷起動能力的電極。它們基本上由一半導電的瓷體組成。作為主要組成部分，這些電極含有一種或多種元素鈦、鋇、鍶、鈣、鑭、錫的氧化物。此外，它們還有出自於元素釔(Y)、鏑(Dy)、鉿(Hf)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、釤(Sm)、釓(Gd)、鈥(Ho)、鉺(Er)、鋱(Tb)、銻(Sb)、鈮(Nb)、鎢(W)、鐿(Yb)、鈧(Sc)和鉭(Td)的一種或多種添加物。這些電極的生產過於昂貴。此外，它們只適用於比較低的不大於約50mA工作電流的低氣壓放電燈，但並不適用於工作電流大於100mA的低氣壓放電燈。
德國人K.D.鮑爾發明了一種帶有電子發射物質的用於放電燈的電極《放電燈電極》，電子發射物中含有鋯酸鋇(BaZrO3)、鉿酸鋇(BaHfO3)、鈦酸鋇(BaTiO3)以及鈰酸鋇(BaCeO3)一族中的鋇化合物以及一種或多種金屬組成成分(公開號CN1170954A)，此發明的電極用於燈管中工作時的缺點是1、若杯狀電極的杯口做的較大，電極發射物質容易漸射；若杯狀電極的杯口做的較小，接收陰極發射電子的面積太小，燈管發出的光效減小；2、使用鋯酸鋇(BaZrO3)、鉿酸鋇(BaHfO3)、鈦酸鋇(BaTiO3)以及鈰酸鋇(BaCeO3)發射物質的電子發射逸出功最低只有1.96eV，與傳統的所謂標準電極的電子發射逸出功1.93eV相比還高出了0.03eV換句話說，使用這種電極並不能提高燈的光效。
發明內容
本發明的任務在於為放電燈光提供一種具有高性能的通斷穩定性以及優良的冷起動性能之電極；應用本發明之產品不但其使用壽命要長，而且光效要高。即，具有高光效、低耗能、長壽命，可調光的獨特性能。此任務通過權利要求1的特徵部分的特徵來完成，本發明特別有益的實施結構在從屬權利要求中說明。
按照本發明電極的電子發射物質中含有稀土鉭氮氧酸鋇，還含有至少一種易還原的納米金屬粉末(Ba1Sc0.08Dy0.02Ta0.9N0.3Ox+Ni0.1)；並且經過陶瓷化工藝製成，這些鉭氮氧酸鋇合物與鋇的氧化物相比具有突出的高度化學穩定性。
按照本發明的電極在激化時不會產生與上文提到的碳酸鹽發射膏一樣強烈的氣體散發的缺點。因為，在這個過程中稀土鉭氮氧酸鋇並不分解、不易吸溼；發射物質中的金屬添加劑起著還原劑的作用，其在鉭氮氧酸鋇化合物中產生盈餘的自由導電原子，這賦予了發射物半導體特性以及較低的電子逸出功(1.59eV)。
通過此盈餘的自由導電原子，發射物的電子逸出功由原來標準電極的1.96eV降至1.59eV。發射物中鉭氮氧酸鋇的含量有利地由摩爾百分比1％～99％，此時金屬添加劑的含量為摩爾百分比1％～99％；已經證明，當鉭氮氧酸鋇的摩爾百分比含量為40％～90％，以及金屬微粒組成部分含量為10％～60％摩爾百分比水平時，效果較好。
在發射物質的這種組合下可以保證上權利要求提到的長壽命，以防止盈餘的自由導電原子通過從電極上蒸發而過早耗盡。在本發明的實施例中，發射物中也有利地添加了納米級鍶和/或鈣的化合物，以降低反應速度；這些在電子發射物中的化合物的含量可有益地至8％摩爾百分比，以使電子逸出功有進一步的降低。
實施例中鉭氮氧酸鋇也可部分地由鉭氮氧酸鍶替代，這種情況下，通過金屬還原劑不僅產生自由的盈餘鋇，而且產生自由的盈餘鍶，它按類似的方式反應。即與上述鉭氮氧酸鋇相類似，使發射物質的電子逸出功下降並賦予半導電特性。發射物質組成的晶粒大小，同樣地對在發射物中進行的反應有重要影響。在此，反應中產生盈餘的金屬微粒，晶粒尺寸有利地為納米級微粉(5nm～400nm)。
按照本發明的燈電極有益地作為具有冷起動能力的口大、腰細、底小的形狀製造，具有該形狀容器之上固定有導線。這樣，按照本發明的電極也能嵌入安裝在細管徑(T1-Φ3.2mm)型螢光燈中。但是，細管徑螢光燈中配備通常應用的杆狀(常規)燈絲就不容許。
按照本發明的燈電極，特別適合於應用在緊湊型節能螢光燈中，也特別適合於應用在其它細管徑、大功率的螢光燈管中；按照發明的電極燈，具有較高的通斷穩定性。研究表明，按照發明的電極可經受超過39萬多次(每隔5秒開關1次)的冷起動，開關實驗壽命超過了之前任何一種同類電光源產品。
按照本發明的口徑大、腰細、底小的形狀的電極的發射物質，可裝在該容器的內壁上；或如實施例一樣填充安裝在該容器內絲網的空隙；或直接壓製成型、燒結成相應形狀的電極。
實施例中絲網(4)的平面有益地與瓶體(1)軸線相切，以便絲網圈邊可以通過容器內壁的凹槽卡緊。這樣可以抑制由於發射物質的濺射和蒸發而使燈外殼的可能的黑化現象。按照本發明的口大、腰細、底小形狀的燈電極，有益地由鎳(Ni)88％、釔(Y)8％、鈰(Ce)3％和鏑(Dy)1％金屬單質熔煉製成，嵌裝在該容器內的絲網有益地由金屬鎢(W)99.7％、金屬鑭(La)0.3％或金屬鉬(Mo)99.7％、金屬釔(Y)0.3％製造。
與具體實施方案下面將通過實施例來進一步細述本發明附圖與實施例相應的按照本發明的電極外形結構，該電極涉及一用於細管徑(T2-Φ3.2mm)螢光燈中的口大、腰細、底小的電極形狀。電極容器(1)；在其底部緊固有一導線(2)，導線穿過底部並被夾緊；絲網(4)的周邊，緊夾於容器(1)內壁的凹槽處；電子發射物質(3)塗敷在絲網(4)上，並填滿了絲網(4)的空間以及絲網(4)與容器(1)間的內壁。該容器的開口處外徑為3.2mm，細腰處為2.2mm，鼓肚處為3.2mm，底口處為1.2mm，其高度為6mm，壁厚度為0.3mm。
實例中電子發射物3由摩爾百分比為50％含量的鋇化合物、摩爾百分比為5％含量的鈧化合物、摩爾百分比為3％含量的鏑化合物、摩爾百分比為39.5％含量的鉭化合物、摩爾百分比1％含量的鎳(Ni)與摩爾百分比1.5％含量的氮化矽(SiN)混合組成。
實施例中均使用晶粒尺寸為納米(5nm～100nm)級的材料組成電子發射物質，在應用於燈上之前，按照本發明的燈電極需要在含氮的氣氛中燒結，以使發射物質成氮氧化物成分組成的納米陶瓷體，並使發射物質激活。
本發明並不局限於上面詳細說明的實施例。例如，在上面說明的實施例中，口大、腰細、底小的由鎳合金構成的容器燈電極(1)也可以由鎳之外的其它金屬構成，等等。
本發明的實際效果通過實施例製造的納米陶瓷電極燈的應用、檢測，說明本發明所取得的有益效果是為電光源之放電燈光提供了一種具有高性能的通斷穩定性及冷起動性能優良；應用本發明之產品具有開關實驗檢測次數多於39萬次(每隔5秒鐘開或關1次)的長壽命；照度檢測具有136ml/W的高光效。
特別比較在本發明之前，日本國技術之產品開關實驗檢測次數少於30萬次(每隔5秒鐘開或關1次)，照度檢測109ml/W。
權利要求
1.用於電光源的納米陶瓷電極燈，其特徵在於，其電極電子發射物質由稀土鉭氮氧酸鋇化合物所組成；而且，電子發射物質中還含有至少一種易還原的納米金屬粉末。
2.按照權利要求1的納米陶瓷電極燈，其特徵在於，其電極電子發射物質是稀土鉭氮氧酸鋇加鎳[(Ba1Sc0.08Dy0.02Ta0.9N0.3Ox)+Ni0.1]。
3.按照權利要求1的納米陶瓷電極燈，其特徵在於其電極金屬粉末組成成分是由鉻(Cr)、鎳(Ni)、釔(Y)、鈰(Ce)、鏑(Dy)金屬的一族。
4.按照權利要求1的納米陶瓷電極燈，其特徵在於，其電極電子發射物質中含有稀土鈧(Sc)和稀土鏑(Dy)的化合物。
5.按照權利要求1的納米陶瓷電極燈，其特徵在於，其電極來自於稀土鉭氮氧酸鋇(Ba1Sc0.08Dy0.02Ta0.9N0.3Ox)化合物一族在電子發射物質中的摩爾百分含量為1-99％。
6.按照權利要求1的納米陶瓷電極燈，其特徵在於，其電極電子發射物中金屬組成成分鎳(Ni)的摩爾百分含量為1-99％。
7.按照權利要求4的納米陶瓷電極燈，其特徵在於，其電極電子發射物中稀土稀土鈧(Sc)和稀土鏑(Dy)的化合物的摩爾百分含量可至10％。
8.按照權利要求5的納米陶瓷電極燈，其特徵在於，其電極電子發射物中出自於稀土鉭氮氧酸鋇(Ba1Sc0.08Dy0.02Ta0.9N0.3Ox)化合物一族的摩爾百分含量可至30-80％。
9.按照權利要求6的納米陶瓷電極燈，其特徵在於，其電極電子發射材料中金屬組成成分鎳(Ni)的摩爾百分含量為10-90％。
10.按照權利要求1的納米陶瓷電極燈，其特徵在於，其電極電子發射物中包含有鈣(Ca)和/或鍶(Sr)的化合物。
11.按照權利要求2的納米陶瓷電極燈，其特徵在於，其電極中鋇(Ba)部分由鈣(Ca)和/或鍶(Sr)替代。
12.按照權利要求1的納米陶瓷電極燈，其特徵在於，其電極電子發射物組成成分的晶粒尺寸為納米級(5nm-400nm)。
13.按照權利要求1的納米陶瓷電極燈，其特徵在於，其電極是一口大、腰細、底小形狀，具有一該狀容器(1)和緊固於其上的導線(2)。
14.按照權利要求13的納米陶瓷電極燈，其特徵在於，其電極口大、腰細、底小狀容器(1)是一出自於鎳和/或鎳合金(鎳(Ni)88％、釔(Y)8％、鈰(Ce)3％以及鏑(Dy)1％的金屬組成；或鉬和/或鉬合金鉬(Mo)99.7％、釔(Y)0.3％金屬組成。
15.按照權利要求13的納米陶瓷電極燈，其特徵在於，其電極電子發射物(3)陶瓷化(熔)於該容器(1)的內壁上。
16.按照權利要求13的納米陶瓷電極燈，其特徵在於，其電極具有該容器(1)內部的絲網(4)；電子發射物質(3)在絲網(4)上和/或絲網間的空隙中安放。
17.按照權利要求16的納米陶瓷電極燈，其特徵在於，其電極絲網(4)依靠緊扣在該容器(1)的內壁上。
18.按照權利要求16的納米陶瓷電極燈，其特徵在於，其電極絲網由金屬鎢(W)99.7％、金屬鑭(La)0.3％或金屬鉬(Mo)99.7％、金屬釔(Y)0.3％或金屬鉭(Ta)99.7％、金屬釔(Y)金屬單質組成。
19.按照權利要求1的納米陶瓷電極燈，其特徵在於，其電極由該稀土鉭氮氧酸鋇化合物直接經過壓製成型、燒結所製成和/或該稀土鉭氮氧酸鋇化合物與基金屬結合所製成。
20.按照權利要求1的納米陶瓷燈製成透明玻璃、石英管狀等形狀，內壁可塗敷有螢光粉。
全文摘要
納米陶瓷電極燈，有益地作為具有冷起動能力的口大、腰細、底小狀容器而且其容器上固定有導線的電極製造；按照本發明的電極特別適合於應用在電光源螢光燈中，特別適合於應用在電光源細管徑的螢光燈中。按照本發明的納米陶瓷電極燈具有較高的通斷穩定性，可經受超過39萬次的冷起動(開關實驗)；應用本發明之產品具有高光效、低耗能、長壽命，可調光的獨特性能。
文檔編號H01J1/14GK101047103SQ200610073490
公開日2007年10月3日 申請日期2006年3月28日 優先權日2006年3月28日
發明者肖福常 申請人:肖福常