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1、.专业整理.固汞的特性及应用佛山市柯维光电有限公司 何志明佛山市灵柯照明器材有限公司 2008-5-5修改稿一、 固汞的优缺点二、 固汞的分类 三、 固汞的特性 四、 如何选择固汞 五、直管型荧光灯用固汞 六、 紧凑型荧光灯裸灯用固汞 七、 螺旋管裸灯用固汞 八、 带罩紧凑型荧光灯用固汞九、 铟（In）网 十、结束语 一、固汞的优缺点各国都在寻求降低能耗、减少有害物质排放的办法，紧凑型荧光灯作为成熟的高效光源，将迎来空前发展，随着减少有害物质排放标准严格实施，荧光灯降低汞污染的形势将更加紧迫。液汞由于表面张力难于微量准确称量，微量液汞粒难于注入灯内，液汞耗散在生产场地难以清理干净，不利环保；液
2、汞在高于60温度下，汞蒸汽压大于3.0Pa，光输出明显降低。固汞能准确控制灯内的注汞量，容易注入灯内，能有效降低生产场地的汞污染，降低灯寿命期结束后对环境造成的污染；部分固汞能使高管壁负载的紧凑型荧光灯获得高光效。固汞取代液汞是目前较理想的选择，也是发展的方向，国内外制灯企业正加快固汞取代液汞的步伐。固汞也有一些缺点：成本高，光输出爬升慢等。二、固汞的分类我国古代将“合金”称为“齐”，汞与其它金属组成的合金叫汞齐。汞齐种类很多，也有多种制造方法。灯用汞齐有：Zn-Hg、Bi-Pb-Sn-Hg、Bi-In-Hg等，也包括Zn、Ni、Hg圆柱体汞齐。固态汞指汞大部分以微细汞粒形式吸附在载体中的含汞
3、固体混合物。如：Fe、Cu等金属与汞组成的圆柱体固态汞，该固态汞中也含极少部分汞齐，这种固态汞汞蒸汽压温度特性几乎与液汞完全一样。 我们将汞齐和固态汞统称为固汞，固汞常温下呈固体态。1、固汞按制造方法、颗粒形状分：熔融滴制法，颗粒为球体，产品有Zn-Hg、Sn-Hg、Zn-Sn-Hg、Bi-Sn-Hg、Bi-Pb-Sn-Hg、Bi-In-Hg、In-Pb-Hg等球丸；压制法，颗粒常为圆柱体，产品有Zn、Ni、Hg圆柱体汞齐，Fe、Cu、Hg圆柱体固态汞。2、固汞按控制汞蒸汽特性可分为两大类：一类是非控制汞蒸汽压型，包括固态汞和部分汞齐。这类固汞特点：汞蒸汽压随固汞温度变化的规律与液汞接近，温度
4、低，汞蒸汽压低，温度高，汞蒸汽压高，参照汞蒸汽压温度特性曲线图1。光输出从90%到100%波动对应的连续的工作温度区域下称T90约18，光输出从95%到100%波动对应的连续的工作温度区域下称T95约13，缺乏一个使光输出稳定的较宽的工作温度区域。低温或常温下饱和汞蒸汽压略小于液汞。这类固汞一般均不需要辅助In网帮助启动，用于代替液汞。另一类为控制汞蒸汽压型，如：Bi-Pb-Sn-Hg、Bi-In-Hg、In-Pb-Hg等，这类固汞适用于T5、T4，能在较宽的温度区域将汞蒸汽压控制在PT4（T4管所需的最佳放电汞蒸汽压Po）附近，固汞工作于较高的温度下仍可使灯获得高光效。控制汞蒸汽压型固汞随各
5、金属元素组份不同，其工作温度区域T90、T95不同。T90一般大于35，T95大于25。控制汞蒸汽压型固汞一般均需要辅助In网帮助启动。常用非控制汞蒸汽压型固汞及控制汞蒸汽压型固汞如下：3、固汞按熔融温度高低分为：高熔融温度固汞（一般指熔融温度高于180），低熔融温度固汞（一般指熔融温度低于180）。常用高熔融温度固汞及低熔融温度固汞如下：三、固汞的主要性能固汞的主要性能参数包括：1、汞蒸汽压温度特性曲线：常用固汞汞蒸汽压温度特性曲线见下图1：图1（汞蒸汽压随固汞温度变化特性曲线）（注：CWAIB为Zn-Sn-Hg ，CWISB为Sn-Hg，CWORB主要成分为Bi、Pb、Sn、Hg ，CWR
6、TB主要成分为Bi、In、Hg，CWOTB主要成分为In、Pb、Hg，后面的数字表示含汞比例。） 2、汞的有效率。汞的有效率指特定的工作温度下，固汞能不断释放的汞量占固汞含汞量的百分比。3、汞的蒸发速度。固汞因其结构不同，合金性能不同，汞的蒸发速度也不同。如Sn-Hg（含Hg20%）在约50时，达到饱和汞蒸汽压PT4的时间较长，不宜放入灯内使用，如放入灯内使用，需要烤汞。Zn-Hg(含Hg 50%)、Zn-Sn-Hg(含Hg 48%)达到饱和汞蒸汽压PT4的时间较短。同一固汞在不同温度下，达到饱和汞蒸汽压所需的时间也不同。4、固汞固、液相点温度及熔融温度。固相点温度表示在该温度及该温度以下固汞
7、为固态，液相点温度表示该温度及超过该温度固汞完全为液态，熔融温度指固汞熔融变形温度，熔融温度低于液相点温度。5、固汞释汞后汞蒸汽压温度特性。随灯燃点时间延长，固汞中汞不断被消耗，含汞比例减少，释放一部分汞后的固汞汞蒸汽压温度特性会发生变化，不同固汞变化情况不同。如：含汞6%的Bi-Pb-Sn-Hg与失去部分汞变成含汞4%的Bi-Pb-Sn-Hg，含汞50%的Zn-Hg与失去部分汞变成含汞30%的Zn-Hg，释汞前后汞蒸汽压温度特性有差异。制灯企业在设计、选择、使用固汞时均要考虑，使用固汞的灯，其光衰由灯固有的光衰（只考虑使用液汞时，杂质气体、荧光粉等与固汞无关的工艺因素决定）、汞原子的迁移过程
8、、固汞特性变化引起的光衰综合决定。6、固汞吸汞特性。不同固汞对灯内汞原子的回吸量和回吸速度不同，同一固汞在不同温度下回吸量和回吸速度也不同。固汞回吸灯内的汞原子会导致再次燃点时灯光输出爬升慢。7、固汞溢汞、表面粘连特性。固汞受温度、振动、氧化或其它因素影响，汞会溢出固汞表面，导致颗粒粘连。部分固汞存在一定程度的溢汞，含汞量高的Zn-Sn-Hg溢汞严重，需要表面处理，添加其它金属可减少溢汞，但可能会降低固汞的汞有效率。8、其它需要综合考虑的特性。如合金中各金属的蒸汽压、成本、耐轰击特性等。有的金属蒸汽压大，过高的温度长时间烤汞可能对灯参数有影响，如金属Zn。金属的蒸汽压：PZnP BiP In
9、P Sn四、如何设计选择固汞？1、选择固汞前应明确：最佳发光效率对应最佳汞蒸汽压Po。253.7nm辐射效率与汞蒸汽压有关，当汞蒸汽压小于最佳汞蒸汽压Po，随汞蒸汽压升高，汞原子碰撞机会增多，253.7nm的辐射效率提高，当汞蒸汽压高于最佳汞蒸汽压Po，随汞蒸汽压升高，汞原子产生的253.7nm辐射被相邻汞原子吸收，即共振吸收，253.7nm辐射效率降低。管径、管电流密度不同的灯，需要的最佳汞蒸汽压Po值不同。不同规格的灯使用同一固汞其光输出随汞蒸汽压变化的规律不同。固汞和液汞的汞蒸汽压在低气压气体放电灯中均为饱和汞蒸汽压，不同固汞饱和汞蒸汽压为为同一Po值所对应的温度不同。随固汞的放置位置、
10、燃点方向不同，灯内的汞原子分布存在梯度，汞原子会向更低汞蒸汽压的冷端迁移。2、固汞使用原则:能用低温固汞的不用中温固汞，能用中温固汞的不用高温固汞。一方面是启动爬升性能：低温固汞优于中温固汞，中温固汞优于高温固汞。另一方面是成本：低温固汞低于中温固汞，中温固汞低于高温固汞。选择使用固汞的步骤：1、确定固汞的类型。管径、电流密度决定最佳汞蒸汽压Po。固汞放置的位置、灯的结构决定了固汞的温度。灯的离散性、燃点方式及相应的参数要求，决定了固汞的工作温度区域。如要同时保证灯头朝上与灯头朝下燃点的光通输出，应选择工作温度区域宽的固汞。确定固汞的类型要同时分析清楚灯内除固汞外的控制、影响汞蒸汽压的控制源，
11、这种控制作用给灯带来什么影响，避免多个控制源引起灯长时间不稳定。工作温度与对应固汞选择表工作温度对应固汞备注35-60Zn-Hg、Zn-Sn-Hg、Bi-Zn-Hg、Sn-Hg、Bi-Sn-Hg、 Zn-Ni-Hg、Fe-Cu-Hg。T8、T5不宜用Sn-Hg、Bi-Sn-Hg50-75Bi-Pb-Sn-Hg（12%）65-95Bi-Pb-Sn-Hg（4.5）由于熔融温度的原因建议不超过95使用65-100Bi-Pb-Sn-Hg（3.5%）由于熔融温度的原因建议不超过100使用75-110Bi-In-Hg（5%）由于熔融温度的原因建议不超过110使用100-135In-Pb-Hg（4%）135
12、以上In-Pb-Hg注：（）内的百分数表示含汞百分比。2、确定固汞的大小和粒数。根据排气管的大小，确定固汞的大小。灯内注汞量及每个固汞颗粒含汞量决定固汞的颗粒数。一般固汞不宜放入灯内，避免划粉。如将固汞放入灯内应使用小颗粒，避免小颗粒熔融变成大颗粒，固汞放入灯内还应考虑固汞的耐轰击特性。3、制定配套工艺。包括固汞注入方式及保证排气管留长长度。固汞的型号决定了其熔融温度。熔融温度高的固汞可采用固汞上注入的全自动圆排气机，熔融温度低的固汞不宜采用固汞上注入的全自动圆排气机，排气管朝上的全自动圆排气机由于灯管离开烘箱后排气管温度仍然很高，固汞下落并存放于排气管中，熔融温度低的固汞会软化变形、熔融掉入
13、灯内。使用熔融温度低的固汞建议使用排气管朝下的圆排气机生产，固汞采用机械或人工预注入方式。固汞置于排气管中，固汞温度与排气管留长长度和固汞限位方式密切相关，制灯工艺应满足排气管留长长度和放置方便的需要。从生产场地环境及固汞保护考虑，固汞自动注入装置应加冷却水套将温度控制在25以下，并同时采用惰性气体密闭保护，可减少汞向生产场地扩散，避免固汞由于高温、转动引起溢汞粘连。4、根据排气管的留长长度决定整灯的结构。选择固汞一般可按上述顺序设计，但前后顺序又交互影响，要综合考虑，整体设计，在此不一一列出。以下就最常用的几种灯及所用固汞作一介绍。五、直管型荧光灯用固汞目前国内T8、 T5直管型荧光灯固汞放
14、置有两种方式，一种是置于灯内，优点是生产方便，成本低；缺点是灯在振动的储运过程中易划粉，选择这种工艺应考虑尽可能使用高含汞量、熔融温度高的小颗粒球丸固汞，放多粒，涂层加固着剂。用熔融温度高的固汞是为了避免固汞在全自动圆排机排气后粘连，小颗粒变成大颗粒。另一种方法是置于排气管中：1、确定固汞的类型。首先应测试排气管的温度，方法是在灯头中开小孔将点温探头固定在对应固汞位置的排气管外壁，在燃点条件下测试排气管外壁温度，40-45可用Fe、Cu、Hg固汞，Zn、Ni、Hg固汞，Zn-Hg球丸，Zn-Sn-Hg球丸，45-55可用Bi-Zn-Hg球丸。T8、 T5直管型荧光灯常温25下燃点，排气管内的温
15、度较低，应选择使用工作温度低、低温下汞有效率高的固汞代替液汞。T8、 T5直管型荧光灯不宜使用含汞量低的Zn-Hg（如含汞20-30%）、Zn- Sn-Hg（如含汞20-35%），低含汞量的固汞工作温度略高，低温汞有效率低，不符合灯的需要。在试验条件下我们测得：Zn-Hg(含Hg 50%)在50、90汞有效率约为90%，Zn-Hg(含Hg 20%)汞有效率约为55%，Zn-Sn-Hg(含Hg 48%)汞有效率约为88%。造成上述固汞汞有效率不能达到100%是由于一部分汞溶解在Zn中不能释放，一部分汞与Sn结合成化合物，在测试温度下释放慢的缘故。T8、 T5直管型荧光灯用固汞的金属成分中应避免使用Cu，Sn含量尽量低。2、确定固汞的大小和粒数。T10、T8、 T5直管型荧光灯排气管普遍较大，一般用一粒即可。、采用夹扁排气管使固汞置于排气管内的方法时，为保证排气抽气速率，夹扁不宜过深，同时又要阻止固汞掉入灯内，应选择大颗粒固汞，可用Fe、Cu、Hg固汞，Zn、Ni、Hg固汞，这种方法芯柱
