《汞齐(主汞齐、辅助汞齐)技术与环境保护》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汞齐(主汞齐、辅助汞齐)技术与环境保护（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、汞齐（主汞齐、辅助汞齐）技术与环境保护关键词：光电参数劣变，温升光衰，可见光干扰，0.8Pa,主汞齐， 辅助汞齐， 绿色材料。前言当代的电光源中FL.CFL等低压荧光灯佔有重要的份额，而且高频激发荧光灯已在兴起。低压荧光灯 的发光原理是基于：汞原子在灯管中受激发，受激发汞原子的价电子跃回到基态时，释放出的253.7nm紫 外辐射，激发荧光粉发光。因此在这些灯中汞是必不可少的元素，但汞对人体是有害的，克服汞对环境（制 灯地区环境和消费地区环境）的污染始终是世界环保的主题之一。本文将讲述：如何获得最强的 253.7辐 射，汞齐怎样消除液汞给灯管带来的光电参数的劣变，以及汞齐对环保的贡献。一，节能灯
2、（CFL ）光电参数劣变的形成。光电参数的劣变现象：採用相同材料和工艺制造的螺旋灯14W的光电参数均正常，但26W的光效降低， 色温上升，显色指数下降，管流偏大；13W灯管用球罩一套，上述现象就更加严重，称之为“劣变参数”劣 变。起初怀疑是荧光粉质量问题，实际上这是由于汞原子的辐射谱线变化所造成的。 图（一）是汞原子的辐射谱线。图（一）其中253.7nm是主要辐射，185.nm也有效但加速荧光粉老化，而546.1nm绿光、435.8nm兰光是可见光， 不能激发荧光粉是干扰辐射。在理想条件下：管内汞气压约0.8Pa时（对应于灯管的冷端温度40C）253.7nm 可得到最强值，可见光仅佔总辐射能量
3、的 4%。但是随着管壁冷端温度的提高，汞气压随之上升，可见光辐 射也随之而提高，253.7nm却随之而下降。随着可见光辐射的增强，灯管的色温即上漂，显色指数即下降。 因为当灯管内的汞气压超过0.8Pa以后，随着汞齐压的上升，而光电参数的劣变也越严重。二，怎样获得最强的253.7nm，如何克服光电参数劣变呢？图（二）显示了 253.7nm共振辐射与共振吸收，残留气压Pa，可见光干扰与汞气压Ph关系的曲线。从图可见，只有Ph在0.8Pa附近，而且K=Ph/Pal才能获得最强的253.7nm辐射。这里要强调的是 Ph=0.8Pa是必须的，K=Ph/Pa1只能通过降低Pa来获得。K的物理意义是正柱区中
4、汞原子受激发的机率： 真空度高Pa小，汞原子受激发的机率大，253.7nm共振辐射的强度高。共振辐射曲线与横坐标Ph的夹角a受灯管内残留气压Pa的影响。在同样的汞气压下，如Ph=0.8Pa时，真 空度越高，则a越大，共振辐射越强；反之真空度差Pa高，则a小，共振辐射弱，因此残留气压Pa越小 越好。三，汞齐Amalgam可以确保各种节能灯、荧光灯、无极灯等低气压灯，始终获得稳定的Ph=0.8Pa，保持 最佳的 253.7nm 辐射。如前所述低压荧光灯、节能灯、高频激发无极灯和紫外线杀菌灯等，均以获得最强的253.7nm辐射为目的。 而253.7nm对应需要的汞气压Ph在0.8Pa附近，液汞只有当
5、管内的冷端温度在40C附近才能适应，其余温 度均无法满足。根据不同的灯管选用适当的汞齐，置于灯管内适当的位置，即能保证灯管始终得到Ph=0.8Pa, 确保灯管获得最佳的253.7nm辐射，并同时消除“光电参数”的劣变。图(三)显示了液汞与国产汞齐的特 性曲线。液赵各类汞齐的 将性曲线 w皿mw诬齐阳胃junre液汞 TmO.8Pa=4245C1. R汞齐含汞50%可替代液汞，固态无公害、灯管无汞斑，可用于圆排车。2. S(SC、SR)汞齐含汞40%可替代液汞,固态无汞害,灯管无汞斑。3. H汞齐 含汞40%可替代液汞,固态无汞害,灯管无汞斑。4. P(PC)汞齐 含汞30% TmO.8Pa=4
6、5C适用于T4、T5及螺旋灯等裸灯。5. TC 汞齐 含汞 20% Tm0.8Pa=4820C6. O 汞齐 含汞 15% Tm0.8Pa=5020 C7. B(BC、Q)汞齐含汞 12% TmO.8Pa=552OC8. A(AC)汞齐 含汞 6% TmO.8Pa=653OC9. N(NC)汞齐 含汞 5.4% TmO.8Pa=683OC10. E(EC)汞齐 含汞 4% TmO.8Pa=7O3OC11. M（MC）汞齐 含汞 3% TmO.8Pa=753OC12. G 汞齐（GZ）含汞 4.5% Tm0.8Pa=8535C13. J 汞齐（JF）含汞 3.5% Tm0.8Pa=8735C14
7、. L 汞齐 含汞 4.8% TmO.8pa=8935C15. K 汞齐 含汞 5% Tm0.8Pa=9040C16. 辅助汞齐,低温吸汞（熄灯吸汞） 、高温放汞（起跳放汞）,帮助灯管运动,加速光通量建立.用量: 铟网每片2x7mm,2x5mm,2x3.5mm每支灯23片。镀金片:宽7mm, 5mm。四,主汞齐的应用。选用主汞齐的唯一参数是主汞齐在灯管正常燃点时的（在配套灯具）“位置温度”只要测定了位置温度， 即可根据“特性曲线表”选用主汞齐。例如:T8直管可选用R汞齐;T6 .T5等可选用R汞齐或S汞齐;2U 3U螺旋裸灯内置汞齐可选用S（H）.P .0 等低温汞齐；外置（排气管内）可选用B
8、. A. N等中温汞齐；有密封罩的3U.螺旋灯等一般选用高温汞齐外 置，同时需配用辅汞齐加速光通量建立加速亮起来。 汞齐灯管与灯具的配套性很强。主汞齐的选择必须根据灯具来“定身打造”。以4U 15W的球灯为例：1, 主汞齐置于灯丝芯柱排气管内，尖尾高度小于5mm,必须用高温汞齐G、J、K等。2, 汞齐置于“中管”芯柱的排气管内，因此处有冷端，温度比同位置的灯丝排气管内底20-25C可选用A、N、M等中温汞齐。3, 若电子镇流器基板预留孔洞，允许排气管穿过基板尖尾可长达2530mm,此处温度约50-55C,可选用O、B等较低温的汞齐。比较这三个方案:1. 第方案的主汞齐成本最低。按需要3mg纯汞
9、计算一一保证10000小时寿命，选用低温 汞齐的成本远远低于高温汞齐和中温汞齐。2. 第方案的起跳“瞬间亮度”最高，再加上辅汞齐的加速光通建立，30秒即能达到最高亮 度。因为低温汞齐在室温下（熄灯时）灯管内保持的平衡汞原子浓度远远高于中温和高 温汞齐。3. 当然第方案的制灯工艺和灯具设计的难度较高，这正体现较高的工艺和技术水平。相对而言，直管荧光灯T8、T6、T5等选用低温汞齐R、S （H）等比较方便，而且制灯工艺也很简便像 使用液汞一样。特别有利于圆排车应用，而没有使用液汞时难以控制汞量的困惑。凡是採用汞齐的灯管均无汞斑出现。为什么用汞齐的灯管（不管是低温，还是高温的）不会出现汞斑呢？汞齐是
10、控制汞原子的核心，灯管内 的汞原子始终受到汞齐的约束。灯管燃点时随着汞齐温度的上升逐步释放汞原子，最后稳定在0.8Pa附近。 不会有不受约束的多余的汞原子吸附到管壁，即使辅汞齐释出的多余的汞原子（灯丝附近的暂时汞斑）， 也要受主汞齐的吸收和约束，使辅汞齐的暂时汞斑消失。熄灯后随着汞齐降温，灯管内多余的汞原子逐渐 被汞齐收纳也不可能随便乱吸附到管壁上。汞齐与汞原子的关系可以比喻像“蜜巢与蜜蜂”的关系，只要有 蜂巢在，蜜蜂就不会乱飞乱息。同一灯管同时使用2种类型的主汞齐好不好?例如：球形3U灯用高温汞齐（G、F）等置于灯丝芯柱的排气管内，同时用中温汞齐（N、A）等置于 中管芯柱的排气管内。或者球罩
11、螺旋灯用高温汞齐置于排气管内，用低温汞齐（R、S）等置于灯管内。其 设想是，高温汞齐控制平衡汞气压Ph=0.8Pa，而中、低温的汞齐有利于光通量建立。但是实际证明这是错 误的，其结果是既不能控制高温汞气压，又不能加速光通量建立。因为不同类型的汞齐在相同的温度下（如 熄灯时、室温下）其释放的汞原子浓度也不同。高温汞齐的周围汞原子浓度很低，而中、低温汞齐周围的汞 原子浓度较高，这样即使在熄灯状况小，低温汞齐的汞原子就要向高温汞齐扩散迁移，因此低温汞齐逐渐 失去汞原子而提高温度特性，同时高温汞齐吸收汞原子后而降低温度特性，最后形成了一种不知其温度特 性的“杂种汞齐”。既不能控制高温性能，也不能加速光
12、通量建立。关于主汞齐的杂质元素。主汞齐的化学元素中，杂质成份是严格控制的。有些元素对真空和阴极是有害的必须绝对限制。还有不 少有害元素是污染环境的，根据欧共体的标准在主汞齐中除了 Hg豁免外，Pb是要管理的元素，镉Cd是 禁止的，六价铬 Cr6+ 也是禁止的。出口到欧美市场的光源所用的汞齐必须通过有资质的检测单位的测试。如上海的“ITS”（Intertek Test Services）天祥质量技术服务公司是欧美等市场确认的资质企业。目前“神珠”汞齐都已通过“ITS ”的测试认证。为了确保通过“ITS”的检测，制造汞齐的原材料纯度必须高于5N。五，辅助汞齐。灯管如果仅使用中温汞齐或高温汞齐，由于
13、常温下（熄灯时）汞气压很低,当灯管起跳时“瞬间亮度”很低, 必须等到汞齐达到工作温度时,灯管才能获得稳定的亮度,而这种等待的时间消费者是不能接受的。必须在 “瞬间亮度“的基础上，在增加加速光通量建立的“亮度加速度”。使灯管尽快达到稳定的光通量，辅助汞齐 的作用就是灯管起跳时的“亮度加速度”。辅助汞齐亦称吸汞汞齐，其工作机理就是熄灯时吸收汞原子，灯 管起跳时迅速释放出所吸收的汞原子，使灯管内的Ph迅速达到0.8Pa从而使灯管加速亮起来。目前，用于制造辅汞齐的基金属都是奥氏体不锈钢，用于吸收Hg原子的元素主要是稀有元素铟（In） 和贵金属金（Au）涂复于表面。辅汞齐有铟网和金片二种。辅汞齐一般都焊
14、于灯丝附近的内导丝上，依靠 灯丝的热辐射加热而迅速释放出所吸收的汞原子。辅汞齐本身并不含汞是（灯管老炼后）吸收主汞齐放出 的汞原子而成为汞齐的。为什么辅汞齐制成网状呢？早期的辅汞齐曾是片状铟涂复于不锈钢片的外表。但由于a：热容量较大，热起较慢；b：同样的几 何尺寸有效表面积小，不利于吸放汞原子；c： In熔点156C，灯管燃点时辅汞齐的温度高达300C,铟层 处于熔化状容易产生蠕动堆积或流失，使铟层的有效面积受损。由于铟网的热容量小，热得快，有效表面积大，网状结构有利铟层定位防止流失，所以铟网逐渐取代了 铟片。本色铟网与黑体铟网。如上所述铟网是“冷吸汞、热放汞”表面积越大越好，热得越快越好，达
15、到200C即能大量释放。因为铟 网不能靠灯丝太近（影响阴极分解，铟网的稳定温度太高铟易蠕动），一般应有46mm的间距。对于功 率较大的CFL如：20W以上，因灯丝的总热量较大（电子粉的温度设定于约800C），辐射加热铟网的速 率较快，一般採用本色铟网。但对于功率小于20W的CFL尽管电子粉的设定温度仍约800C，但总热量较 小，加速铟网的速率较慢；一般宜选用黑体铟网提高吸热性能。 因为黑体铟网的辐射系数高，吸热能力强，可使铟网更快热起来。同时由于黑体在高温时，散热能力也较 强，灯管燃点时铟网的稳定温度较低，更有利于铟层的定位，减少铟层蠕动。所以採用黑体铟网可以使灯 管亮得更快，而且在长寿命中，始终能保持良好的加速光通建立的能力。金片作为辅汞齐是近年来开发使用的。金（Au）元素吸收汞原子形成汞合金的能力也很强仅次于铟（In），但金的熔点高（1064C）在制灯工 艺和灯管寿命中均不存在蠕动和流失的问题。金片辅汞齐是以奥氏体不锈钢薄片作基体，表面镀有0.5um 金层作为吸放汞原子的工作层。这种镀金片的表面并不像首饰金那样光亮致密，而是要毛糙多孔，更有利 于吸收汞原子。因为金是贵金属成本较高，一般都是用于高性能或高附加值的产品，如高功率紫外杀菌灯 电球节能灯等。六 ，可以克服汞对环境的污染。汞害难防的关键在于常温下蒸发量大。容易流失，无法清除，形成长期的污染源。 汞齐在常温下的蒸发量很
