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光源原理与设计 — 金属卤化物灯

光源原理与设计 — 金属卤化物灯. 诸定昌. 8.2 金卤灯的特有问题. 光源原理与设计 — 金属卤化物灯. 诸定昌. 一 . 放电管几何形状的要求. 1. 高的冷端温度（ 725 ～ 750 o C ）. 管端呈锥形. 措施. 涂保温层（ ZiO 2 ,Al 2 O 3 ）. 双端→抽真空. 加外壳. 单端→充 1/2atmN 2. 光源原理与设计 — 金属卤化物灯. 诸定昌. 2. 恰当的管壁温度分布. 充入量较多，液态分布面越高，辐射越强. 3. 恰当的 larc/d 比值. 通常 larc/d≤ （ 4 ～ 5 ）： 1

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Presentation Transcript

  1. 光源原理与设计—金属卤化物灯 诸定昌 8.2 金卤灯的特有问题

  2. 光源原理与设计—金属卤化物灯 诸定昌 一. 放电管几何形状的要求 1. 高的冷端温度（725～750oC） 管端呈锥形 措施 涂保温层（ZiO2,Al2O3） 双端→抽真空 加外壳 单端→充1/2atmN2

  3. 光源原理与设计—金属卤化物灯 诸定昌 2. 恰当的管壁温度分布 充入量较多，液态分布面越高，辐射越强 3. 恰当的larc/d比值 通常larc/d≤（4 ～ 5）：1 （防止辐射的分层现象） 例：ThI4(重) P中等 下部辐射强 ScI3,NaI(轻) P低 上部辐射强 TlI3(与Hg相近) P高 均匀

  4. 光源原理与设计—金属卤化物灯 诸定昌 4. 电极压封处有尽可能小的缝隙和端部 二. 电极结构与HPM相似 所用材料既要有好的发射性能，又不能 与MXn有化学反应。 1. HMP的电极不能用于MH灯 BaO+I2 →BaI2+O 加快电极损耗 BaI2 →Ba+I2 I2继续与BaO反应 W+O →WO3易蒸发，管壁发黑

  5. 光源原理与设计—金属卤化物灯 诸定昌 2. 金卤灯常用电极 a）钍钨电极（不与MXn有明显的反应） 逸出功2.6eV，用于Sc-Na MH system b）稀土氧化物电极（不能用于Sc-Na灯） emitter: Dy2O3, Y2O3逸出功:2.2 ～ 2.4eV c）纯钨电极 逸出功4.5eV 2KW以上MH灯用T电=2500K d）ThO2电子粉 发射性能最好

  6. 光源原理与设计—金属卤化物灯 诸定昌 三. 金卤灯的启动问题 • 室温下气相卤素原子和卤化物的存在使 • 启动电压较HPM和HPS要高 2. 工艺流程中引入的氢使启动电压升高 氢的危害：H2+Hg*→2H+Hg 破坏e+Hg*→2e+Hg+ H2+Ar*→2H+Hg 破坏Penning effect HI→H+I, I+e→I- 启动电压上升

  7. 光源原理与设计—金属卤化物灯 诸定昌 H2的来源：电极烧氢工艺（电极内部有H2） O-H火焰压封 卤化物的吸潮 灯用材料的OH-的含量 3. 电极冷却过快而吸附碘化物， 使功函数值上升

  8. 光源原理与设计—金属卤化物灯 诸定昌 4. 解决的途径 a）碘化物在Tamb下P最小，尽量用MIx b）尽量控制HgI2的形成 [PHgI2(Tamb)=2×10-5torr] 方法：充过量的金属 充单碘化物 杂质：Al2O3+I→AlI3+O

  9. 光源原理与设计—金属卤化物灯 诸定昌 • c）严格工艺 • 电极采用真空高烧处理 • 药丸填充过程中控制H2O和O的气氛 • H2O, O<1ppm • 外泡壳内装吸氢消气剂 • 采用液化气，煤气和plasma火焰 • 采用<1ppm羟基的石英管 d）合理的电弧管形状和尺寸 合理的电极结构和位置 使冷凝发生在电弧 对应的石英管部位

  10. 光源原理与设计—金属卤化物灯 诸定昌 e）加Vi低的元素（Na,Cs） • CsI的四个功能： • 做施主原子，Vi低，易形成带电粒子 • 稳定电弧 • 可与稀土碘化物形成络合物，从而提高P • PScI3(Tw=1000K)=1 • ScI3+CsI→ScI3.CsI PScI3.CsI=2 • 重复着火电压低 f）适当的充量

  11. 光源原理与设计—金属卤化物灯 诸定昌 5. 启动电压与Tamb基本无关 四. 金卤灯的重复着火电压Vrei 1. 卤化物的负电性使Vrei(金)>Vrei(汞钠) 2. 金卤灯的Vrei随管壁温度上升而变化

  12. 光源原理与设计—金属卤化物灯 诸定昌 Tw=2000C下达最大值 • Tw<200oC 低气压 Te>>Tg • I=0时，形成慢电子被吸附 • Tw=200oC PHgI2此时最大（8torr） • 形成负离子量达峰值 • Tw>200oC • 一方面：HgI2全部气化，不可能再增加 • 另一方面：体现高气压放电特性

  13. 光源原理与设计—金属卤化物灯 诸定昌 3. 电极的发射性能的下降是造成 Vrei升高的主要原因 4. Vrei与污染源种类有关 5. Vrei与镇流器的电流输出波形有关 text

  14. 光源原理与设计—金属卤化物灯 诸定昌 五. 有辅助电极下的电解现象 当辅助电极处于正电位，吸收电子流Ie 当辅助电极处于负电位，吸收电子流Ii Ie与Ii不等 由于辅助电极在上下半周期收集 电子流和离子流的明显不同，造 成辅助电极相对相邻主电极有平 均为 60V的负电位，碱金属离子 迁向辅助电极的钼箔上，引起膨 胀系数升高，导致爆斑开裂。 + -

  15. 光源原理与设计—金属卤化物灯 诸定昌 解决方法： a）加双金属片，冷时弹开，加热时 将两电极导通 b）加二极管（实际不采用） （缺：启动时必须为正半周期，温度高 不利于半导体工作） c）辅助电极位于燃点位置上方

  16. 光源原理与设计—金属卤化物灯 诸定昌 六. 金属的损失过程 1. 单端灯的钠损失过程 产生原因：发自支架的光电子在管壁形成 的负电场拉出Na+造成电弧管内I的过量。 解决方法： 1. 采用无支撑架结构，或支架远离 放电管。 2. 外壳内充0.5atmN2（防止跳电，不充Ar）

  17. 光源原理与设计—金属卤化物灯 诸定昌 2. 其他金属的损失 a）quartz内各种金属离子的溶解度导致 →拉出管外 b）光离解使金属与石英反应而损失

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