[發明專利]具有定向結晶大晶粒放電端部的鎢電極及其制備

有效

• 申請號: 201210325466.X
• 申請日: 2012-09-05
• 公開（公告）號: CN102789954A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 朱惠沖
• 申請（專利權）人: 朱惠沖
• 主分類號: H01J61/06
• 分類號: H01J61/06;H01J9/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及到氣體放電燈燈絲電極領域，具體涉及到全新構思的一種具有定向結晶大晶粒放電端部的鎢電極及其制備。

背景技術

鎢電極廣泛應用于各種特種光源燈具中作氣體放電燈燈絲電極。因鎢熔點高達3410℃，通常只能采用粉末冶金工藝方法生產，再經過后道工序鍛造和拉拔，晶粒細小，大量晶界存在，造成雜質附集。為確保電極低電壓起輝，往往還要添加具有放射性的稀土金屬釷；在放電工作過程中，由于放電端部其他低熔點成份微小顆粒的蒸發，導致光通量維持率逐步下降；而隨著社會環保意識的增強，含有釷的放電電極應該廢除。設計制備性能良好而且不含放射性物質的電極成為照明行業的當務之急。

發明內容

本發明提出一種創新構思的氣體放電燈燈絲電極，其放電關鍵部分即放電端部形成特殊的金相組織結構。其要點是：1)鎢電極的放電端端部由高純度鎢組成，在電極工作時，有效地減少了有害物質的揮發，提高電極壽命及燈管工作后期有效光通，抑制了燈管工作后期的光衰；2)改變原有的細密多晶組織結構，在端部形成沿電極軸線定向結晶的大晶粒甚至單晶粒，電極中電子運動方向上的晶界被消除，電流導通方向無晶界阻礙，可以實現低電壓起輝，避免高電壓對電極的沖擊，延長電極壽命。

本發明的上述兩個目的通過以下技術方案和裝備實現：設計一種對電極放電端部作處理的裝備。首先對電極端部作高頻感應加熱，使其低熔點成份揮發，再超高頻快速感應加熱，使鎢成球狀熔池，即分段感應加熱工藝法。在鎢極的端部設置高頻感應線圈，先采用頻率30-80KHz的高頻，感應加熱30-60秒，使得原來在鎢晶粒晶界之間的低熔點成份蒸發逸出，用真空泵抽出；隨后用0.9-1.1MHz的超高頻電繼續對端部快速感應加熱，時間約3秒，端部的鎢熔融成熔池，原有的鎢晶體全部融合，低熔點成份進一步揮發，經過本發明辦法的純化后，端部鎢成為高純度達99.999％，鎢極放電端部的雜質元素Fe含量減少10％以上、Na含量減少20％-80％、K含量減少20％-80％、Si含量減少20％-80％、P含量減少20％-80％、S含量減少20％-80％、Ni含量減少20％-80％、Ac含量減少20％-80％、Ca含量減少20％-80％、Cr含量減少20％-80％。然后對鎢極進行可控制的冷卻，鎢絲的另一端與高效導熱器連接，導熱器內通水，熱量迅速從鎢極的端部通過鎢極的桿部傳出，端部的鎢熔池開始定向結晶，由于熔液中極少雜質，也沒有受到外力的介入，成核數量少，甚至可以出現單晶體，晶粒的徑向直徑是鎢電極桿部細晶粒直徑的10-1000倍。由于熔池的熱量沿軸向向鎢電極桿部流動，結晶成定向，柱狀晶粒相互平行且成為與鎢電極軸線一致的束狀。

本發明的突出特點和有益效果：

1)在端部受到高頻和超高頻感應加熱過程中，低熔點成分揮發，

端部鎢成為高純度達99.999％，雜質含量減少，在放電工作時，電極光通量維持率高。

2)端部鎢晶粒大而少，且呈柱狀束沿鎢極軸向排列，在通電時，電子云可在單個晶粒體中無阻礙流動。在材料中不加入具有放射性稀土釷的情況下，仍可以實現較低電壓起輝和維持正常電導通，延長電極壽命。

3)由于電極為鎢材料組成，不含有任何稀土金屬，減少了稀有資源的使用，降低成本。電極對人體無害。

附圖說明

圖1為實現本發明的工藝裝備，圖中1為高頻感應線圈，2為高頻和超高頻發生器，3為鎢極端部，4為鎢極桿部，5為真空密封玻璃罩，6為可控導熱器，7為冷卻水進出口，8為真空泵。可由PLC對高頻發生器、真空泵和導熱器的循環工作進行控制。

圖2為鎢電極端部的高倍金相顯微照片，可以看到，少數柱狀晶粒組合成束狀，束狀的走向與鎢電極的軸線一致。

具體實施方式

一種氣體放電燈鎢電極的新金相組織結構的加工工藝，可采用圖1所示的工藝裝備實現。鎢電極由鎢電極端部3和鎢電極桿部4組成，首先把鎢電極置入高頻感應線圈1的中間，關閉真空密封玻璃罩5，然后高頻和超高頻發生器2通電，高頻感應線圈1中產生高頻和超高頻交流電，使鎢電極端部感應加熱升溫，此時開啟真空泵8，把真空密封玻璃罩5中的空氣抽出。加熱結束時，立即向冷卻水進出口7通入冷卻水，并控制通入水的流量，可控導熱器6把鎢電極端部3的熱量經鎢電極桿部4快速導出。

為了確保電極端部3的鎢材料達到高純度99.999％，應嚴格掌握高頻感應線圈1通入高頻電流的時間，以30-60秒為宜，應及時抽取樣品，檢驗鎢的純度以調節高頻電流工作時間。通入超高頻電流時間不宜過長，一方面要確保端部金屬形成熔池，另一方面要確保熔池能立在鎢極端部而不坍塌，以形成良好美觀有光澤的鎢電極端部3，鎢電極端部3軸向長度以0.5-1.5mm為宜。導熱器必須與鎢電極桿部4的另一端有良好的接觸，使鎢電極端部的熱量可通過鎢電極桿部快速導出。調節通入冷卻水進出口7的水流量，可控制冷卻速率。