高频无极灯的灯泡真空度高低,不仅关系灯光效的高低,而且影响灯的使用寿命,因此,灯泡真空系统的设计和抽真空系统的抽真空过程是灯泡生产工艺的关键环节,本文以典型的高频无极灯的高空系统抽气为例,介绍了灯泡真空的抽气设备和抽真空的全部过程。

　　高频无极放电灯,简称高频无极灯,灯内无灯丝,又称电子灯泡,是一种代表照明技术高光效、长寿命、高显色性及未来发展方向的新型光源。该灯可广泛应用于厂房、大厅、广场、公路、灯光工程等照明场所,是工厂、机关、学校、场馆、车站、码头、机场、高速公路、隧道、市政道路等首选的照明产品,尤其适合在照明可靠性要求较高,需要长期照明而维修、更换灯具困难的场所使用。由于它的寿命长、高效节能,因此它必将成为21世纪最有发展前景的绿色节能照明光源的换代产品。

　　如图1所示为高频无极灯的完整结构。整个光源由灯泡1;功率耦合器2;高频发生器3三部分组成。由图1还可以看到,高频无极灯灯泡主要由内壁涂有三基色荧光粉的玻壳、外壁涂有三基色荧光粉的内管、汞齐、辅助汞齐四部分组成。

　　1、高频无极放电灯的工作原理无极灯工作原理是:高频发生器产生频率为2.65MHz的高频波,并同时产生一个3000V左右的点火电压,高频波通过最长不得超过0.5m的高频馈线(条件许可时,越短越好,减少高频能量消耗)与耦合器连接,耦合器装在灯泡内,高频电磁场的能量以感应方式耦合进灯泡内,灯泡通过功率耦合器在玻璃泡壳内瞬间建立一个高频磁场,在高频磁场的作用下,灯泡内部的惰性气体(氪气和氩气的混合气体)发生气体雪崩电离成等离子体,等离子体受激,原子返回基态时自发辐射出254nm的紫外线,紫外线使灯泡内壁稀土荧光粉受到激发而发出可见光。

　　图1高频无极放电灯结构2、灯泡抽高真空系统的研究灯泡真空度的高低,不仅决定灯泡光效的高低,而且影响灯泡的使用寿命,真空度达不到5×10-3Pa以上,在高电压启动时难以点亮,即使勉强点亮灯泡,但灯泡亮度不高,荧光粉光效衰减过快,烘干箱,寿命不长,因此,灯泡真空系统的设计和真空系统的操作过程是灯泡生产工艺的关键环节。

　　高频无极放电灯抽真空时难度较大,电热烘箱,灯泡排气前,灯泡的一个排气管内已经装入主汞齐―重金属元素固态汞合金,内管上已经熔焊了辅助汞齐,所设计的真空系统及真空测量仪器和元件工作时必须能抵抗挥发的重金属污染,再加上抽真空系统管道为玻璃管道,阀门为玻璃阀门器件,密封难于处理,系统工作环境的温度不能太高,也不能太低,否则,重金属容易挥发,造成真空管道污染;密封材料―真空脂会变成液体或凝固,密封性能难于保证,烘箱,抽真空的时间会很长,真空度很难达到5×10-3Pa以上,影响灯泡光效的高低、寿命的长短,甚至灯泡要报废,前功尽弃,。

　　3、抽真空设备和步骤3.1、排气设备真空系统;复合真空计;充气系统;玻壳加热除气烘箱;花检漏器;灯泡检测仪器。

　　3.2、排气工艺(1)目的:抽除灯内大气;对玻壳加热;去除所吸附的气体;充入氩气;封闭排气管和主汞齐管。

　　(2)工艺标准:抽真空温度曲线,如下图2所示,温度变化表如表1。

　　图2高频无极放电灯灯泡抽真空温度曲线图表1高频无极放电灯灯泡抽真空温度变化表

　　总加热时间:约30min。28min后→移开烘箱,自然降温,检漏,继续高真空抽取,进行Ar冲洗、继续抽高真空、再次Ar冲洗→---真空度符合要求,排气管封闭。整个过程要不断检漏。

　　(3)高真空设备系统:

　　抽真空设备由真空系统、充气系统、加热烘箱和检测仪器组成,其中K1-K7为真空活塞,如图3所示。

　　3.3、抽真空步骤(1)准备工作:灯泡正式抽高真空前,必须充分地做好准备工作。

　　①将K1、K2、K3、K4、K5、K7真空活塞的旋塞分别取下,在磨口部分均匀地抹上一层真空油脂,然后一一推回原位,轻轻旋转,使活塞端口密封而不会漏气(注意:靠近Ar瓶一端的K4,只能在更换Ar瓶时再次涂抹新油脂)。

　　②关闭K7(抽真空时,一直关闭)、K1、K2,启动抽大气机械泵1和扩散泵的前置真空机械泵2,再缓缓打开连接机械泵的真空胶管上以防喷油的夹子,机械泵工作正常时,真空度应达到1Pa左右。

　　③检查扩散泵前置真空度达到要求后,打开扩散泵冷却水,再开加热电源。

　　④打开K1、K3、K4、K5,此时K2、K6为关闭状态,对系统抽大气,至真空度达到lPa。

　　⑤关闭K1,打开K2,此时K3、K4、K5已经处于打开位置,对充气系统抽到高真空,扩散泵正常工作后,真空度应达到5×10-3Pa以上。

　　⑥立即打开Ar瓶密封口和阀门K6,对系统进行Ar冲洗,热风循环烘箱,然后,关闭K4。此后,抽真空系统一直处于工作状态。

　　⑦系统工作一段时间后,再重复⑥的工作过程,一直到灯泡真空度达到要求为止。其中灯泡有两根排气管。排气前,一根排气管加长300mm,管最下端加入主汞齐颗粒,并且封闭。靠近灯泡处,为防止主汞齐颗粒抽进灯泡,管已经收缩,收缩后的管径小于主汞齐颗粒直径;排气时,加长部分置于排气台面以下,使主汞齐处于常温状态下,以防止升温时重金属挥发。另一根排气管接抽真空系统,对灯泡抽真空。抽真空完成后,先封闭与真空系统连接的排气管,取下灯泡,再将灯泡倒置,对加长的另一根排气管进行封闭,把加长部分封闭掉。灯泡试点燃时,温度升高,重金属挥发,变成汞蒸汽,进入真空腔体,撞击荧光粉发光。

　　图3排气设备系统(2)排气工艺过程

　　①将灯泡的一只排气管与装有主汞齐的细管用火烧熔连接在一起。

　　②将灯泡的另一只排气管与真空系统连接。

　　③关闭K7、K2,打开K1、K3,抽大气,对灯泡检漏。

　　④烘箱升温,在升温期间继续抽高真空(如图3曲线)。

　　⑤监测系统真空度达到1.33×10-2Pa后,进行Ar冲洗。

　　⑥进行Ar冲洗时,关闭K1、K2、K3;打开K4,随即再关闭,使K3―K4间管道中充入一定压力的Ar气。然后打开K3,随时关闭,使部分Ar气进入系统和灯泡内,再打开K2,将冲洗时的Ar气抽走,至系统再恢复高真空。

　　⑦关闭K2、K5(平时K5为常开,通过U型计油柱高度差观测真空系统压力),打开K3,充入Ar气14Pa(若充入Ar过量,可稍开K2抽走)。

　　⑧真空度达到要求后,将灯泡与真空系统连接的排气管封闭,取下灯泡。

　　⑨灯泡倒置,将另一根排气管内的主汞齐颗粒倒入排气管根部,然后封闭。

　　⑩将排气后的灯泡点燃,检查启动和工作状态是否正常,剔除漏气的灯泡和其它废品,将成品交下工序装灯头,干燥箱。

　　(3)结束工作:

　　关闭设备顺序是:打开K7,真空系统放气,关闭扩散泵加热电源,冷却泵油,30min后关冷却水;将机械泵入口夹子夹住后(防回油)关闭机械泵电源;关闭设备总电源和液化气阀门。

　　(4)要求:

　　①必须严格执行工艺操作规程,确保玻壳良好去气,良好的真空度和最佳的Ar气充入量和汞齐用量。

　　②两根排气管封闭后,长度不超过13mm。

　　③注意烘箱温度不可过高,以防辅助汞齐中Hg的流失,造成灯泡启动困难。

　　④充Ar气量的大小对灯的参数有很大影响,应综合考虑。

　　⑤Ar气纯度不低于99.999%。

　　(5)注意事项:

　　①防止烘箱升温过快、封口不良等原因造成灯泡在排气过程中炸裂而破坏真空系统。

　　②遇有断电,应立即用夹子夹住机械泵入口的真空胶管,防止返油。

　　③烘箱一般要用天然气加热,这样温度曲线才符合要求。

　　④由于排气系统含有重金属汞,复合真空计必须用特种型号的仪器(建议用北京大学电子系的DL-90型复合真空计和配套的热偶规、电离规)。

　　⑤抽真空过程中,真空系统的真空度由复合真空计监控。

　　⑥经验总结

　　★装上工件加热6min温升即达400℃~450℃,保温8min即可。

　　★冲洗氩气三次:低真空时不必进行Ar冲洗第一次,真空达1.3×10-2Pa时进行Ar冲洗第二次,继续一段时间后再进行一次Ar冲洗第三次,真空达(2~6)×10-3Pa时最后进行一次Ar冲洗。

　　4、结束语高频无极放电灯是一种新型的"绿色环保"照明光源,灯泡内对真空度的要求比较高,其抽真空系统具有一般灯泡(如钠灯、卤钨灯、管型氖灯等)抽真空系统的特点,又有其特殊性,随着抽真空工艺的进一步改进,灯泡的光效和寿命会不断提高和延长,它们的适用范围也会不断扩大。

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