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浅析节能荧光灯管管内杂质的影响及消除对策
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高频光源设计工程师& 韩俭荣
关键词：节能荧光灯管& 管内杂质& 碰撞危害& 化合反应危害&& 沉积危害& 灯用吸气剂&
摘& 要：本文简要分析了节能荧光灯管管内的杂质种类、杂质来源，对荧光灯管产生的危害及其技术机理。提出了消除节能荧光灯管管内杂质的技术方案。
节能荧光灯管，是低压放电电光源的放电发光体。由于生产原材料的物理化学特性、生产工艺技术水平的因素，在节能荧光灯管管内，会产生各种金属和气体杂质粒子。导致其放电发光特性变差和技术品质降低。
二、节能荧光灯管技术结构与放电发光原理
为便于分析节能荧光灯管，管内杂质粒子的种类、以及杂质粒子对节能荧光灯管产生的影响。先对节能荧光灯管的技术结构和放电发光原理，进行简要的技术分析。
(一)、节能荧光灯管技术结构
节能荧光灯管，由以下几部分构成：
1、玻璃管，其形状有直管形、U型、螺旋型、H型、环型等。
2、灯管电(阴)极，灯管电极又有导丝和灯丝组成。在灯丝上涂敷有三元碳酸盐电子发射材料。
3、惰性工作气体，如氩(Ar)气、氪(Kr)气。
4、金属汞，分为液态汞和固态汞。固态汞又分为汞丸和汞柱(释汞吸气剂)。
5、稀土三基色荧光粉。
(二)、节能荧光灯管管内的基本粒子
从气体放电物理学的角度看，节能荧光灯管在以下两种状太下，管内分别有以下几种基本粒子。
第一种状态：节能荧光灯管两端不施加激发电场
1、不带电的中性粒子。
第二种状态：节能荧光灯管两端施加有激发电场
当节能荧光灯管两端施加有激发电场，处于气体放电状态时。节能荧光灯管管内有以下几种基粒离子。
1、基态原子或分子
2、激发态原子或分子
5、失去电子的正离子
6、获得电子的负离子
(三)、节能荧光灯管放电发光原理
节能荧光灯管放电发光，是一个复杂的气体放电物理过程。涉及到气体放电物理学、量子力学、光源电化学、电子学等基本学科理论。深奥繁繁。本文仅从分析杂质影响机理的角度，做以下概括性分析描述。
1、当在节能荧光灯管两端施加有激发电场时，节能荧光灯管内的电子在电场作用下，获得动能加速运动。
2、获得动能加速运动的电子与管内惰性工作气体氩(Ar)气原子和金属汞（Hg）原子，分别发生不同性质的碰撞。
第一、电子与管内惰性工作气体氩(Ar)气原子，发生的碰撞为弹性碰撞。电子交出动能给管内惰性工作气体氩(Ar)气原子。管内惰性工作气体氩(Ar)气原子，获得能量由基态进入亚稳能级态。
亚稳能级态的氩(Ar)气原子，具有较长的寿命周期。在激发电场作用下，又与金属汞（Hg）原子发生第二类非弹性碰撞，将能量交给金属汞（Hg）原子，金属汞（Hg）原子获得能量进于激发态。
处于激发态的金属汞（Hg）原子，寿命周期较短，产生跃迁释放出光子能量，产生254nm紫外线辐射。管内荧光粉吸收254nm紫外线辐射能，进行量子转换发出可见光。
第二、电子与管内金属汞（Hg）原子，发生的碰撞为非弹性碰撞。电子交出动能给金属汞（Hg）原子。金属汞（Hg）原子获得能量进于激发态。
处于激发态的汞（Hg）原子，寿命周期较短，产生跃迁释放出光子能量，产生254nm紫外线辐射。管内荧光粉吸收254nm紫外线辐射能，进行量子转换发出可见光。
3、从上述分析可知，节能荧光灯管放电发光为光致发光。其效率高低，与产生254nm紫外线辐射能量效率和荧光粉吸收254nm紫外线辐射能进行量子转换效率，分别成正比关系。
产生254nm紫外线辐射能量的效率高低，与总有效碰撞截面、非弹性碰撞几率、碰撞频率成正比。
荧光粉吸收254nm紫外线辐射能进行量子转换的效率高低，决定于荧光粉的技术品质。
三、节能荧光灯管管内杂质种类及其来源
（一）、节能荧光灯管管内杂质的来源
节能荧光灯管管内杂质，来源于原材料纯度不够和生产工艺控制不严两个方面。
1、原材料纯度不够的方面
（1）、充入的惰性气体，如氩(Ar)气纯度不够。
（2）、充入的金属汞（Hg）纯度不够。
（3）、阴极导丝产生氧化释放杂质。
（4）、荧光粉纯度不够，有杂质游离于荧光灯管管内。
（5）、灯丝及电子粉纯度不够，有杂质游离于荧光灯管管内。
2、生产工艺控制不严的方面
（1）、荧光灯管烤管不彻底。
（3）、灯丝电子粉激活分解不彻底。
（3）、荧光灯管排气真空度不够。
（二）、节能荧光灯管管内杂质的种类
荧光灯管管内杂质，主要有以下几种。
1、氢（H2）气。
2（O2）气。
3、水（H2O）。
4、一氧化碳（CO）。
5、二氧化碳(CO2)。
6、碳氢化合物(CH4)。
四、节能荧光灯管管内杂质的危害及技术机理
（一）、节能荧光灯管管内杂质的存在形式
节能荧光灯管在启辉点燃过程中，管内的物理空间表现出以下物理特性。
1、管内的温度高于环境温度，并且在灯丝附近温度较高。
2管内的空间处于一定强度的交变电场的激发之中。
因此，荧光灯管管内杂质亦具有一定的温度，并处于交变电场的激发之中。在温度和交变电场的作用下，荧光灯管管内的6中杂质，一部分以重粒子的形式，游离于荧光灯管管内，一部分会分解为氢（H2）分子，（O2）分子和碳（C）原子游离于荧光灯管管内。对荧光灯管的启辉特性和技术品质产生影响。
（二）、杂质的碰撞危害及其技术机理
在电场作用下，电子和亚稳能级态的氩(Ar)气原子，会与杂质重粒子和分解为氢（H2）分子，（O2）分子和碳（C）原子的杂质发生弹性碰撞。被碰撞的杂质重粒子和氢（H2）分子，（O2）分子和碳（C）原子吸收能量。
杂质重粒子和氢（H2）分子，（O2）分子和碳（C）原子吸收能量后，并不产生紫外线辐射能量，而是与灯管阴极和管壁发生碰撞转换为热能。对节能荧光灯管的启辉点燃产生以下影响。
1、导致节能荧光灯管的启辉点燃特性变差。
2、导致节能荧光灯管的启辉点燃效率降低。
3、导致节能荧光灯管的启辉点燃温升提高。
4、加大了对灯管阴极的轰击，导致阴极灯丝溅射加剧。
5、导致节能荧光灯管的启辉点燃寿命缩短。
（三）、杂质的化合反应危害及其技术机理
1、在温度和交变电场的作用下，（O2）分子与金属汞（Hg）产生化合反应，生成氧化汞沉积到荧光粉表面形成色斑，导致节能荧光灯管光效降低。
（O2）分子与金属汞（Hg）的化合反应，一直进行到其中一项耗尽为止。如金属汞（Hg）消耗太多，节能荧光灯管的启辉点燃特性将严重变差。
2、在温度和交变电场的作用下，（O2）分子与灯管阴极产生化合反应，生成金属氧化物沉积到荧光粉表面形成色斑，导致节能荧光灯管光效降低。
（四）、杂质的沉积危害及其技术机理
杂质中的碳（C）原子，一般不与其他物质产生化合反应。但是，会沉积到荧光粉表面形成色斑，特别是会在静电场的作用下，积聚到灯管阴极附近形成黑色环状斑。导致节能荧光灯管光效降低。
五、节能荧光灯管管内杂质的消除对策
消除节能荧光灯管管内杂质，涉及到材料学、工艺学等。深奥繁多，限于篇幅，不再展开讨论。仅简要介绍一下，既常用又成熟的技术方案：灯用吸气剂。
灯用吸气剂，是安放在灯内的一种化学材料。在灯启辉点燃过程中，与灯管内的各种杂质发生物理和化学吸附，除去灯管内杂质。
光源不同，管内杂质不同，物理和化学吸附过程也不同。因而，灯用吸气剂也分有不同种类。
现阶段，低气压节能荧光灯管，成熟的技术方案是采用锆铝16吸气剂。在使用方法上，通常与钛汞齐结合一起使用。
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