本发明专利技术提出一种高强度气体放电灯用高性能电极。它采用纯钨材料作为芯杆，采用钨合金材料作为丝圈，以此构成电极。所述钨合金材料为钍钨、钡钨、铈钨、钇钨、锆钨、镧钨、或铼钨。根据各种ＨＩＤ灯的工作特性，通过不同钨合金丝圈与纯钨芯杆的合理配置，构成能充分协调灯的启动性能和灯工作状态下电极损耗基本矛盾的高性能电极，从而提高灯的性能，保证灯的性能和光电参数的稳定性，进而提高灯的有效寿命。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于直流或交流高强度气体放电灯(HID灯)的电极，采用这种电极的HID灯可由于电极性能的改善而提高灯的光电性能和光电参数的稳定性并延长灯的 使用寿命，适用于各类HID灯。
技术介绍
现有技术中，高强度气体放电灯(HID灯)所采用的电极材料和配置方式主要有一、电极由纯钨芯杆(如图3中301、303，图4中401，图5中501、502)、纯钨丝圈 (如图3中302、图4中402)构成。这种电极一般用于超高压汞灯、超高压氙灯等高电极负 荷的HID灯，如日本USHIO公司的NSH系列投影用直流超高压汞灯，UXL系列短弧超高压氙 灯，National公司的UHE系列投影用交流超高压汞灯。专利技术专利公开说明书EP1763065A2 及公告号CN2710152Y中国技术专利均揭示了这种电极结构，目前，国内外的相关产品 多采用这种形式的电极。二、电极由钨合金(主要是钍钨合金)芯杆(如图3中301，图4中401，图5中 501、502)、纯钨丝圈(如图3中302，图4中402)构成。目前这种配置的电极被国内外大多 数金属卤化物灯(简称金卤灯)产品采用，国内主要电极生产厂家的金卤灯常规产品目录也 能反映关于金卤灯电极应用的这种现状。另外，这种电极配置也被用于超高压汞灯，专利号 ZL200420079364. 5的中国技术专利揭示了这种电极。国内相关技术专著如《电光源原理 与设计》(复旦大学出版社)，《电光源原理概论》(上海科学技术出版社)等均有类似的阐述。三、电极由纯钨或钨合金电极杆构成(图6中601)，无丝圈。这种电极一般用于作 为汽车前大灯的HID光源，如以PHILIPS公司和OSROM公司为代表的高压氙灯。四、储备式电极(如图7)，以纯钨芯杆(图7中701)、纯钨丝圈(图7中702)构 成电极，丝圈间隙内填充电子发射材料(图7中703)，这种电极已广泛用于高压汞灯或高压 钠灯等传统HID光源。通过检索相关技术文献和目前HID灯产品技术资料，未见与本专利技术下文所述电极 相同的记述和应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高强度气体放电灯用高性能电极，它是一种特殊构造方 式的电极，以满足各种HID灯的工作特性对电极的要求。HID灯的工作特性与电极材料和 结构配置有密切关系，主要体现在电极对灯的启动性能和灯工作状态下电极损耗对灯光电 参数稳定性和寿命的影响。由于各种HID灯启动方式、工作物质、工作环境和电弧形状的差 另IJ，采用不同电极配置来适应灯的不同特性是HID灯电极配置多样性的根本原因。但实际 上，灯的启动性能和工作状态对电极特性的要求存在矛盾，特定HID灯的电极配置往往针 对解决主要矛盾而难以较好地全面兼顾。如上述以纯钨芯杆、纯钨丝圈配置的电极，主要是 以纯钨的高熔点(常压下约3700K)、低蒸发速率(3000K时约2. 8X 10_6gCm2/S)、以及较高的抗溅射性能，来适应超高压气体放电下高能量电弧(等温等离子体，电弧温度Ta > 8000K) 对电极的热耗蚀和强电场(60-100V/cm)下高能粒子轰击对电极的热溅射损耗。而另一方 面，由于纯钨的逸出功(4. 5ev)较高，热导率(20°C，0. 31cal/c · s · °C )较低，灯启动阶段 电极的热电子发射率低，辉光放电时间长，由正离子轰击造成的电极(阴极)溅射损耗以及 溅射物沉积问题难以克服。另外，灯正常工作状态下为维持足够的电子发射量，电极耗散 功率较大，一方面会相对降低光辐射能量，从而降低灯的光效和电弧亮度。而上述以钨合金 (钍钨)芯杆、纯钨丝圈配置的电极，主要是为了解决和适应金卤灯由于作为工作物质的金 属卤化物的引入，灯的启动性能降低这一主要矛盾。与纯钨相比，钍钨逸出功较低且热导率 较高，因此具有较好的电子发射能力，可以缩短灯的启动时间，减轻辉光放电阶段造成的电 极溅射，也有助于提高灯的光效和电弧亮度。但由于钍钨电极的熔点较低，蒸发率较高，抗 溅射性能较低，灯工作状态下电极的热耗蚀和热溅射使电极损耗率较高。由于放电只建立 在电极芯杆尖端之间、纯钨丝圈并不能有效抑制电极损耗，因此影响到灯光电参数的稳定 性和寿命。采用这种电极的金卤灯往往由于钨在泡壳上的沉积而降低灯的流明维持率，从 而影响灯的有效寿命。对于只采用纯钨或钍钨芯杆的汽车HID灯也存在如上所述的类似问 题。而采用储备式电极的高压汞灯、高压钠灯，虽然由于相对较弱的电弧能量而能较好地综 合协调灯的启动及电极材料蒸发、溅射问题，但实际上，由于作为电子发射材料的金属氧化 物易于损失，灯启动性能和光电参数稳定性尚待改善。本专利技术的技术方案是一种高强度气体放电灯用高性能电极，采用纯钨材料作为 芯杆，采用钨合金材料作为丝圈，以此构成电极。上述方案中，所述钨合金材料为钍钨、钡钨、铈钨、钇钨、锆钨、镧钨、或铼钨。所述 钨合金的合金金属含量在30%以下。所述钨合金材料的选择，是在所述材料熔点、电阻率、 导热率和特定温度下的蒸发率满足目标高强度气体放电灯电极负荷要求的前提下，具有尽 可能低的逸出功。本专利技术的高性能电极可以用作各种交流高压或超高压气体放电灯的电极，以及直 流高压或超高压气体放电灯的阴极。本专利技术的技术特点及其有益效果是特点一是采用纯钨芯杆作为HID电极的基 体，这是由于尽管各种HID灯电弧功率密度(指单位体积等离子体功率)不同，但均属于 高强度弧光放电，电极放电端面(尖端)的温度在2700-3000K，在这一温度区间内，即使对 于熔点最高的可用材料纯钨也有10_8 10_6(g. cm2/s)数量级的蒸发速率，而采用其它高熔 点的金属或钨合金，在此温度下的蒸发速率必然更高，电极的热耗蚀更严重。另一方面，与 其它金属或钨合金相比，纯钨的抗溅射性能更高。理论和实践都证明，HID灯启动阶段辉光 放电产生的冷溅射和工作状态下高能粒子的碰撞产生的热溅射所导致的电极损耗对灯性 能和寿命有显著影响。特点二是采用钨合金构成丝圈，这是由于与纯钨相比，钨合金尽管 存在熔点相对较低和抗溅射性能相对较差的缺点，但与其它材料相比也属可用的高熔点和 高抗溅射性电极材料。重要的是钨合金在逸出功、热导率、功耗、抗结晶和机械加工方面作 为电极材料有比纯钨更好的性能(详见表1，表2)。在HID灯工作状态下，电极丝圈最高 温度低于2000K，对于大多钨合金而言并不会产生明显的热耗蚀，同时由于放电并不发生在 丝圈之间，因此丝圈几乎不存在热溅射损耗。而由于高热导率的特点，丝圈温升快，使灯启 动时电极预热时间缩短，同时，低逸功特性使丝圈在电极电位差作用下向芯杆馈送电子，弥补芯杆本身电子发射率低的不足，在芯杆放电尖端产生高密度热电子发射，并迅速形成电子雪崩，使辉光放电在较短时间内过渡到弧光放电。因此会明显提高灯的启动性能且减少 电极冷溅射损耗。另外，这种电极结构由于自身功率耗散相对较小，对于一定的灯输出功 率，电弧的光辐射能量相对增加，灯的光通量输出和电弧亮度会相应提高。国际公开号为 W02006/114770 Al的专利技术专利详细阐述了不同铼含量的铼钨合金作为高压气体放电灯电 极材料的特点，我们发现钨的铈、钍、锆、钇、铼、镧、钡等稀土合金作为电极材料，当稀土金 属含量不同时，其熔点、沸点，电阻率，蒸本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高强度气体放电灯用高性能电极，其特征在于，采用纯钨材料作为芯杆，采用钨合金材料作为丝圈，以此构成电极。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张蔚东，任东华，沈立，
申请(专利权)人：江苏森莱浦光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]
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