金卤灯电弧管喷粉工艺研究.docx

金卤灯电弧管喷粉工艺研究俞明忠，陈晖，樊开强（宁波亚茂照明电器有限公司）；魏青（武汉职业技术学院）一 、绪论我们知道一般管壁负载的石英金卤灯电弧管都需要在放电腔两端喷上保温涂层，以提高冷端温度，提高金属卤化物的蒸汽压，从而提高光效和显色指数。目前应用的保温涂层材料有：ZrO2和 Al2O3，将涂层材料涂到电弧管表面的工艺方法主要有：火焰喷涂（简称火喷），水粉浆喷涂（简称水喷）和浸涂这几种。这几种工艺目前普遍采用的是火喷和水喷，浸涂工艺一般只应用于一些特殊规格的金卤灯。二、工艺分析2.1 材料性能分析：ZrO2相对Al2O3在保温性能上有优势：见表1，表2。表1：红外材料折射指数，单、双面反射系数及理论透过率材料折射指数n单面反射率％双面反射率％理论透过率石英1.54274.58.691.3Al2O31.7126.912.987.1ZrO22.077912.32080Y2O31.952710.318.881.2表2：红外材料能隙及透射波段材料能隙/eV短波截止限/um透射波段/um石英8.40.140.14～4.5Al2O390.140.14～6ZrO25.00.250.4～6Y2O36.080.200.25～8从上述数据可以看出，ZrO2能够截取并反射更多的红外能量，所以保温性能更佳。当然，上述数据仅是理论值，在金卤灯电弧管保温层喷涂中，保温性能还会与粉层厚度，均匀性及孔隙度有关，如下述例子：虽然ZrO2在金卤灯电弧管的应用有明显优势，但由于成本因素（纯度等级相近的材料单价，ZrO2要20倍以上与Al2O3），一般国内普通照明金卤灯很少采用ZrO2作为 保温涂层使用。ZrO2在GE和OSRAM Sylvania的金卤灯电弧管中广泛应用，涂敷方法：采用ZrO2和有机溶剂配成粉浆，喷涂或刷涂到电弧管需要保温的区域，有机溶剂蒸发后粉层即形成需要的保温涂层，然后进行制灯。该方法涂覆的粉层仅适用于高度自动化的生产线进行生产，因为该涂层常态附着性能非常差，轻轻一碰就能造成粉层脱落，只有在完全自动化的生产线才能保证保温涂层不会被触碰到，才能保证制成灯后保温涂层的完整性，以目前国内的生产工艺流程和操作方法根本无法保证有效的涂层质量。因此，国内普遍采用Al2O3粉涂层作为金卤灯电弧管的保温涂层。2.2 Al2O3粉保温涂层的工艺分析2.2.1Al2O3涂层主要采用火喷粉和水喷粉进行涂覆：火喷粉工艺介绍:将石英管加热到高温（约900℃以上），将γ相Al2O3粉末在高温火焰下熔化后，喷射在表面软化的石英管上，氧化铝粉末就附着在石英管上，完成喷粉工作。水喷粉工艺介绍：将石英管加热到100~200℃，将Al2O3粉、粘结剂、去离子水配置的溶液用喷枪喷涂在石英管表面，水蒸发后，Al2O3粉末依靠粘结剂附着在石英管上，完成喷粉工作。2.2.2 工艺对比分析：火喷粉主要缺点：石英玻璃需要进行高温加热，对石英玻璃有损伤，会增加羟基含量。国外一般采用氢-氧焰进行喷粉。如果采用煤-氧火焰，则需要加热时间较长，虽然羟基增加可能会少一些，但对石英玻璃强度破坏会更大一些，而国内一方面是氢气的安全管制问题，二是出于成本考虑，大多采用煤-氧火焰进行喷粉。火喷粉由于粉末利用率较低，因此生产成本相对较高，以普通400W金卤灯电弧管为例，材料成本＞0.5元/只，而水喷粉在0.30元/只以内，约有30%以上的材料成本差距。3） 由于粉末利用率较低，就容易有较多粉末飞散造成环境污染。火碰粉工艺的涂层容易在灯燃点到2000小时后有脱粉现象，一方面是由于Al2O3涂层和石英玻璃间膨胀系数的差异导致，如果加热温度和喷粉温度及粉枪雾化不良都会造成粉层附着强度下降，容易造成脱粉，另一方面是前面提到的石英管强度的损伤，容易使电弧管两端喷粉部位在灯燃点一段时间后产生鼓泡等变形现象，造成粉层从石英管表面脱落。火喷粉需要加热石英管的温度高，因此加工时间较长，相对水喷粉的工效要低20%以上。水喷粉主要缺点：水喷粉形成的保温涂层在灯泡燃点过程容易粉层发黑，造成灯泡光通量下降，灯泡的能效不合格。水喷粉浆中有可能存在各种有害杂质，如粘结剂中可能存在的碱金属，会造成石英玻璃的析晶等等危害。三、水喷粉浆研究：金卤灯电弧管的水喷粉浆在工效，成本等各方面优势明显，但也存在相当的质量风险，主要是粘结剂容易含有各种有害杂质，对电弧管各方面性能造成危害。 可用于粘合氧化铝粉和石英玻璃间的粘结剂主要有：玻璃类：低熔点玻璃（如Ca2P2O7˙CaB4O7），偏硅酸钠（Na2SiO3·nH2O）；水溶胶类：硅溶胶（SiO2.nH2O），水合氧化铝Al2O3·nH2O等有机粘结剂：聚甲基丙烯酸铵（APMAA）聚氧化乙烯（PEO），聚乙烯醇等。我们针对粘结剂进行了系列试验，下述是各种试验的结果及分析：试验一将粉浆加入密封石英玻璃内