專利名稱：納米陶瓷電極燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電光源放電燈，特別是指采用納米陶瓷電極的電光源放電燈。
背景技術(shù)：
在《氧化物陰極》所示例方式描述了一種應(yīng)用在低氣壓放電燈中的電極。這種電極具有一鎢絲的桿狀雙螺旋或三螺旋電極絲，電極絲上備有電子發(fā)射物。該電子發(fā)射物按標(biāo)準(zhǔn)由含有氧化鋇、氧化鍶以及氧化鈣的混合物組成，這種標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射物質(zhì)通常是在安裝于燈內(nèi)的電極的激化過程中，從一由摩爾百分比為56％的碳酸鋇、38％的碳酸鍶和6％的碳酸鈣組成的發(fā)射膏中，通過相應(yīng)氧化物中的碳酸鹽向氧化物轉(zhuǎn)化把產(chǎn)生的二氧化碳排出去。此外，這種電極用于冷起動(dòng)即不經(jīng)電極預(yù)熱而點(diǎn)燃的低氣壓放電燈時(shí)，壽命太短。另外，這種電極基于其幾何形狀和尺寸，難于適用于管徑小(T1-Φ3.2mm)的熒光燈中。
在瑞士專利申請(qǐng)CH449117中公布了一種用于氣體放電燈的熔結(jié)電極，其電子發(fā)射物用一種帶有堿土金屬氧化物和過氧化物的金屬粉末混合物制成。這種混合物主要含有兩份堿土金屬的氧化物或過氧化物和一份金屬粉末，在高壓即1000～2000kg/cm3下被壓入并最終熔結(jié)在電極上。作為氧化物和/或過氧化物，在該專利申請(qǐng)中明確地提到了氧化鋇，作為金屬粉末則舉出了鋯、鉭和鎢。這種電極的生產(chǎn)過程較為昂貴，而且這種電極并沒有表現(xiàn)出足夠的冷起動(dòng)穩(wěn)定性。
從人們已熟知的一些用于低氣壓放電燈的具有冷起動(dòng)能力的電極。它們基本上由一半導(dǎo)電的瓷體組成。作為主要組成部分，這些電極含有一種或多種元素鈦、鋇、鍶、鈣、鑭、錫的氧化物。此外，它們還有出自于元素釔(Y)、鏑(Dy)、鉿(Hf)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、釤(Sm)、釓(Gd)、鈥(Ho)、鉺(Er)、鋱(Tb)、銻(Sb)、鈮(Nb)、鎢(W)、鐿(Yb)、鈧(Sc)和鉭(Td)的一種或多種添加物。這些電極的生產(chǎn)過于昂貴。此外，它們只適用于比較低的不大于約50mA工作電流的低氣壓放電燈，但并不適用于工作電流大于100mA的低氣壓放電燈。
德國(guó)人K.D.鮑爾發(fā)明了一種帶有電子發(fā)射物質(zhì)的用于放電燈的電極《放電燈電極》，電子發(fā)射物中含有鋯酸鋇(BaZrO3)、鉿酸鋇(BaHfO3)、鈦酸鋇(BaTiO3)以及鈰酸鋇(BaCeO3)一族中的鋇化合物以及一種或多種金屬組成成分(公開號(hào)CN1170954A)，此發(fā)明的電極用于燈管中工作時(shí)的缺點(diǎn)是1、若杯狀電極的杯口做的較大，電極發(fā)射物質(zhì)容易漸射；若杯狀電極的杯口做的較小，接收陰極發(fā)射電子的面積太小，燈管發(fā)出的光效減小；2、使用鋯酸鋇(BaZrO3)、鉿酸鋇(BaHfO3)、鈦酸鋇(BaTiO3)以及鈰酸鋇(BaCeO3)發(fā)射物質(zhì)的電子發(fā)射逸出功最低只有1.96eV，與傳統(tǒng)的所謂標(biāo)準(zhǔn)電極的電子發(fā)射逸出功1.93eV相比還高出了0.03eV換句話說，使用這種電極并不能提高燈的光效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于為放電燈光提供一種具有高性能的通斷穩(wěn)定性以及優(yōu)良的冷起動(dòng)性能之電極；應(yīng)用本發(fā)明之產(chǎn)品不但其使用壽命要長(zhǎng)，而且光效要高。即，具有高光效、低耗能、長(zhǎng)壽命，可調(diào)光的獨(dú)特性能。此任務(wù)通過權(quán)利要求1的特征部分的特征來完成，本發(fā)明特別有益的實(shí)施結(jié)構(gòu)在從屬權(quán)利要求中說明。
按照本發(fā)明電極的電子發(fā)射物質(zhì)中含有稀土鉭氮氧酸鋇，還含有至少一種易還原的納米金屬粉末(Ba1Sc0.08Dy0.02Ta0.9N0.3Ox+Ni0.1)；并且經(jīng)過陶瓷化工藝制成，這些鉭氮氧酸鋇合物與鋇的氧化物相比具有突出的高度化學(xué)穩(wěn)定性。
按照本發(fā)明的電極在激化時(shí)不會(huì)產(chǎn)生與上文提到的碳酸鹽發(fā)射膏一樣強(qiáng)烈的氣體散發(fā)的缺點(diǎn)。因?yàn)?，在這個(gè)過程中稀土鉭氮氧酸鋇并不分解、不易吸濕；發(fā)射物質(zhì)中的金屬添加劑起著還原劑的作用，其在鉭氮氧酸鋇化合物中產(chǎn)生盈余的自由導(dǎo)電原子，這賦予了發(fā)射物半導(dǎo)體特性以及較低的電子逸出功(1.59eV)。
通過此盈余的自由導(dǎo)電原子，發(fā)射物的電子逸出功由原來標(biāo)準(zhǔn)電極的1.96eV降至1.59eV。發(fā)射物中鉭氮氧酸鋇的含量有利地由摩爾百分比1％～99％，此時(shí)金屬添加劑的含量為摩爾百分比1％～99％；已經(jīng)證明，當(dāng)鉭氮氧酸鋇的摩爾百分比含量為40％～90％，以及金屬微粒組成部分含量為10％～60％摩爾百分比水平時(shí)，效果較好。
在發(fā)射物質(zhì)的這種組合下可以保證上權(quán)利要求提到的長(zhǎng)壽命，以防止盈余的自由導(dǎo)電原子通過從電極上蒸發(fā)而過早耗盡。在本發(fā)明的實(shí)施例中，發(fā)射物中也有利地添加了納米級(jí)鍶和/或鈣的化合物，以降低反應(yīng)速度；這些在電子發(fā)射物中的化合物的含量可有益地至8％摩爾百分比，以使電子逸出功有進(jìn)一步的降低。
實(shí)施例中鉭氮氧酸鋇也可部分地由鉭氮氧酸鍶替代，這種情況下，通過金屬還原劑不僅產(chǎn)生自由的盈余鋇，而且產(chǎn)生自由的盈余鍶，它按類似的方式反應(yīng)。即與上述鉭氮氧酸鋇相類似，使發(fā)射物質(zhì)的電子逸出功下降并賦予半導(dǎo)電特性。發(fā)射物質(zhì)組成的晶粒大小，同樣地對(duì)在發(fā)射物中進(jìn)行的反應(yīng)有重要影響。在此，反應(yīng)中產(chǎn)生盈余的金屬微粒，晶粒尺寸有利地為納米級(jí)微粉(5nm～400nm)。
按照本發(fā)明的燈電極有益地作為具有冷起動(dòng)能力的口大、腰細(xì)、底小的形狀制造，具有該形狀容器之上固定有導(dǎo)線。這樣，按照本發(fā)明的電極也能嵌入安裝在細(xì)管徑(T1-Φ3.2mm)型熒光燈中。但是，細(xì)管徑熒光燈中配備通常應(yīng)用的桿狀(常規(guī))燈絲就不容許。
按照本發(fā)明的燈電極，特別適合于應(yīng)用在緊湊型節(jié)能熒光燈中，也特別適合于應(yīng)用在其它細(xì)管徑、大功率的熒光燈管中；按照發(fā)明的電極燈，具有較高的通斷穩(wěn)定性。研究表明，按照發(fā)明的電極可經(jīng)受超過39萬多次(每隔5秒開關(guān)1次)的冷起動(dòng)，開關(guān)實(shí)驗(yàn)壽命超過了之前任何一種同類電光源產(chǎn)品。
按照本發(fā)明的口徑大、腰細(xì)、底小的形狀的電極的發(fā)射物質(zhì)，可裝在該容器的內(nèi)壁上；或如實(shí)施例一樣填充安裝在該容器內(nèi)絲網(wǎng)的空隙；或直接壓制成型、燒結(jié)成相應(yīng)形狀的電極。
實(shí)施例中絲網(wǎng)(4)的平面有益地與瓶體(1)軸線相切，以便絲網(wǎng)圈邊可以通過容器內(nèi)壁的凹槽卡緊。這樣可以抑制由于發(fā)射物質(zhì)的濺射和蒸發(fā)而使燈外殼的可能的黑化現(xiàn)象。按照本發(fā)明的口大、腰細(xì)、底小形狀的燈電極，有益地由鎳(Ni)88％、釔(Y)8％、鈰(Ce)3％和鏑(Dy)1％金屬單質(zhì)熔煉制成，嵌裝在該容器內(nèi)的絲網(wǎng)有益地由金屬鎢(W)99.7％、金屬鑭(La)0.3％或金屬鉬(Mo)99.7％、金屬釔(Y)0.3％制造。


與具體實(shí)施方案下面將通過實(shí)施例來進(jìn)一步細(xì)述本發(fā)明附圖與實(shí)施例相應(yīng)的按照本發(fā)明的電極外形結(jié)構(gòu)，該電極涉及一用于細(xì)管徑(T2-Φ3.2mm)熒光燈中的口大、腰細(xì)、底小的電極形狀。電極容器(1)；在其底部緊固有一導(dǎo)線(2)，導(dǎo)線穿過底部并被夾緊；絲網(wǎng)(4)的周邊，緊夾于容器(1)內(nèi)壁的凹槽處；電子發(fā)射物質(zhì)(3)涂敷在絲網(wǎng)(4)上，并填滿了絲網(wǎng)(4)的空間以及絲網(wǎng)(4)與容器(1)間的內(nèi)壁。該容器的開口處外徑為3.2mm，細(xì)腰處為2.2mm，鼓肚處為3.2mm，底口處為1.2mm，其高度為6mm，壁厚度為0.3mm。
實(shí)例中電子發(fā)射物3由摩爾百分比為50％含量的鋇化合物、摩爾百分比為5％含量的鈧化合物、摩爾百分比為3％含量的鏑化合物、摩爾百分比為39.5％含量的鉭化合物、摩爾百分比1％含量的鎳(Ni)與摩爾百分比1.5％含量的氮化硅(SiN)混合組成。
實(shí)施例中均使用晶粒尺寸為納米(5nm～100nm)級(jí)的材料組成電子發(fā)射物質(zhì)，在應(yīng)用于燈上之前，按照本發(fā)明的燈電極需要在含氮的氣氛中燒結(jié)，以使發(fā)射物質(zhì)成氮氧化物成分組成的納米陶瓷體，并使發(fā)射物質(zhì)激活。
本發(fā)明并不局限于上面詳細(xì)說明的實(shí)施例。例如，在上面說明的實(shí)施例中，口大、腰細(xì)、底小的由鎳合金構(gòu)成的容器燈電極(1)也可以由鎳之外的其它金屬構(gòu)成，等等。
本發(fā)明的實(shí)際效果通過實(shí)施例制造的納米陶瓷電極燈的應(yīng)用、檢測(cè)，說明本發(fā)明所取得的有益效果是為電光源之放電燈光提供了一種具有高性能的通斷穩(wěn)定性及冷起動(dòng)性能優(yōu)良；應(yīng)用本發(fā)明之產(chǎn)品具有開關(guān)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)次數(shù)多于39萬次(每隔5秒鐘開或關(guān)1次)的長(zhǎng)壽命；照度檢測(cè)具有136ml/W的高光效。
特別比較在本發(fā)明之前，日本國(guó)技術(shù)之產(chǎn)品開關(guān)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)次數(shù)少于30萬次(每隔5秒鐘開或關(guān)1次)，照度檢測(cè)109ml/W。
權(quán)利要求
1.用于電光源的納米陶瓷電極燈，其特征在于，其電極電子發(fā)射物質(zhì)由稀土鉭氮氧酸鋇化合物所組成；而且，電子發(fā)射物質(zhì)中還含有至少一種易還原的納米金屬粉末。
2.按照權(quán)利要求1的納米陶瓷電極燈，其特征在于，其電極電子發(fā)射物質(zhì)是稀土鉭氮氧酸鋇加鎳[(Ba1Sc0.08Dy0.02Ta0.9N0.3Ox)+Ni0.1]。
3.按照權(quán)利要求1的納米陶瓷電極燈，其特征在于其電極金屬粉末組成成分是由鉻(Cr)、鎳(Ni)、釔(Y)、鈰(Ce)、鏑(Dy)金屬的一族。
4.按照權(quán)利要求1的納米陶瓷電極燈，其特征在于，其電極電子發(fā)射物質(zhì)中含有稀土鈧(Sc)和稀土鏑(Dy)的化合物。
5.按照權(quán)利要求1的納米陶瓷電極燈，其特征在于，其電極來自于稀土鉭氮氧酸鋇(Ba1Sc0.08Dy0.02Ta0.9N0.3Ox)化合物一族在電子發(fā)射物質(zhì)中的摩爾百分含量為1-99％。
6.按照權(quán)利要求1的納米陶瓷電極燈，其特征在于，其電極電子發(fā)射物中金屬組成成分鎳(Ni)的摩爾百分含量為1-99％。
7.按照權(quán)利要求4的納米陶瓷電極燈，其特征在于，其電極電子發(fā)射物中稀土稀土鈧(Sc)和稀土鏑(Dy)的化合物的摩爾百分含量可至10％。
8.按照權(quán)利要求5的納米陶瓷電極燈，其特征在于，其電極電子發(fā)射物中出自于稀土鉭氮氧酸鋇(Ba1Sc0.08Dy0.02Ta0.9N0.3Ox)化合物一族的摩爾百分含量可至30-80％。
9.按照權(quán)利要求6的納米陶瓷電極燈，其特征在于，其電極電子發(fā)射材料中金屬組成成分鎳(Ni)的摩爾百分含量為10-90％。
10.按照權(quán)利要求1的納米陶瓷電極燈，其特征在于，其電極電子發(fā)射物中包含有鈣(Ca)和/或鍶(Sr)的化合物。
11.按照權(quán)利要求2的納米陶瓷電極燈，其特征在于，其電極中鋇(Ba)部分由鈣(Ca)和/或鍶(Sr)替代。
12.按照權(quán)利要求1的納米陶瓷電極燈，其特征在于，其電極電子發(fā)射物組成成分的晶粒尺寸為納米級(jí)(5nm-400nm)。
13.按照權(quán)利要求1的納米陶瓷電極燈，其特征在于，其電極是一口大、腰細(xì)、底小形狀，具有一該狀容器(1)和緊固于其上的導(dǎo)線(2)。
14.按照權(quán)利要求13的納米陶瓷電極燈，其特征在于，其電極口大、腰細(xì)、底小狀容器(1)是一出自于鎳和/或鎳合金(鎳(Ni)88％、釔(Y)8％、鈰(Ce)3％以及鏑(Dy)1％的金屬組成；或鉬和/或鉬合金鉬(Mo)99.7％、釔(Y)0.3％金屬組成。
15.按照權(quán)利要求13的納米陶瓷電極燈，其特征在于，其電極電子發(fā)射物(3)陶瓷化(熔)于該容器(1)的內(nèi)壁上。
16.按照權(quán)利要求13的納米陶瓷電極燈，其特征在于，其電極具有該容器(1)內(nèi)部的絲網(wǎng)(4)；電子發(fā)射物質(zhì)(3)在絲網(wǎng)(4)上和/或絲網(wǎng)間的空隙中安放。
17.按照權(quán)利要求16的納米陶瓷電極燈，其特征在于，其電極絲網(wǎng)(4)依靠緊扣在該容器(1)的內(nèi)壁上。
18.按照權(quán)利要求16的納米陶瓷電極燈，其特征在于，其電極絲網(wǎng)由金屬鎢(W)99.7％、金屬鑭(La)0.3％或金屬鉬(Mo)99.7％、金屬釔(Y)0.3％或金屬鉭(Ta)99.7％、金屬釔(Y)金屬單質(zhì)組成。
19.按照權(quán)利要求1的納米陶瓷電極燈，其特征在于，其電極由該稀土鉭氮氧酸鋇化合物直接經(jīng)過壓制成型、燒結(jié)所制成和/或該稀土鉭氮氧酸鋇化合物與基金屬結(jié)合所制成。
20.按照權(quán)利要求1的納米陶瓷燈制成透明玻璃、石英管狀等形狀，內(nèi)壁可涂敷有熒光粉。
全文摘要
納米陶瓷電極燈，有益地作為具有冷起動(dòng)能力的口大、腰細(xì)、底小狀容器而且其容器上固定有導(dǎo)線的電極制造；按照本發(fā)明的電極特別適合于應(yīng)用在電光源熒光燈中，特別適合于應(yīng)用在電光源細(xì)管徑的熒光燈中。按照本發(fā)明的納米陶瓷電極燈具有較高的通斷穩(wěn)定性，可經(jīng)受超過39萬次的冷起動(dòng)(開關(guān)實(shí)驗(yàn))；應(yīng)用本發(fā)明之產(chǎn)品具有高光效、低耗能、長(zhǎng)壽命，可調(diào)光的獨(dú)特性能。
文檔編號(hào)H01J1/14GK101047103SQ200610073490
公開日2007年10月3日 申請(qǐng)日期2006年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月28日
發(fā)明者肖福常 申請(qǐng)人:肖福常