专利名称：纳米陶瓷电极灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电光源放电灯，特别是指采用纳米陶瓷电极的电光源放电灯。
背景技术：
在《氧化物阴极》所示例方式描述了一种应用在低气压放电灯中的电极。这种电极具有一钨丝的杆状双螺旋或三螺旋电极丝，电极丝上备有电子发射物。该电子发射物按标准由含有氧化钡、氧化锶以及氧化钙的混合物组成，这种标准发射物质通常是在安装于灯内的电极的激化过程中，从一由摩尔百分比为56％的碳酸钡、38％的碳酸锶和6％的碳酸钙组成的发射膏中，通过相应氧化物中的碳酸盐向氧化物转化把产生的二氧化碳排出去。此外，这种电极用于冷起动即不经电极预热而点燃的低气压放电灯时，寿命太短。另外，这种电极基于其几何形状和尺寸，难于适用于管径小(T1-Φ3.2mm)的荧光灯中。
在瑞士专利申请CH449117中公布了一种用于气体放电灯的熔结电极，其电子发射物用一种带有碱土金属氧化物和过氧化物的金属粉末混合物制成。这种混合物主要含有两份碱土金属的氧化物或过氧化物和一份金属粉末，在高压即1000～2000kg/cm3下被压入并最终熔结在电极上。作为氧化物和/或过氧化物，在该专利申请中明确地提到了氧化钡，作为金属粉末则举出了锆、钽和钨。这种电极的生产过程较为昂贵，而且这种电极并没有表现出足够的冷起动稳定性。
从人们已熟知的一些用于低气压放电灯的具有冷起动能力的电极。它们基本上由一半导电的瓷体组成。作为主要组成部分，这些电极含有一种或多种元素钛、钡、锶、钙、镧、锡的氧化物。此外，它们还有出自于元素钇(Y)、镝(Dy)、铪(Hf)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、钆(Gd)、钬(Ho)、铒(Er)、铽(Tb)、锑(Sb)、铌(Nb)、钨(W)、镱(Yb)、钪(Sc)和钽(Td)的一种或多种添加物。这些电极的生产过于昂贵。此外，它们只适用于比较低的不大于约50mA工作电流的低气压放电灯，但并不适用于工作电流大于100mA的低气压放电灯。
德国人K.D.鲍尔发明了一种带有电子发射物质的用于放电灯的电极《放电灯电极》，电子发射物中含有锆酸钡(BaZrO3)、铪酸钡(BaHfO3)、钛酸钡(BaTiO3)以及铈酸钡(BaCeO3)一族中的钡化合物以及一种或多种金属组成成分(公开号CN1170954A)，此发明的电极用于灯管中工作时的缺点是1、若杯状电极的杯口做的较大，电极发射物质容易渐射；若杯状电极的杯口做的较小，接收阴极发射电子的面积太小，灯管发出的光效减小；2、使用锆酸钡(BaZrO3)、铪酸钡(BaHfO3)、钛酸钡(BaTiO3)以及铈酸钡(BaCeO3)发射物质的电子发射逸出功最低只有1.96eV，与传统的所谓标准电极的电子发射逸出功1.93eV相比还高出了0.03eV换句话说，使用这种电极并不能提高灯的光效。
发明内容
本发明的任务在于为放电灯光提供一种具有高性能的通断稳定性以及优良的冷起动性能之电极；应用本发明之产品不但其使用寿命要长，而且光效要高。即，具有高光效、低耗能、长寿命，可调光的独特性能。此任务通过权利要求1的特征部分的特征来完成，本发明特别有益的实施结构在从属权利要求中说明。
按照本发明电极的电子发射物质中含有稀土钽氮氧酸钡，还含有至少一种易还原的纳米金属粉末(Ba1Sc0.08Dy0.02Ta0.9N0.3Ox+Ni0.1)；并且经过陶瓷化工艺制成，这些钽氮氧酸钡合物与钡的氧化物相比具有突出的高度化学稳定性。
按照本发明的电极在激化时不会产生与上文提到的碳酸盐发射膏一样强烈的气体散发的缺点。因为，在这个过程中稀土钽氮氧酸钡并不分解、不易吸湿；发射物质中的金属添加剂起着还原剂的作用，其在钽氮氧酸钡化合物中产生盈余的自由导电原子，这赋予了发射物半导体特性以及较低的电子逸出功(1.59eV)。
通过此盈余的自由导电原子，发射物的电子逸出功由原来标准电极的1.96eV降至1.59eV。发射物中钽氮氧酸钡的含量有利地由摩尔百分比1％～99％，此时金属添加剂的含量为摩尔百分比1％～99％；已经证明，当钽氮氧酸钡的摩尔百分比含量为40％～90％，以及金属微粒组成部分含量为10％～60％摩尔百分比水平时，效果较好。
在发射物质的这种组合下可以保证上权利要求提到的长寿命，以防止盈余的自由导电原子通过从电极上蒸发而过早耗尽。在本发明的实施例中，发射物中也有利地添加了纳米级锶和/或钙的化合物，以降低反应速度；这些在电子发射物中的化合物的含量可有益地至8％摩尔百分比，以使电子逸出功有进一步的降低。
实施例中钽氮氧酸钡也可部分地由钽氮氧酸锶替代，这种情况下，通过金属还原剂不仅产生自由的盈余钡，而且产生自由的盈余锶，它按类似的方式反应。即与上述钽氮氧酸钡相类似，使发射物质的电子逸出功下降并赋予半导电特性。发射物质组成的晶粒大小，同样地对在发射物中进行的反应有重要影响。在此，反应中产生盈余的金属微粒，晶粒尺寸有利地为纳米级微粉(5nm～400nm)。
按照本发明的灯电极有益地作为具有冷起动能力的口大、腰细、底小的形状制造，具有该形状容器之上固定有导线。这样，按照本发明的电极也能嵌入安装在细管径(T1-Φ3.2mm)型荧光灯中。但是，细管径荧光灯中配备通常应用的杆状(常规)灯丝就不容许。
按照本发明的灯电极，特别适合于应用在紧凑型节能荧光灯中，也特别适合于应用在其它细管径、大功率的荧光灯管中；按照发明的电极灯，具有较高的通断稳定性。研究表明，按照发明的电极可经受超过39万多次(每隔5秒开关1次)的冷起动，开关实验寿命超过了之前任何一种同类电光源产品。
按照本发明的口径大、腰细、底小的形状的电极的发射物质，可装在该容器的内壁上；或如实施例一样填充安装在该容器内丝网的空隙；或直接压制成型、烧结成相应形状的电极。
实施例中丝网(4)的平面有益地与瓶体(1)轴线相切，以便丝网圈边可以通过容器内壁的凹槽卡紧。这样可以抑制由于发射物质的溅射和蒸发而使灯外壳的可能的黑化现象。按照本发明的口大、腰细、底小形状的灯电极，有益地由镍(Ni)88％、钇(Y)8％、铈(Ce)3％和镝(Dy)1％金属单质熔炼制成，嵌装在该容器内的丝网有益地由金属钨(W)99.7％、金属镧(La)0.3％或金属钼(Mo)99.7％、金属钇(Y)0.3％制造。
与具体实施方案下面将通过实施例来进一步细述本发明附图与实施例相应的按照本发明的电极外形结构，该电极涉及一用于细管径(T2-Φ3.2mm)荧光灯中的口大、腰细、底小的电极形状。电极容器(1)；在其底部紧固有一导线(2)，导线穿过底部并被夹紧；丝网(4)的周边，紧夹于容器(1)内壁的凹槽处；电子发射物质(3)涂敷在丝网(4)上，并填满了丝网(4)的空间以及丝网(4)与容器(1)间的内壁。该容器的开口处外径为3.2mm，细腰处为2.2mm，鼓肚处为3.2mm，底口处为1.2mm，其高度为6mm，壁厚度为0.3mm。
实例中电子发射物3由摩尔百分比为50％含量的钡化合物、摩尔百分比为5％含量的钪化合物、摩尔百分比为3％含量的镝化合物、摩尔百分比为39.5％含量的钽化合物、摩尔百分比1％含量的镍(Ni)与摩尔百分比1.5％含量的氮化硅(SiN)混合组成。
实施例中均使用晶粒尺寸为纳米(5nm～100nm)级的材料组成电子发射物质，在应用于灯上之前，按照本发明的灯电极需要在含氮的气氛中烧结，以使发射物质成氮氧化物成分组成的纳米陶瓷体，并使发射物质激活。
本发明并不局限于上面详细说明的实施例。例如，在上面说明的实施例中，口大、腰细、底小的由镍合金构成的容器灯电极(1)也可以由镍之外的其它金属构成，等等。
本发明的实际效果通过实施例制造的纳米陶瓷电极灯的应用、检测，说明本发明所取得的有益效果是为电光源之放电灯光提供了一种具有高性能的通断稳定性及冷起动性能优良；应用本发明之产品具有开关实验检测次数多于39万次(每隔5秒钟开或关1次)的长寿命；照度检测具有136ml/W的高光效。
特别比较在本发明之前，日本国技术之产品开关实验检测次数少于30万次(每隔5秒钟开或关1次)，照度检测109ml/W。
权利要求
1.用于电光源的纳米陶瓷电极灯，其特征在于，其电极电子发射物质由稀土钽氮氧酸钡化合物所组成；而且，电子发射物质中还含有至少一种易还原的纳米金属粉末。
2.按照权利要求1的纳米陶瓷电极灯，其特征在于，其电极电子发射物质是稀土钽氮氧酸钡加镍[(Ba1Sc0.08Dy0.02Ta0.9N0.3Ox)+Ni0.1]。
3.按照权利要求1的纳米陶瓷电极灯，其特征在于其电极金属粉末组成成分是由铬(Cr)、镍(Ni)、钇(Y)、铈(Ce)、镝(Dy)金属的一族。
4.按照权利要求1的纳米陶瓷电极灯，其特征在于，其电极电子发射物质中含有稀土钪(Sc)和稀土镝(Dy)的化合物。
5.按照权利要求1的纳米陶瓷电极灯，其特征在于，其电极来自于稀土钽氮氧酸钡(Ba1Sc0.08Dy0.02Ta0.9N0.3Ox)化合物一族在电子发射物质中的摩尔百分含量为1-99％。
6.按照权利要求1的纳米陶瓷电极灯，其特征在于，其电极电子发射物中金属组成成分镍(Ni)的摩尔百分含量为1-99％。
7.按照权利要求4的纳米陶瓷电极灯，其特征在于，其电极电子发射物中稀土稀土钪(Sc)和稀土镝(Dy)的化合物的摩尔百分含量可至10％。
8.按照权利要求5的纳米陶瓷电极灯，其特征在于，其电极电子发射物中出自于稀土钽氮氧酸钡(Ba1Sc0.08Dy0.02Ta0.9N0.3Ox)化合物一族的摩尔百分含量可至30-80％。
9.按照权利要求6的纳米陶瓷电极灯，其特征在于，其电极电子发射材料中金属组成成分镍(Ni)的摩尔百分含量为10-90％。
10.按照权利要求1的纳米陶瓷电极灯，其特征在于，其电极电子发射物中包含有钙(Ca)和/或锶(Sr)的化合物。
11.按照权利要求2的纳米陶瓷电极灯，其特征在于，其电极中钡(Ba)部分由钙(Ca)和/或锶(Sr)替代。
12.按照权利要求1的纳米陶瓷电极灯，其特征在于，其电极电子发射物组成成分的晶粒尺寸为纳米级(5nm-400nm)。
13.按照权利要求1的纳米陶瓷电极灯，其特征在于，其电极是一口大、腰细、底小形状，具有一该状容器(1)和紧固于其上的导线(2)。
14.按照权利要求13的纳米陶瓷电极灯，其特征在于，其电极口大、腰细、底小状容器(1)是一出自于镍和/或镍合金(镍(Ni)88％、钇(Y)8％、铈(Ce)3％以及镝(Dy)1％的金属组成；或钼和/或钼合金钼(Mo)99.7％、钇(Y)0.3％金属组成。
15.按照权利要求13的纳米陶瓷电极灯，其特征在于，其电极电子发射物(3)陶瓷化(熔)于该容器(1)的内壁上。
16.按照权利要求13的纳米陶瓷电极灯，其特征在于，其电极具有该容器(1)内部的丝网(4)；电子发射物质(3)在丝网(4)上和/或丝网间的空隙中安放。
17.按照权利要求16的纳米陶瓷电极灯，其特征在于，其电极丝网(4)依靠紧扣在该容器(1)的内壁上。
18.按照权利要求16的纳米陶瓷电极灯，其特征在于，其电极丝网由金属钨(W)99.7％、金属镧(La)0.3％或金属钼(Mo)99.7％、金属钇(Y)0.3％或金属钽(Ta)99.7％、金属钇(Y)金属单质组成。
19.按照权利要求1的纳米陶瓷电极灯，其特征在于，其电极由该稀土钽氮氧酸钡化合物直接经过压制成型、烧结所制成和/或该稀土钽氮氧酸钡化合物与基金属结合所制成。
20.按照权利要求1的纳米陶瓷灯制成透明玻璃、石英管状等形状，内壁可涂敷有荧光粉。
全文摘要
纳米陶瓷电极灯，有益地作为具有冷起动能力的口大、腰细、底小状容器而且其容器上固定有导线的电极制造；按照本发明的电极特别适合于应用在电光源荧光灯中，特别适合于应用在电光源细管径的荧光灯中。按照本发明的纳米陶瓷电极灯具有较高的通断稳定性，可经受超过39万次的冷起动(开关实验)；应用本发明之产品具有高光效、低耗能、长寿命，可调光的独特性能。
文档编号H01J1/14GK101047103SQ200610073490
公开日2007年10月3日 申请日期2006年3月28日 优先权日2006年3月28日
发明者肖福常 申请人:肖福常