Газорозрядна лампа високого тиску і спосіб її виготовлення (варіанти)

1 Газорозрядна лампа високого тиску, що містить герметичну колбу, заповнену інертним газом і парами металів, два вварених в и протилежні торці дугові електроди, кожний з яких виконано у вигляді вольфрамового стрижня, на герметичній частині якого розміщений активатор дугового розряду у вигляді спіралі, просоченої емісійноактивним оксидом, яка відрізняється тим, що між герметичною частиною вольфрамового стрижня і активатором дугового розряду введений шар штерметаліду на основі сплаву іридію з рідкісноземельним металом церієвої групи 2 Газорозрядна лампа за п 1, яка відрізняється тим, що в сплав іридію з рідкісноземельним металом церієвої групи введено добавки вольфраму і/або ренію, гафнію, або металів платинової групи 3 Спосіб виготовлення газорозрядної лампи за п 1 або 2, при якому до вварювання дугових електродів в колбу вольфрамові стрижні активують металом з меншою, ніж у вольфраму, роботою виходу електронів, який відрізняється тим, що активацію вольфрамових стрижнів здійснюють шляхом занурювання їх герметизованої частини в розплав вищевказаного металу 4 Спосіб виготовлення газорозрядної лампи за п 1 або 2, при якому до вварювання дугових електродів в колбу вольфрамові стрижні активують металом з меншою, ніж у вольфраму, роботою виходу електронів, який відрізняється тим, що активацію дугових електродів здійснюють шляхом напресування на герметизовану частину вольфрамових стрижнів трубчатої втулки, виготовленої з вищевказаного металу О і Даний винахід відноситься до електротехніки, а саме, до газорозрядних освітлювальних ламп високого тиску Відома газорозрядна лампа високого тиску (авторське свідоцтво СРСР № 1702452, МПК H01J 61/073 - аналог), яка включає в себе газонаповнену колбу, з двух торців якої герметично вварені електроди в вигляді стрижнів з вольфраму, на герметизованій частині яких розташований активатор у вигляді спіралі, навитої з вольфрамового дроту і просоченої оксидною емісійноактивною речовиною на основі оксидів лугоземельних металів Наконечник стрижня виступає над спіраллю і загострений для полегшення запалювання дугового розряду в лампі Спіраль, просочена оксидом, служить для розгоряння лампи в початковий період її роботи за рахунок електронної емісії оксиду При досягненні достатнього струму емісії тліючий розряд переходить в дуговий і перекидається з активатора на наконечник вольфрамового стрижня Потім дуга підтримується за рахунок високої температури вольфрамового стрижня в зоні наконечника Недоліком цієї конструкції лампи є и утруднене запалювання з-за тривалого процесу набору необхідного рівня електронної емісії оксиду (емісія з оксидованої спіралі повинна перейти від початкової автоелектронної стадії в стадію термоелектронної емісії, достатню по величині струму для запалення дугового розряду) Тривалий процес запалення лампи збіднює запас оксиду з-за його інтенсивної іонної бомбардировки в період тліючого розряду і, таким чином, зменшує термін служби лампи Термін служби відомої лампи низький також через те, що для підтримання дуги вольфрамовий стрижень через його низькі емісійні властивості повинен працювати при дуже високих о> со Ю 53797 температурах, які приводять до його розпилювання, особливо в зоні наконечника Відома також газорозрядна лампа високого тиску (авторське свідоцтво СРСР № 1638747, МПК H01J 61/073 - прототип), в якій для полегшення (скорочення часу) запалення застосована допоміжна спіраль, яка служить для прискорення початкового підпалювання розряду в лампі за рахунок малої відстані між основною і допоміжною спіраллю Проте проблеми з інтенсивним розпилюванням матеріалу (вольфраму) дугового електрода в даній конструкції лампи залишаються - вона має недостатній термін служби Термін служби описаної конструкції лампи недостатній також через те, що висока робоча температура вольфрамового стрижня приводить до швидкого випаровування прилягаючого до нього шару оксиду, армірованого спіраллю Відомий спосіб виготовлення газорозрядної лампи високого тиску, при якому в якості емітуючої речовини в спіральному активаторі використовують окис ітрію або окис торію (Е І Афанас'єва, В М Скобелев Джерела світла і пускорегулююча апаратура М Енергія, 1986 р стор 138 - аналог) Проте, не дивлячись на більш високу СТІЙКІСТЬ ДО випаровування указаних речовин, їх робочі температури вищі, ніж у оксидів лугоземельних металів, і тому запалення таких ламп утруднюється, що, як відомо, прискорює процес виснаження активатора, скорочуючи термін служби лампи Відомий також спосіб виготовлення газорозрядної лампи високого тиску, при якому для збільшення її терміну служби в склад вольфрамового стрижня вводять металевий торій (Е І Афанас'єва, В М Скобелев Джерела світла і пускорегулююча апаратура М Енергія, 1986 р, стор 137), який, маючи понижену роботу виходу електронів, дозволяє знизити робочу температуру дугового електроду і, тим самим, збільшити термін служби лампи Недоліком відомого способу активації вольфрамових стрижнів є те, що термостійкість торированого вольфраму, отримуємого, як правило, методом порошкової металургії з використанням двох різнорідних металів, нижча, ніж термостійкість чистого вольфраму, що не дає можливості істотно збільшити термін служби лампи З-за високих вимог по ДОВГОВІЧНОСТІ (газорозрядні лампи високого тиску, які використовуються, наприклад, для вуличного освітлення, повинні мати термін служби порядку 20 - ЗО тисяч годин) відомий спосіб, не дивлячись на свої переваги, в кінцевому рахунку не вирішує проблеми досягнення вимог потрібної ДОВГОВІЧНОСТІ через недостатню термостійкість дугового електрода і недостатню ступінь зниження його роботи виходу До недоліків відомого способу відноситься також і те, що виробництво торированого вольфраму є шкідливим Зазначені недоліки стимулювали пошук шляхів рішення проблеми створення більш довговічної і екологічно чистої в виробництві газорозрядної лампи високого тиску В основу винаходу покладена задача створення довговічної, простої і нешкідливої в виробництві газорозрядної лампи високого тиску Поставлена задача вирішується тим, що в га зорозрядній лампі високого тиску, вміщуючій герметичну колбу, заповнену інертним газом і парами металів, два вварених в и протилежні торці дугових електрода, виконаних у вигляді вольфрамового стрижня, на герметизованій частині якого розміщений активатор дугового розряду у вигляді спіралі, просоченої емісійноактивним оксидом, згідно винаходу, між герметичною частиною вольфрамового стрижня і активатором дугового розряду введений шар штерметаліда на основі сплаву іридію з рідкісномельним металом (РЗМ) церієвої групи Поставлена задача вирішується також тим, що у вказаний штерметалід, згідно винаходу, добавлені вольфрам і/або реній, гафній або метали платинової групи Поставлена задача вирішується також тим, що, згідно винаходу, активацію вольфрамових стрижнів здійснюють шляхом занурювання їх герметизованої частини в розплав метала з меншою, ніж у вольфрама, роботою виходу електронів Поставлена задача вирішується також тим, що, згідно винаходу, активацію дугових електродів здійснюють шляхом напресування на герметизовану частину вольфрамових стрижнів трубчатої втулки, виготовленої з металу, що має меншу, ніж у вольфрама, роботу виходу електронів Розкриємо фізичну суть пропонуємого рішення Поліпшення характеристик пропонуємої газорозрядної лампи високого тиску досягається за рахунок введення нових елементів в відому конструкцію лампи, в якій використовується в якості активатора низькотемпературний і досить ефективний емітер у вигляді оксиду і в якості дугового електрода самий термостійкий матеріал - вольфрам Новизна пропозиції полягає в тому, що покриття вольфрамового стрижня шаром штерметаліду або з'єднання його з втулкою, виготовленою на основі сплаву іридію з РЗМ церієвої групи, який є високоефективним термоелектронним емітером з низьким коефіцієнтом випаровування, різко знижує роботу виходу електронів з поверхні вольфрамового стрижня, що приводить до того, що необхідний для забезпечення заданої СВІТИМОСТІ лампи струм дуги досягається при значно менших температурах вольфрамового стрижня, гарантуючих більший термін його служби, а, отже, і більш тривалий термін служби газорозрядної лампи в цілому При цьому, втрата штерметаліда за рахунок його випаровування із розжареної зони локалізації дугового розряду на наконечнику вольфрамового стрижня постійно компенсується штерметалід ом, який мігрує по поверхні стрижня з більш холодної зони активатора в більш гарячу зону локалізації дуги А через те, що швидкість випаровування штерметаліда на основі сплаву іридія з РЗМ церієвої групи надзвичайно мала завдяки високому електронному спорідненню цієї пари металів, то термін служби пропонуємої лампи набагато більший, ніж відомих Додаткове збільшення терміну служби лампи досягається в заявляемому винаході за рахунок легування основного матеріалу покриття - штерметаліда складу ІГбСе невеликими добавками вольфраму і / або ренію, гафнію і металів платинової групи, які додатково знижують швидкість випаро 53797 вування матеріалу покриття стрижня і знижують його роботу виходу Запропонований спосіб нанесення шару штерметаліда на вольфрамовий стрижень дугового електрода газорозрядної лампи, який полягає в занурюванні його в розплав штерметаліда, відрізняється простотою і високою продуктивністю, бо дає можливість одночасно і швидко покривати штерметалідом велику КІЛЬКІСТЬ вольфрамових електродів, що і потрібно для серійного виробництва Запропонований спосіб нанесення шару штерметаліда на вольфрамовий стрижень дугового електрода шляхом його щільного з'єднання з виготовленою із зазначеного штерметаліда втулкою, також збільшує термін служби лампи за рахунок додаткового збільшення товщини шару штерметаліда Відсутність при виготовленні пропонуємої газорозрядної лампи торія робить виробництво и екологічно чистим Конструкція пропонуємої газорозрядної лампи високого тиску наведена на малюнку (фіг) В обидва торці 1 газонаповненої кварцевої колби 2 герметично вварені назустріч один одному дугові електроди, виконані у вигляді вольфрамових стрижнів 3 з наконечником 4 в їх герметизованій (розміщеній усередині колби) частині Ця частина покрита шаром 5 штерметаліда на основі сплаву іридію з РЗМ церієвої групи (з добавками металів тугоплавкої або платинової групи або без них) На шарі 5 вольфрамового стрижня розміщено активатор, який представляє собою спіраль 6 з тонкого вольфрамового дроту, просоченої оксидом 7 Оксид 7 знаходиться у спеченому (твердому) стані і є елементом, що скріплює спіраль 6 з шаром 5 штерметаліда Запропонована газорозрядна лампа високого тиску працює слідуючим чином При подачі напруги на зустрічні дугові електроди газорозрядної лампи усередині її завдяки автоелектронній емісії активатора спалахує тліючий розряд, який починає розігрівати обидва активатора за рахунок енергії ІОНІВ газового наповнення лампи, які бомбардують активатори (разом з виступаючими з активаторів частинами вольфрамових стрижнів) в анодні напівперюди змінної напруги живлення електродів лампи Зростаюча при цьому температура оксидного активатора стимулює зростання долі термоелектронної емісії в загальному струмі тліючого розряду Як тільки термоелектронна емісія досягне рівня, достатнього для запалювання дугового розряду, між активаторами виникне дуга, яка подовжить процес розігрівання активаторів, від яких завдяки теплопередачі розігріваються вольфрамові стрижні разом з нанесеним на них шаром штерметаліда При досягненні температури вольфрамових стрижнів такого високого рівня, що з них виходить достатньо щільний електронний струм, дуга перекидається з активаторів на стрижні і локалізується на їх наконечниках, як на найбільш короткому розрядному проміжку Температура наконечників при цьому різко зростає В цей момент випаровування оксиду з активаторів різко знижується, бо припиняється їх іонна бомбардировка Вони залишаються в стані готовності до наступного циклу включення лампи за рахунок дифузії емісійної речовини на поверхню і збереження и там в умовах відсутності іонної бомбардировки Роль нанесеного шару штерметаліда полягає в тому, що з нього відбувається постійне поповнення зони локалізації дугового розряду, яка знаходиться на розжарених наконечниках вольфрамових стрижнів, по мірі випаровування з неї тонкого робочого шару штерметаліда Плівка інтерметаліда, яка постійно присутня в зоні локалізації дугового розряду за рахунок міграції атомів штерметаліда із зони активаторів, різко знижує роботу виходу електронів з наконечника вольфрамового стрижня, що дозволяє одержати достатньо великий струм дуги при менших температурах стрижня Це обумовлює досягнення більш тривалого терміну служби заявляємої газорозрядної лампи порівняно з відомими Запас штерметаліда в зоні активаторів не зазнає безпосереднього впливу дуги і тому довго зберігається, що є джерелом тривалого поповнення зони локалізації дуги Таким чином, керуючи запасом штерметаліда, можна встановлювати бажаний термін служби газорозрядної лампи при її виготовленні У ВІДОМІЙ же конструкції газорозрядної лампи через велику швидкість випаровування оксиду останній не встигає достатньо продифундувати до зони локалізації дуги, що не дозволяє суттєво знизити роботу виходу електронів в цій зоні, а, отже, збільшити термін служби лампи Приклад реалізації заявляємої газорозрядної лампи Були виготовлені натрієві лампи високого тиску з такими основними конструктивними характеристиками - матеріал дугових електродів - вольфрам - діаметр вольфрамових стрижнів -1,2мм - товщина штерметалічного покриття -0,1мм - сумарний діаметр стрижнів -1,4мм - довжина штерметалічного покриття - 5мм Проведені порівнювальні випробування заявляємої і відомої газорозрядних ламп дали такі результати Після випробувань протягом 500 годин екстрапольований по темпу спаду СВІТИМОСТІ час безперервної роботи ламп дорівнює - для відомої лампи -Ютис годин - для заявляємої лампи -20 тис годин Приклад реалізації заявляемого способу виготовлення ламп Підготовлені і очищені від окалини вольфрамові стрижні в КІЛЬКОСТІ 10 штук закріплювались в утримувачі на одному рівні і одночасно занурювались в розплав інтерметаліда IrsCe з добавкою 4 мас % Hf на глибину 5мм, де витримувались протягом 1 хв і виймались з розплаву Розплав здійснювався плавленням штерметаліда в дуговій печі в атмосфері аргону з допомогою вольфрамового електроду перерізом 10 х 10мм кв при струмі дуги 250А Після охолодження розплаву покриті штерметалідом лампові вольфрамові стрижні витягувались з дугової печі і використовувались для розміщення на них активатора в вигляді спіралі 7 53797 8 Наступні операції по виготовленню заявляємої відомої технології виготовлення газорозрядних газорозрядної лампи нічим не відрізняються від ламп високого тиску Фіг. ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24