[发明专利]一种高强度气体放电灯用高性能电极

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。发明专利公开说明书EP1763065A2及公告号CN2710152Y中国实用新型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的中国实用新型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，未见与本发明下文所述电极相同的记述和应用。

发明内容

本发明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别，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2.8×10^-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℃，0.31cal/c·s·℃)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。