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[注意]关于霓虹灯的电极的探讨






时间:2009-01-07 15:31来源: 作者: 点击:

核心提示: [注意]关于霓虹灯的电极的探讨


     电极作为霓虹灯管的核心部件,其质量与性能的优劣将直接影响灯管的寿命。本文通过针对轰击不同电极所产生相应的电子发射层的过程来论述之。并阐明轰击的作用不仅限于灯管和电极的加热除气,更重要的作用在于使电极表面通过轰击加热进行一系列的相关化学反应而生成有利于电子发射的激活层,从而提高霓虹灯管的质量,延长其寿命。

     有人会问:为什么在同一个排气台上,排气状况基本一致,有的人能做出好的灯管,而有的人却做出的灯管的寿命很短,质量很差呢?有人说其排气“真空度”不够高,其实,他们的排气“真空度”基本上差不多,而关键在于其轰击的技能没有把握好。更确切地说:这些人对轰击的作用有误解,他们认为轰击的作用仅限于给灯管加热到纸糊了为好,只有这样排气的灯管质量才好,甚至有人提出轰击的次数多一些为好。岂不知,这样做,非但不能提高灯管的内在质量,反而搞不好会把电极的激活层给予溅射掉了,或氧化失效。也就是说:这些人只知道偏面地追求灯管的“真空度”,而不知一根质量好的灯管除了对“真空度”有较高的技术要求外,更重要的是必须有一对发射性能良好的电极,即电极壳的内表层通过轰击加热的过程中,能形成一层非常有利于电子发射激活层。若在轰击中,完全丧失了这一激活层,那么“真空度”搞得再好,其寿命也不会超过1000小时的,(这里主要指安装在室外因灯管溅散击穿而损坏)。过去我本人也一度偏面地追求高“真空度”,95年,我研制成功一台遂道式烤箱加热排气台。并在烘烤排气的过程中多次用稀有气体充洗工艺,当然这样做可以很好地提高“真空度”的,但实际效果并不理想。这个实验也证明了灯管寿命不是跟“真空度”成正比关系。实际上,灯管的寿命与电极的性能和结构有着紧密的联系着的。按着电光源理论来讨论之,所有的气体放电灯,除应保持必要的“真空度”外,更重要的是其电极的发射性能及电极的使用寿命。霓虹灯是低气辉光放电冷阴极灯,当然也要遵守其它气体放电灯的基本要求的。但霓虹灯的电极发射电子是由正离子轰击阴极表面而产生二次电子发射的。这里要讨论一下二次电子的发射系数。它取决于阴极的材质太阴极的表面状态,至于阴极材质及阴极表面状态也会在一定程度上影响着阴极压降。实验证明,当阴极表面被其它单层低逸出功金属原子覆盖或其氧化物层覆盖及阴极不洁时,其二次电子发射系数变大,逸出功降低,发射性能好,溅射少。当阴极表面杂层去掉之后,二次电子发射系数要显著地减少,而对于十分洁净的金属阴极而言,二次电子发射系数趋近于零,其结果是阴极压降显著提高,溅射变得历害。让我们观察分析一下霓虹灯管因溅射而损坏过程,新灯管,由于阴极表层存在的发射层,其二次电子发射系数较大,阴极溅射较轻,可以说:灯管在大部分工作过程中玻壳基本上看不到黑圈。但随着电子发射层的减少,二次电子发射系数变小,逸出功增加,阴极压降提高,使得阴极溅射剧烈,表现在玻壳很快出现黑圈。直至灯管因黑圈击穿漏气而损坏。上述也说明了许多有关霓虹灯书中指出电极材料用纯金属制作是不科学的。

   霓虹灯电极材料大都使用铜、铁、镀镍铁等金属制作的,这些金属的逸出功较高,电子发射性能相对较差。如果灯管使用这些纯金属发射电子势必造成其阴极压降大,阴极溅射得快,从而使灯管很快因溅射失效,特别是铜电极溅射得更快。那么用什么办法来解决这个问题呢?上述证明,纯金属容易溅散,但在金属表面氧化一层有益的氧化膜或涂一层其它逸出功较低的金属(如碱金属或碱土金属)或其氧化物,这样做可以大大降低其逸出功的,提高了电子发射性能,从而减缓了阴极溅散起到了延长灯管寿命的作用。于是人们在制造电极时,大都把电极进行预处理。如铜电极的高温氧化后再涂硼砂,铁电极的发兰氧化。镀镍铁电极的内涂电子粉等处理方法。其目的是通过轰击加热及离子能量传递使电极表层产生一系列的化学反应,最后生成有利于电子发射的激活层,使其阴极压降及溅散大大降低,从而提高了霓虹灯管的质量和寿命。    

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