Запорожец  Издания 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 [ 206 ] 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239

в глухом МКУ ниобиевая трубочка служит вакуумно-плотным токовво-дом и держателем керна электрода и вакуумно-плотно соединяется с трубочкой при помощи пайки титаном (рис. 18.7,6, е).

В маломощных лампах в глухом МКУ ниобиевую трубочку иногда заменяют ниобиевым проволочным вводом, что позволяет значительно снизить тепловые потери концов (рис. 18.7,6).

Вакуумно-плотные соединения керамики с металлом и с керамикой, b производстве натриевых ламп ВД получила преимущественное распространение пайка при помощи высокотемпературных стеклояементов. Возможна также пайка при помощи так называемых активных металлов или их сплавов. При пайке одна из главных проблем - обеспечение прочного вакуумно-плот-ного соединения разнородных материалов.

Пайка стеклоцементом. Стеклоцементы представляют собой смесь на основе АЬОз и СаО, которая при соотношении 52 7о AijOs и 48 % СаО образует эвтектику с температурой плавления около 1400 °С. Состав смеси подбирается эвтектическим или близким к нему. Было предложено много вариантов подобных составов, включающих в небольших количествах другие добавки, например порошки W, Ti, Nb и других элементов в виде оксидов, гидридов или металлов, вводимых, главным образом, для улучшения сцепления стеклоцемента с ниобием, а также добавки некоторых оксидов, например MgO (5-7 7о), для улучшения структуры и физико-химических свойств [18.8].

Для получения надежного работоспособного спая исключительно важны подбор состава стеклоцемента, а также правильная геометрия, структура и качество металла и керамики, правильная технология изготовления стеклоцемента, специальная обработка и подготовка спаиваемых поверхностей и активных металлов и точное соблюдение режимов пайки.

К достоинствам пайки стеклоцементом относят его высокую адгезию к керамике, независимо от размера зерен, к недостаткам - высокую чувствительность качества спая с ниобием в результате образован.чя переходных слоев и других причин, меньшую механическую прочность, необходимость соблюдения определенной величины зазора между металлом и керамикой, которая при спае охватывающего типа должна лежать в пределах 20- 50 мкм.

Пайка активными металлами. В этом случае используется свойство некоторых металлов, например титана, циркония, ванадия и некоторых других, при высоких температурах активно взаимодействовать не только со многими другими металлами, но и с их соединениями, отнимая у них кислород.

К достоинствам пайки активными металлами относят высокую прочность соединения с металлом и вакуумную плотность, к недостаткам - очень сильную зависимость прочности соединения с керамикой от ее структуры. Для получения хорошего спая керамика должна иметь плотную мелкозернистую структуру. При крупнокристаллической и пористой структуре в результате внедрения металла в межкристаллические поры керамика становится хрупкой, а спай непрочным.

Внешние колбы и конструкции монтажа. Для получения оптимальной световой отдачи температура холодной точки НЛВД должна поддерживаться н£ уровне 640-680 °С. Ниобиевые детали разрядных трубок могут длительно



работать при таких и более высоких температурах только в отсутствие кислорода, влаги, углеводородов и азота. Даже очень небольшие следы этих веществ энергично поглощаются ниобием, вызывая его окисление н рекристаллизацию, в результате чего МКУ теряют вакуумную плотность и лампа выходит из строя. Поэтому лампы ВД в оболочках из оксида алюминия с ниобиевой арматурой работают, как правило, в тщательно вакуумирован-ных внешних колбах. Вакуумированная внешняя колба, кроме того, уменьшает тепловые потери и делает тепловой режим разрядной трубки малочувствительным к температуре окружающей среды и к положению горения (см. § 18.10, 18.13).

Поддержание вакуума на уровне 10-"-Ю" Па в течение многих тысяч часов достигается при помощи распыляемых и нераспыляемых геттеров.

Требования к конструкции крепления разрядной трубки на ножке и во внешней колбе такие же, как и для других ламп ВД, например ДРЛ (см. гл. 14). Существует несколько вариантов монтажа, обеспечивающих эти требования.

Потемнение внешней колбы. В лампах ранней конструкции в процессе горения наблюдалось медленное потемнение внешней колбы, которое вызывало значительное падение световой отдачи и ограничивало срок службы ламп. Эксперименты и термодинамические расчеты Ханнемаиа и др. (библиографию см., например, в [18.4]) показали, что потемнение вызывалось образованием налета AI2O3 из-за возгонки оксида алюминия с поверхности разрядной трубки, нагретой в вакууме до излишне высокой температуры (рис. 18.8),

В усовершенствованных лампах налет был полностью устранен путем увеличения геометрических размеров разрядной трубки и снижения таким путем ее максимальной температуры до 1180°С, при которой заметное на глаз потемнение внешней колбы образуется более чем за 20 тыс, ч.

Повышение Uj,(x) в процессе горения. В ранних конструкциях НЛВД (до 1968 г.) оно достигало 8-9 В за 1 тыс. ч горения и являлось одной из причин, ограничивающих продолжительность горения. Исследование вопроса показало, что основной причиной, вызывавшей рост U„{x), являлась убыль натрия, при этом падало давление паров натрия и росло давление паров ртути (при /хол=соп81), ЧТО приводило К росту градиента потенциала и t/л. О падении давления паров натрия свидетельствовало постепенное уменьшение уширения Д-линий и ширины зоны самообращения ДЛрез

Убыль натрия может быть вызвана химическими реакциями с кислородом и другими веществами, например с недостаточно стойкими эмиттерами, межкристаллическими примесями в поликристаллическом оксиде алюминия, примесями в стеклоцементе и, наконец, с самим оксидом алюминия и стеклоце-ментом. Протекающие при этом химические реакции весьма разнообразны и зависят от конкретных условий.

В неправильно сконструированной лампе убыль натрия может происходить в результате образования ЫгО-ИАЬОз или а.чюмината натрия NaAlOj с выпадением в обоих случаях металлического AI: Ка+2/ЗА120зч±КаА102-1--г1/ЗА1. Поскольку эти реакции обратимые, для предотвращения убыли натрия лампы следует конструировать так, чтобы равновесное давление паров иатрия над алюминатом натрия NaA102 было больше равновесного давления




Рис. 18.8. Толщина пленки налета на внутренней стеике внешней колбы в зависимости от температуры керамики при различном времени эксплуатации:

О -область толщин, вызывающих заметное на глаз потемнение: / -10 тыс. ч; 2 - 3 тыс. ч: S - 1 тыс. ч (по данным Хан-немана)

то 1300 -Ькерс то

p(Na) над NTaAlOz

Рис. 18.9. Давление насыщенных паров натрия над ЫаАЮг и над амальгамой натрия различного состава в зависимости от IjT и t, "С

10 0,7-10

0,8 0,9 1-10

»)нада

\ \ \

альеат

\ > \

\ л \

м. долей

0,8 А7

х"

1,1-10- 1,2-101/Т,К-

1000 900 800

700 650 600 *,°С

натрия над амальгамой. Тогда реакция образования МаАЮг не будет идти (рис. 18.9).

В [18.10] предполагается, что убыль натрия происходит из-за его диффузии через поликристаллическую оболочку по граням зерен.

В современных НЛВД за счет конструктивно-технологических усовершенствований удалось снизить рост [/л(т) до 1-2 В за 1 тыс. ч. К числу наиболее важных усовершенствований надо



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 [ 206 ] 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239