玻璃是電光源產品用得最多的材料,主要用於製造玻管、芯柱、排氣管等。用玻璃材料製作的玻管和芯柱構成了熒光燈氣體放電的密封容器。隨著電光源產品性能的提高和環境保護的需要,全球三大照明產品生產公司Philips、Osram、GE以及我國的許多大的光源玻璃生產廠都在不斷的開發新型玻璃品牌以適應電光源市場的需求。近年來,世界各國都很重視對環境的保護,陸續出台了限製鉛等重金屬含量的法規,甚至不允許含鉛。熒光燈用鉛玻璃的含鉛量也在逐年減少,無鉛玻管也已經用於製燈。

熒光燈用玻璃分為兩種。一種是熒光燈玻管用玻璃。不同品種的熒光燈玻管的外形不同,其中,直管型熒光燈的玻管外形簡單,通常選用鈉鈣玻璃材料;環形熒光燈和緊湊型熒光燈的玻管外形比較複雜,要求玻璃的加工性能要好,通常選用鉛玻璃材料。另一種是芯柱用玻璃。芯柱由喇叭口和排氣管組成,因為需要加工成較複雜的形狀,通常選用鉛玻璃材料,並且根據製造熒光燈的工藝要求不同,選用含鉛量不同的鉛玻璃。

2.1.1電光源用玻璃

電光源用玻璃主要用來製造玻殼(管)、芯柱、排氣管、燈具麵罩等零部件。

2.1.1.1玻璃分類

按照膨脹係數可分為石英玻璃、鎢組玻璃、鉬組玻璃、鉑組玻璃、焊料(接)玻璃、特種玻璃等類型。其中石英玻璃、鎢組玻璃、鉑組玻璃用量較大。

(1)石英玻璃

線膨脹係數為(5~6)×10-7/K,主要用作高壓汞燈、氙燈、金屬鹵化物燈、鹵鎢燈和殺菌燈的外殼玻璃材料或放電管材料。

目前部分製燈企業為了降低成本,常常大量使用不合格品的石英玻璃,主要是氣線多一些,公差大一些,對光效影響不是很大,用這種石英玻璃製成的燈降低售價,爭奪市場。而石英玻璃生產企業為了降低成本,則用低檔原料,快速熔化,快速拉管。部分石英生產企業為了降低成本,不煆燒就出售,影響了石英玻璃的封接質量。用連熔爐生產石英,用氫作保護氣體,氫熔入石英玻璃中形成羥基,這種羥基製燈封接時很容易跑出來,使氣線脹大,影響封接質量。因此,提高石英玻璃的質量,擴大低羥基石英玻璃管的生產,滿足高質量照明產品的需求,是今後石英生產企業的關注重點。

(2)鎢組玻璃

線膨脹係數為(36~40)×10-7/K,與鎢的膨脹係數相近,它能夠和鎢杆直接封接而不易炸裂。鎢組玻璃主要是硼矽酸鹽和鋁矽酸鹽玻璃,廣泛應用於製作大功率特種白熾燈、高壓汞燈、金屬鹵化物燈、冷陰極熒光燈、無極放電燈和芯柱。

目前背光源用的冷陰極熒光燈在日本、歐美等國家和地區主要用鎢組玻璃製的燈管,在我國台灣、大陸仍主要使用鉑組玻璃或中間玻璃製的燈管。由於鉑組玻璃中所含雜質氣體較多,而鉑組玻璃的軟化溫度較低,不能進行較高溫度除氣,玻璃中的活性金屬如鈉、鉀、鈣等容易析出而與汞產生化合物,這樣用鉑組玻璃製的冷陰極熒光燈因使用過程中排放的雜氣較多,對汞的吸收較多而限製了燈管的使用壽命和發光亮度。隨著冷陰極熒光燈的快速發展,對冷陰極熒光燈用的玻璃管的需求量有了大量的增長。而冷陰極熒光燈由於管徑細,它對玻璃管的管徑、壁厚、透過率等要求較高。研製生產高質量的冷陰極用玻管是國內玻管生產廠家的一個重要研究課題。

(3)鉬組玻璃

線膨脹係數為(46~50)×10-7/K,在20~400℃範圍內和金屬鉬的膨脹係數接近,因此能和鉬杆或可伐合金直接封接而不炸裂。鉬組玻璃的主要組成是硼矽酸鹽玻璃,二氧化矽和氧化硼的含量占85%~90%。因此,這鉬組玻璃的熱穩定性好,可用作大功率特種燈泡和高強度氣體放電燈的外玻殼和芯柱。

(4)鉑組玻璃

線膨脹係數為(86~93)×10-7/K,主要用於白熾燈、直管熒光燈、緊湊型熒光燈和一些小功率氣體放電燈的外玻殼、玻管和芯柱生產。鉑組玻璃的主要成分為鈉鈣矽酸鹽玻璃和鉛矽酸鹽玻璃。鈉鈣矽酸鹽玻璃俗稱“石灰”料,在電光源工業中用量最大,主要用於各種普通白熾燈玻殼和熒光燈玻管。鉛矽酸鹽玻璃俗稱“鉛玻璃”(紅丹料),一般含有5%~30%的氧化鉛,由於氧化鉛不易分解,鉛玻璃有著良好的絕緣性能,故特別適用於做白熾燈和熒光燈的芯柱。

(5)過渡玻璃

做過渡用,使膨脹係數差得很遠的兩種封接材料結合起來。一般說來,膨脹係數相差10%以下的兩種玻璃或玻璃與金屬封接後,可獲不炸裂的氣密封接件,因此通稱為匹配封接。如白熾燈、日光燈都普遍采用這種封接。但當金屬與玻璃的膨脹係數相差很大時,它們之間需采用過渡玻璃作“橋”,使兩者封接起來。過渡玻璃是成組配套使用的,過渡層次由兩種玻璃或金屬和玻璃之間的膨脹係數差別大小而定。例如,氙燈中電極引線鎢杆與石英玻璃外殼的封接,鹵鎢燈、白熾燈壓封部分的鎢杆引線與石英玻璃的直接封接等,中間常采用過渡玻璃封接形式。

(6)焊料玻璃

焊料玻璃主要指的是那些用於粘接、氣密封接的玻璃。此大類玻璃有著許多不同的係統和組成,它們廣泛地被用作玻璃、金屬、陶瓷、雲母以及其它無機非金屬材料的粘接材料,以及玻璃(或陶瓷)-玻璃(或陶瓷)、玻璃(或陶瓷)-金屬、金屬-金屬之間的氣密封接材料。這類玻璃在真空電子器件、在電光源等科技領域中得到了廣泛的應用。

這類玻璃具有玻璃態物質的一係列優良性能,通過成分的變化、工藝控製以及各種處理方法,可在很大的範圍內調整它們的物理、化學性能,以滿足各種特殊要求。因此,焊料玻璃在最近十年來發展較快。

2.1.1.2玻璃的化學組成

按照玻璃的化學組成可分為鈉鈣矽酸鹽玻璃、鋁酸鹽玻璃、硼矽酸鹽玻璃、鉛矽酸鹽玻璃、石英玻璃等。

由於不同的玻璃有著不同的物理和化學性質,因此不同品種的電光源產品和部件應選擇不同的玻璃材料來製造。其中,鈉鈣玻璃用作普通白熾燈、熒光燈和小功率氣體放電燈的玻殼材料;鉛玻璃用作燈的芯柱材料;硼矽酸鹽玻璃用作工作溫度較高的大功率放電燈的玻殼;鋁矽酸鹽玻璃則用作需要更高工作溫度的單端鹵鎢燈;石英玻璃則用作體積小、功率大的金屬鹵化物燈的電弧管材料。

矽酸鹽玻璃是電光源製造中用得最為廣泛的玻璃。

2.1.1.3無鉛玻璃

鉛玻璃在生產過程中鉛塵、熔製時鉛揮發物、再加工中鉛的揮發等,都造成操作環境的汙染;鉛玻璃的碎玻璃遇酸後鉛溶出會造成對自然生態環境的汙染。隨著科技的進步和環保意識的增強,鉛對人類的毒害和對環境的汙染,越來越引起各方麵的重視。許多國家對鉛玻璃等含鉛物質的生產及使用製定了相關的法規,如歐盟出台的《RoHS指令》(詳見本書附錄)對電子產品、玩具和焊料均提出無鉛的要求。從環境保護角度看,照明行業所使用的鉛玻璃將由無鉛玻璃取代是大勢所趨。