玻璃材料本身的蒸氣壓很低,對氣體的吸附能力很弱。但是,當玻璃表麵吸附水汽,形成水汽膜,與玻璃中某些組分發生化學反應後,會放出雜質氣體。在玻璃熔製過程中,也會留有細微的氣泡,存留的氣體包括H2、N2和O2等。因此,在生產過程中,需要對玻璃內外表麵進行很好的去氣,以保證燈的質量。
使玻璃除氣的方法,是對玻璃進行真空加熱烘烤。玻璃加熱時,從表麵放出水蒸氣、CO2,從內部放出N2、H2和O2。
玻璃在加熱時的典型放氣過程。在溫度升高時,首先放出的是表麵的水蒸氣和CO2,隨溫度升高,放氣量增加,當溫度到T1時,放氣量達到最大。溫度再升高時,因水蒸氣和CO2吸附逐漸消耗,放氣量減少了,在某一溫度Tm時,放氣曲線達最小值。這時,可以認為表麵吸附層已完全蒸發,同時溶在玻璃內的氣體開始放出,但數量還很小。隨溫度繼續升高,不但溶解在玻璃內部的氣體放出,而且高溫使玻璃分解所形成的氣態產物(主要是水蒸氣)也大量放出。
2.1.2.7封接特性
玻管和芯柱構成了熒光燈氣體放電的密封容器,玻璃與玻璃、玻璃與金屬的封接要求達到氣密性良好、熱穩定性好並具有足夠的機械強度。因此,玻璃封接特性的好壞直接影響電光源產品的質量。按照被封接部件材質,主要分為玻璃與玻璃、玻璃與金屬的封接。
(1)玻璃與玻璃的封接
分為匹配封接和非匹配封接。
匹配封接包括同種玻璃封接和不同種但膨脹係數相近的玻璃封接(α值相差小於10%)。這種封接比較容易,也不易產生封接應力。
非匹配封接是指兩種玻璃的α值差異過大情況下的封接,通常采用過渡玻璃進行封接。過渡玻璃的膨脹係數介於所需對接兩種玻璃之間。
(2)玻璃與金屬的封接
匹配封接:玻璃與金屬的α值相近,如鎢與鎢組玻璃,鉬與鉬組玻璃,鉑、杜美絲與鉑組玻璃封接。
非匹配封接:玻璃與金屬α值相差大於10%。一種方法是直接封接,如銅與玻璃封接。用於封接的金屬材料盡可能加工的細、薄,這樣處理可使封接後產生較小的應力。另一種方法是采用過渡玻璃封接。
2.1.2.8加工性能
電光源玻璃應具有加工方便、易於成形、燈工加熱封接操作過程不失透、盡可能寬的成形溫度範圍(稱為料性長),就說這種玻璃具有良好的加工性能。
在玻璃中加入鉛,能夠大大改善玻璃的加工性能。隨著環保要求的提高,鉛玻璃逐漸被禁用。尋找料性長且經濟的電光源玻璃替代品已成為電光源玻璃製造新要求。
2.1.3電光源玻璃的應力及退火
電光源玻璃在高溫成形或經過加工後,冷卻時都會產生不同程度的應力。這種應力在玻璃中分布不均勻,它會大大地降低玻璃製品的機械強度和熱穩定性。當製品遇到機械碰撞或受到急冷急熱時,就會導致玻璃製品的炸裂。
玻璃的退火是玻璃熱處理工藝的一種,將玻璃製品加熱到一定的溫度,保溫若幹時間,然後緩慢冷卻。其加熱溫度和保溫時間、冷卻速度,決定於玻璃的成分和玻璃的厚薄以及幾何形狀的複雜程度等。玻璃退火可以消除或減少玻璃中熱應力至允許值,提高其光學均勻性。
玻璃中的應力,一般可分為三種:熱應力、結構應力和機械應力。結構應力和機械應力是由於化學組成不均勻和外力作用而產生的。玻璃中的熱應力是由於存在溫度差而產生的,按其存在的特點,又分為暫時應力和永久應力。暫時應力可隨玻璃溫度梯度的消失而消失,而永久應力不隨玻璃溫度梯度的消失而消失,在玻璃中一直存在著。
為了消除玻璃中的永久應力,必須將玻璃加熱到低於玻璃轉變溫度附近的某一溫度進行保溫均熱,以消除玻璃各部分的溫度梯度使玻璃組成均勻分布。這個選定的保溫均熱溫度,稱為退火溫度。
不同牌號的玻璃,有不同的退火溫度範圍。一般規定玻璃製品在某一溫度下能在15min內消除其全部應力或3min內能消除95%的應力,該溫度謂之退火上限溫度;如果在15h內才能全部消除或在3min內僅消除5%的內應力,此溫度稱為退火下限溫度。最高退火溫度至最低退火溫度之間稱為退火溫度範圍。退火溫度上限與下限溫差一般為50~150℃。實際生產中,一般采用的退火溫度比退火上限溫度要低20~30℃,以免製品產生變形。
玻璃製品的退火包括加熱、保溫、緩冷及急冷四個階段。
在實際生產中,退火溫度曲線的製定是要綜合考慮的。玻璃的應力與玻璃的化學組成、製品的厚度以及幾何形狀等有關,因此退火工藝就要因產品的不同而不同。如鈉鈣玻璃的退火曲線與鉛玻璃的退火曲線就不同,厚壁製品與薄壁製品也不同。當同一爐內對同一玻璃牌號不同厚度製品進行退火時,退火溫度要根據壁厚最小的製品來確定,而緩冷速度則要根據壁厚最大的來製定。
2.1.4緊湊型熒光燈用玻璃
緊湊型熒光燈用玻璃分為外玻管玻璃和芯柱玻璃。外玻管玻璃和芯柱玻璃均分為鉛矽酸鹽玻璃(鉛玻璃)和無鉛矽酸鹽玻璃兩種。
外玻管玻璃經曆了從低鉛玻璃(6%~10%PbO)到無鉛玻璃的發展曆程。芯柱玻璃經曆了從中鉛玻璃(19%~23%PbO)到無鉛玻璃。
作為熒光燈用的外玻管的玻璃不應和熒光粉層發生化學作用,而且不能損害熒光粉轉換紫外輻射成可見光的效率;同時,玻璃管應在受不很強的短波紫外照射時,無很大的影響,以保證在燈的壽命期內玻璃的透光率不致大幅度地下降。對於普通的直管熒光燈(內徑為36mm)來說,鈉鈣矽酸鹽玻璃基本上能滿足要求,其基本化學成分。國內常用熒光燈玻璃的牌號是DB-437。
緊湊型熒光燈的玻管並非是簡單的直管形,而是被加工成緊湊的U形、Π形、H形、螺旋形等。鈉鈣矽酸鹽玻璃的軟化溫度較高,玻璃要在較高的溫度下才能加工,這促進了鈉的擴散;另外,緊湊型熒光燈采用細管徑的放電管,工作時的溫度高,鈉易於擴散;再加上細管徑條件下單位玻璃表麵受到的185nm輻照加劇。因此,緊湊型熒光燈的光衰較普通直管熒光燈嚴重。傳統的鈉鈣矽酸鹽玻璃不能滿足緊湊型熒光燈的使用要求。為了適應緊湊型熒光燈的要求,采用低鉛矽酸鹽玻璃來代替鈉鈣矽酸鹽玻璃。低鉛玻璃的軟化溫度低一些,從而加工溫度低,鈉的擴散就小;另外,鉛玻璃有較小的光致劣化特性,在185nm輻照下不易劣化,因此,用低鉛玻璃作緊湊型熒光燈的玻璃管材料可獲得好的流明維持特性。緊湊型熒光燈用玻璃管的主要尺寸及公差以及外觀缺陷數量控製標準。