Ⅰ 引言

　　陶瓷金鹵燈是當(dāng)前各類(lèi)光源中功能最為完善，性能最為優(yōu)越的燈種，其光效可達(dá)110lm/W，甚至更高，即使小功率燈亦可達(dá)85lm/W以上;其顯色性通常不低于85，并且很容易達(dá)到95以上;目前最好的燈的壽命能達(dá)到15000小時(shí)，即使常規(guī)產(chǎn)品也不難達(dá)12000小時(shí);燈功率范圍則多在20W ~400W之間。由于此種燈目前只在歐美市場(chǎng)大面積推廣，按用戶(hù)需要色溫多在4000K以下，通常不會(huì)超過(guò)5000K，如在亞洲得到普及，亞洲人種可能更喜愛(ài)較高色溫，那時(shí)色溫范圍可能擴(kuò)展為3000K~6000K。

　　陶瓷金鹵燈是在高壓鈉燈和石英金鹵燈的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，然而其用途已遠(yuǎn)超二者。其高顯色性使之可以大量取代白熾燈和鹵素?zé)簦貏e是小功率類(lèi)型如20W、35W(39W)、50W、70W等亦已廣泛用于室內(nèi)甚至家庭照明。而中功率燈種由于其高顯色性、高光效和長(zhǎng)壽命，雖成本較高但亦已較廣泛用于室內(nèi)外，舉如機(jī)場(chǎng)、車(chē)站、商場(chǎng)、旅店大堂、餐廳等，在歐洲處處可以看到陶瓷金鹵燈的使用。

　　目前陶瓷金鹵燈的生產(chǎn)和使用主要集中在歐洲及北美洲，世界陶瓷金鹵燈產(chǎn)量正以每年30%以上的速度增加，但仍有供不應(yīng)求之勢(shì)。由于技術(shù)難度很大，加以知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題，目前仍然只是GE、Philips和Osram 三大公司生產(chǎn)。我國(guó)多處都在研發(fā)但均未成功，研發(fā)此種光源所面臨的不只是很難攻克的材料和技術(shù)關(guān)鍵，還有更難處理的知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題，目前我國(guó)政府正在大力整頓和保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，這使陶瓷金鹵燈的專(zhuān)利問(wèn)題變得更為復(fù)雜而困難。

　　Ⅱ 陶瓷金鹵燈的研發(fā)

　　20世紀(jì)60年代中期GE首先研發(fā)出半透明陶瓷管，并成功用于高壓鈉燈生產(chǎn)，當(dāng)時(shí)雖然金鹵燈的研發(fā)尚未完成，但已有人試圖將這種半透明陶瓷用之于早期的金鹵燈研發(fā)。80年代初期，金鹵燈已經(jīng)成熟，很多研究者也已發(fā)現(xiàn)石英金鹵燈電弧管殼的諸多缺點(diǎn)并試圖以半透明陶瓷管代替，從而改進(jìn)金鹵燈性能，因此加緊了陶瓷金鹵燈的研發(fā)。

　　石英玻殼金鹵燈的主要缺點(diǎn)是：

　　1、鈉的滲漏造成的色溫和光效漂移。

　　2、石英管殼的極限溫度為1000℃，冷點(diǎn)溫度約為900℃，而多數(shù)燈用金屬鹵燈物的汽化溫度在1200℃左右(NaI 1300℃、TlI 824℃、InI 711℃、DyI3>1300℃、ScI3>1300℃)。在正常工作狀態(tài)下管殼溫度不足以使金屬鹵化物全部蒸發(fā)，總有多種熔融態(tài)金屬鹵化物在泡殼中沉積，并隨環(huán)境及使用情況(如水平點(diǎn)燃或垂直點(diǎn)燃等)而變化，這使燈的光效和色溫不能穩(wěn)定。

　　3、在使用條件嚴(yán)酷時(shí)(如壁負(fù)荷過(guò)高)則易失透而造成鼓泡或炸裂。

　　所以石英金鹵燈特別是小功率型(<70W)其壽命很難超過(guò)5000小時(shí)(通常市售產(chǎn)品<3000小時(shí))

　　與此相反半透明Al2O3陶瓷管殼則不存在上述問(wèn)題，陶瓷管殼能承受的溫度高達(dá)1200℃，其導(dǎo)熱性能比石英高約一倍(1200℃時(shí)陶瓷導(dǎo)熱率約為710-2，而石英玻璃在1000℃時(shí)為210-2)，因此在同樣平均壁負(fù)荷下陶瓷燈的最高壁溫度低于石英泡殼，而冷點(diǎn)壁溫則比石英燈高。多晶半透明Al2O3陶瓷不存在鈉滲漏問(wèn)題，抗熱沖擊性能和抗腐蝕性能亦較石英為佳。再則只要料源穩(wěn)定、配方穩(wěn)定、工藝流程穩(wěn)定，則制作過(guò)程中陶瓷管的收縮率一致，陶瓷管殼尺寸和形狀的偏差亦較石英管殼為小。這些特點(diǎn)賦予了陶瓷金鹵燈以如前述的諸多優(yōu)點(diǎn)。

　　但是，并非將高壓鈉燈陶瓷電弧管中的填充物鈉換成金屬鹵化物就制成了金鹵燈(最早的陶瓷金鹵燈就是按這樣的思維制作的，其早期結(jié)構(gòu)示如圖1，當(dāng)然這樣的設(shè)計(jì)是不可能成功的。

　　首先高壓鈉燈中的主要填充物鈉呈堿性，其氧化鋁陶瓷管正好與之匹配。如將燈中的填充物鈉改為呈酸性的金屬鹵化物則無(wú)論陶瓷燈殼或低熔點(diǎn)陶瓷玻璃焊料均將很快腐蝕，使燈漏氣。

　　再則高壓鈉燈管壁負(fù)荷較小，壁溫度較低。而金鹵燈則是高壁負(fù)荷、高管壁溫度的燈種，否則難以保證金屬鹵化物的充分蒸發(fā)。所以石英金鹵燈的管壁溫度設(shè)計(jì)在1000℃左右，陶瓷金鹵燈則高達(dá)1200℃。若按高壓鈉燈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)金鹵燈，則封接處的焊料在高溫及酸性氣體作用下將很快腐蝕漏氣，這樣的燈將毫無(wú)實(shí)用價(jià)值。因此陶瓷金鹵燈的管殼材料，焊料及管殼結(jié)構(gòu)等都必須與高壓鈉燈有革命性改變。

　　陶瓷金鹵燈最早的有價(jià)值的文獻(xiàn)和專(zhuān)利約自1979~1980年開(kāi)始，其時(shí)內(nèi)容多為外形結(jié)構(gòu)、并可明顯看出從高壓鈉燈脫胎后的逐步演進(jìn)。90年代中期，陶瓷金鹵燈雖已面世，但很多關(guān)鍵技術(shù)尚未很好解決，性能和壽命亦遠(yuǎn)不如今天的產(chǎn)品，但那時(shí)人們已經(jīng)注意到一些急待解決的內(nèi)在關(guān)鍵問(wèn)題，如陶瓷原料的純度組分、調(diào)配、煉制、成形和燒制工藝。燈管的結(jié)構(gòu)形狀以及非常重要的電極的結(jié)構(gòu)問(wèn)題等均需有革命性改革。此后在所有這些重要方面的研究力度繼續(xù)加大，專(zhuān)題文獻(xiàn)和專(zhuān)利快速增加，新結(jié)構(gòu)新工藝大量涌現(xiàn)，但一些最為關(guān)鍵問(wèn)題直到本世紀(jì)前期才算真正解決，燈的結(jié)構(gòu)形式基本定型。此后燈的性能和壽命又得到很大提高，其使用開(kāi)始迅速普及。