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紧凑型节能荧光灯管的材料与工艺
第一章荧光灯材料
概述：
荧光灯灯管所用的构造材料种类不多，重要有灯管用的玻璃，荧光粉、电极用的金属和充入灯管内的气体四大部分。
在灯管的制造过程中，对所用材料的性质，应有足够的认识，才能对的地制定其加工工艺，使产品的质量得到保证。
正规的生产秩序，但凡投入产品使用的材料，都应有供应单位的质量保证，当缺乏这一保证资料时，就由使用厂家自行对准投产的材料做必要的理化试验，通过检查保证其材料的质量后方能投产，有进，对长期稳定供应的原材料或一次性大批量进货的原材料，都要进行抽样检查，只有这样，才能保证产品的质量。
对原材料质量的疏忽，必然导致产品的质量产生不稳定，有时会导致大批产品的报废，更严重的是会影响到一种企业的声誉，直到导致企业的倒闭的恶果。
综上所述，对企业的管理人员和生产第一线的操作者，都对材料问题要引起十分重视，同样也就规定对所用的材料，要有基本的认识和理解，这就是我们学习这一章的目的。
一、玻 璃
（一）概论：
荧光灯灯管构造中，首先看到的就是玻璃管，并且它在灯管构造材料中占有绝大部分。
玻璃在荧光灯管中的作用有三：
(1) 作为透光照明的主体；
(2) 在真空器件中起到密封作用；
(3) 在电性能上，它是一种绝缘材料；
也就是说，荧光灯中的玻璃是具有透光、密封和绝缘这三重作用，是灯管的主体材料。
1．玻璃的定义
玻璃是一种无机的透明非晶体，其物理性能具有各向同性的特性，它没有明显的熔点，只是伴随温度的变化，其固化程度（粘度）有所不一样，它是介于液体与结晶固体之间的一种物态，也就是说，其外形呈固态，其内在构造且具液态性质，故只能总称它为玻璃体。
对这一种玻璃体的定义，可以深入阐明；
它是无机透明体，且不一样于有机玻璃和塑料，有机玻璃和塑料都是透明体，但它们都是由高分子按一定的规律构成，是一种有机物，具有可燃性。
它是无机的非晶体，就是说，玻璃内部分子构造是没有规律的，和一般液体同样，是杂乱无章的，它和某些无机的结晶体不一样，如水晶、宝石、云母等都是无机的结晶体，其内部分子构造是严格的按一定规律排列着，这些结晶体，在不一样的晶格方向上，往往有不一样的物理性能，玻璃体则否则，由于它是非晶体，因此它具有各向同性的性质，也就是说，它的物理性能在各个方向上都是同样的。
一切物质从液态到固态的转变过程统称为“凝固”，凡纯元素（金属或非金属）的结晶体均有一种严格的平衡结晶温度，高于这一温度则溶化，低于这一温度才能结晶（固化），这就是一般称之为“熔点”温度，象玻璃这种非晶物质则没有明显的结晶平衡温度，其液态到固态的凝固过程总是在某个温度范围内逐渐形成的，并且其变化过程是可逆的。
玻璃是由多种元素氧化物通过高温溶炼后冷却凝固的，多种氧化物的构成和含量比例的不一样，都会直接影响玻璃的性能，其物理化学性质随温度变化具有持续性和可逆性。
（二）玻璃的化学构成
制造玻璃的重要原材料是石矿，如石英、长石、石灰石等，其中石英石则是制造玻璃最重要的原料，它在玻璃的构成中要占二分之一以上，其化学成分是二氧化硅。
电光源中用的玻璃，重要由如下几种化学成分构成：
二氧化硅 (SiO2) 氧化镁 (MgO)
氧化铝 (Al2O3) 氧化硼 (B2O3)
氧化钾 (K2O) 氧化铝 (PbO)
氧化钠 (Na2O) 氧化钙 (CaO)
氧化钡 (BaO) 磷酐 (B2O5)
在以上成分中，SiO2 ，B2O3和P2O5等酸性氧化物，可单独溶制成玻璃，但在大多数玻璃中，它们是作为玻璃的重要成分，是构成玻璃构造的基本骨架，尤其是SiO2在玻璃中约占构成重量的1/2～3/4。
加入碱金属氧化物（如Na2O、K2O等）可以减少玻璃料的熔制温度，不过会减少玻璃的化学稳定性、热稳定性和机械强度。
加入碱土金属化物（BaO、MgO、 CaO、）却有助于改善和提高玻璃的化学稳定性和机械强度等性能。
加入氧化铅（PbO）、氧化硼（B2O3）等是为了改善玻璃的热稳定性和加工性能。
为了变化或提高玻璃的某种性能，还可以加入其他辅助原料，如加入砒霜和芒硝作为“澄清剂”，还可以加入“着色剂”或“脱色剂”。
所有这些化学成分，都是通过粉碎和按照一定的重量比混和，再进入窑炉熔制，其熔融液体是不透明的，只有在冷却凝固后才显示出透明的特性。
荧光灯中常用玻璃的化学构成和物理性能如表1-1所示：其中白云石玻璃合用于粗管径的直管型荧光灯管，紧凑型节能荧光灯管都采用轻红丹料或红丹料玻璃。
表1-1 荧光灯中常有玻璃的化学构成和物理性能
玻
璃
名
称
重
量
百
分
比
(%)
化
学
组
成

白云石玻璃
轻红丹玻璃
红丹玻璃
SiO2
74
65.5
63.5
B2O3
—
2
1
Al2O3
—
1
1
MgO
3.6
1.5
—
CaO
5.3
2
—
K2O
1.2
4.5
—
Na2O
15.4
11.5
14
PbO
—
12
29.5
热膨胀系数(α*10-7)
89±2
89±2
87±2
软化温度(℃)
700±10
670±10
640±10
热稳定性(℃)
≧130
≧110
≧110
退火上限(℃)
500±10
450±10
450±10
退火下限(℃)
360±10
360±10
360±10
TK—100(℃)
≧130
≧290
≧290
密度(克/厘米3)
2.47
2.86
2.86
抗水化学稳定性级别
4
3—4
3

（二）玻璃的性质
玻璃的重要性质有热性能，化学稳定性电性能，在荧光灯管的制作中，尤其要理解玻璃的热性能，根据玻璃的热性能合理制定其加工工艺，提高产品的成品率。
（1） 玻璃的热性能：
玻璃的热性能是指伴随温度的变化，玻璃在某些物理性能上的量变状况：
a、热膨胀系数：它是指温度每变化1℃时，玻璃热胀冷缩的相对长度，即α=△L/L式中L为玻璃的原有长度，△L是温度变化后的增（减）量，α的绝对数很小，一般要乘以10-7。不过玻璃的热膨胀系数，在玻璃间互相溶封或玻璃与金属材料的封接中，直接影响到产品的质量，一般热膨胀系数相差要不不小于10%的两种材料才能封接在一起，超过该数值，其封接件的封接处将有较大的应力而捐坏。
玻璃的热膨胀系数重要决定于它的成分，一般增长（CaO，BaO，Na2O，K2O）等成分，会使玻璃的热膨胀系数增大，而增长SiO2，Al2O3，B2O3，ZnO等成分，就能减少热膨胀系数。
b、热导率：玻璃的热导率很小，一般在0.7～1.2w/m.c之间，因此，它是良好的绝热材料，其热导率亦与化学成分有关，硅酸盐类的玻璃热导率相对较大，伴随温度的升高，热导率也增大，软化温度时的导热率为室温时的二倍。
C、热稳定性：它是指玻璃经受剧烈的温度变化而不破裂的性能，也称玻璃的耐热度，它是用迅速冷却法试验确定的，即将玻璃加热到某一高温后，骤然冷却到低温（0℃），若这样持续三次而无炸裂，则此高下温的差△T，就是玻璃的“耐热度”，一般该温差在120～250℃之间，热膨胀系数越大，△T值越小，反之，α越小，则△T越大。
（2）玻璃的化学稳定性：
玻璃的化学稳定性表目前“风化”和“析晶”两个方面。
a、玻璃的风化作用：玻璃的化学稳定性还是比很好的，不过长期与水接触，会产生水解作用，重要是水分子与玻璃表面的硅酸盐起化学反应形成苛性钠和硅酸，这就是玻璃的水解：
Na2SiO3+2H2O=2HaOH+H2SiO3
当玻璃表面形成10-7～10-5CM厚的硅酸腊，就能抵御水和一般酸的侵蚀，不过能和碱溶液起作用，这就是玻璃的抗碱能力比抗酸差14～19倍的原因。
水解后在表面形成苛性钠（NaOH）又会同空气中的CO2作用生成碳酸盐和水。
2HaOH+CO2=Na2CO3+H2O
在这个反应中生成的水又会同玻璃表面的硅酸盐作用，反复了前面的化学反应，这样周而复始地不停反复，使玻璃表面逐渐出现疏松的斑点和发毛失透现象，这就是玻璃的风化过程，在平常生活中可以发现，厨房和卫生间的玻璃较为轻易产生发毛失透。由于这样的环境里温度高、玻璃易风化，因此，寄存玻璃的库房应是干燥的，并且寄存时间不适宜过长，以免玻璃变质。
玻璃的化学稳定性一般都用水解等级来表达，共分五级，其中1级最佳，5级最差。
几乎所有的玻璃都同氢氟酸起化学作用，其反应式是
SiO2+4HF=SiF4+2H2O
Na2SiO3+6HF=2NaF+SiF4+3H2O
运用玻璃的这一特殊性能,可以用浓度较稀的HF酸溶液来清洗玻璃,也可以用较高浓度的HF酸来刻蚀玻璃.
b、玻璃化学稳定性的另一种体现是析晶现象，前面已明确玻璃是非晶体，不过它在特定的条件下也会产生结晶的玻璃体，称为析晶，析晶后的玻璃亦失去透明的性质，玻璃长时间处在较高的温度（700～800℃）下加工，其原子扩散轻易、能释放出过剩的内能，使之转化为晶体，同步，高温下的碱金属的蒸发也使玻璃失去透明。
玻璃一旦出现风化、析晶和失透，都表明玻璃的构成已经有所变化，对应之下，其各项物理性能亦会引起变化，对产品的加工难度增长，成品率将会下将。
（3）玻璃的机械性能
玻璃的机械性能持点是硬度高，脆性大，其抗压强度比抗拉强度高14～19倍，因此在设计玻璃器件受力状况时尽量受压力而不要受拉力。
（4）玻璃的电性能
表达玻璃电性能的是电阻率、电解现象和介质捐耗三个参量。
玻璃在常温下是一种很好的绝缘体，具有较高的电阻率，达10Ω.CM，伴随温度的升高，玻璃的粘度减小，离子在玻璃内部的移动阻力减少，电阻率就下降，温度升到1200℃时，玻璃的电阻率将下降到1Ω.CM。一般用TK-100来表达玻璃电阻率与温度的关系就是将玻璃加热到电阻率为100MΩ.CM时的温度，TK-100值越大，就是表达玻璃在高温下的电绝缘性能愈好，玻璃成分中Na2O与K2O的含量增长.TK-100值将下降,玻璃表面的洁净程度,也会影响TK-100值.
电解现象指的是玻璃在电场作用下,其中的硅酸钠组分会产生电解现象,碱金属离子的定向步动成果,将导致玻璃的炸裂,玻璃与金属封接部位的慢性漏气,严重时会产生电极引线间的电击穿现象,含碱金属氧化物越少,玻璃的电解现象越不易形成,一般玻璃的击穿电压为16～40KV/CM。
介质损耗指的是在高频交变场作用下，玻璃作为介质将产生极化作用而损耗部分能量，这种能量的损耗，伴随温度和频率的提高而增大，介质损耗的符号用tgδ表达。
（5）玻璃中热应力的形成与消除
a、 玻璃的粘度与温度关系
在玻璃制品的生产过程中，玻璃的粘度有着十分重要的意义，玻璃制品的成形、退火、热加工等生产过程的控制，都取决于玻璃的粘度。
η Pa.s
玻璃的粘度和温度亲密有关，伴随温度的升高，玻璃的粘度明显下降，这种变化的经典曲线如图1-1所示：
图1-1 玻璃的粘度与温度的关系
1011
108
105
103
102
10
1012

T℃

T1——转换温度 T4——T6玻璃的加工范围
T2——退火温度 T6——最佳加工温度
T3——软化温度 T7——熔化温度
以上是玻璃在加工过程中常常波及到的几种特性温度，每个特性温度均有一定的含义：
T1——转换温度是指玻璃成塑性体与弹性体之间的分界温度。它相称于玻璃的粘度为1012Pa.S时的温度,这个温度在300-400℃之间，视不一样玻璃，在同样的粘度下有不一样的温度。在这个温度下，玻璃内部的应力约需4小时才能消除。
T2——退火温度：它相称于玻璃粘度为1011Pa.S时的温度。在该温度时，玻璃处在塑性状态，玻璃中内应力只需4分钟就可以消除。一般玻璃的退火温度大概在400-500℃之间。
T3——软化温度：玻璃由塑性状态变为具有流动性能的温度，称为软化温度。它相称于玻璃的粘度为108Pa.S时的温度，软化温度因玻璃品种而有所不一样，一般在500-600℃之间。
T4-T6——加工范围温度：这一温度区间的玻璃粘度为105-102Pa.S。该粘度范围最便于玻璃的成形加工，T4-T6的温度范围越大，阐明玻璃粘度变化越缓慢、加工越轻易，这种玻璃称为“长性”玻璃，反之，T4-T6间的范围越小，则玻璃粘度变化快，加工较困难，称为“短性”玻璃，一般人工吹制的但愿用长性玻璃，而机器吹制的但愿用短性玻璃，在玻璃的化学成分中，CaO,MgO能使玻璃趋向短性,Na2O,K2O和PbO则使玻璃趋向长性.
T5——最佳加工温度,这时的玻璃粘度为103Pa.S,这个温度的玻璃稍微有一点流动性,最便于吹制加工.
T7——熔化温度：即粘度约为10Pa.S时的温度，高于该温度可认为玻璃已熔为液体，具有良好的流动性。
玻璃的粘度除了同温度有关外，还同玻璃的化学构成有很大的关系，含SiO2,Al2O3越高，玻璃的粘度越大，含碱性氧化物（Na2O,K2O等）越多,则粘度越低,一般把粘度较高的称为硬玻璃,粘度低的称为软玻璃,换句话说,硬玻璃同软玻璃在加工时所规定的粘度是相似的，但在同样粘度下所规定的温度不一样。硬玻璃规定的加工温度比软玻璃要高些,图1-1中若将实线比作软玻璃的性能,则虚线可看作是硬玻璃的性能.
b、 玻璃内疗热应力的形成
通过热成形或热加工的玻璃制品,由于导热性能差,在冷却过程中,内外层出现温差,就会产生内应力.
图1-2玻璃层
玻璃内应力的形成,可以这样来描述：假定玻璃块在厚度方向上是由表面两层和中间一层构成，如图1-2所示：当玻璃进行冷却时，表层的玻璃先冷却到转换温度，也就是说表层玻璃已成刚性状态，而内部的玻璃温度还高于转换温度，仍处在塑性状态。当温度继续下降时、表层玻璃开始收缩，内层玻璃受到压缩，由于它还处在塑性，可以依托内层分子的流动而不致产生应力。当温度继续下降，表层玻璃已达室温，不再会有尺度上的收缩，而内层的玻璃亦已到达转换温度如下，并出现尺度上的收缩，直到内层玻璃亦抵达室温，由于它的继续收缩而又不也许收缩，其尺度被外层玻璃所牵制，这样在表层玻璃上形成压应力（箭头向内），内层玻璃形成拉应力（箭头向外），压应力与拉应力是等量反向的，若不采用对应的退火措施，这种应力就不会消失，故称永久应力，当永久应力超过玻璃的强度极限时，玻璃就会炸裂或破碎。总之玻璃的永久应力是由于玻璃的不一样部位不能同步抵达转换温度而形成的。
C、玻璃应力的消除——退火
T
t
t1
t2
t3
t4
TA
TC
0
TB
B
C
D
A
图1-3 玻璃的退火曲线
存在应力的玻璃制品，可以通过退火的方式将应力消除，退火的措施是将玻璃制品缓慢地加温到转换温度以上，但不要超过软化温度，以防止制品变形。然后保温一段进间，保温时间的长短视玻璃制品的尺寸大小、厚薄及复杂程度而定，保温期间，玻璃内部的分子得到充足的移动，不再产生互相牵制现象，然后再缓慢地冷却，其冷却速度必须保证使玻璃的各个部位都同步抵达转换温度，使整个玻璃体都处在刚性状态。只有在这之后，继续冷却过程中，内层与外层间却使存在温差，会产生应力，而最终温度抵达平衡后，这种应力就自行消失，这就是临时应力。应指出的是临时应力也不要超过玻璃制品的强度极限，否则在冷却过程中亦会由于过大的临时应力而引起玻璃制品的炸裂。
经典的玻璃制品退火曲线如图1-3所示。
图中TA相称于玻璃的退火温度，其升温的速度以不导致过大的临时应力为宜。O-t1的时间可较短。T3为保温期间的最高温度，必须在软化温度如下。t1-t2的时间越长,退火越充足,从生产实际出发,也不能保持太久.
Tc相称于转换温度，从TB到Tc的降温速度相对地要缓慢些，使玻璃各部位都同步降到转换温度。
Tc后来的降温速度相对可以快些，只要不形成过大的临时应力，防止冷却过程中的炸裂现象即可。
图1-3的横座标，同样可以作为工位的座标来设计持续式的退火炉。
退火是玻璃加工中必不可少的重要工序，必须根据玻璃制品的大小、形状、厚薄等原因，合理制作退火设备并严格制定退火规范，才能使玻璃制品的损坏率降到最低程度，在荧光灯制作中，各道工序的退火措施好坏将直影响到成品率的高下，必须引起足够的重视。
二、荧光粉
（一）荧光粉的发光基本原理：
固体材料受到外界某种能量的激发作用，就触发出可见光的能力，这种材料便称荧光材料。
荧光材料受到外界原因（电场、磁场、电子、射线等）的作用，使原子中的某些电子激发到比基态更高的能级上，而这种激发态的原子总是不稳定的，它将释放出能量而恢复到较稳定的基态，释放出来的能量，可以是热辐射的形式，也可以是光辐射的形式，作为荧光粉，就是在紫外线（不可见的）的激发下，再以可见光的形式释放出能量。在荧光灯中，是由汞蒸汽放电后产生的253.7nm的紫外线来激发荧光粉，使它发出可见光而成为照明器件。
实际上，纯物质一般轻易发光，而荧光材料都是某种化合物作为基质，然后加入微量的激活剂无素，才能使之形成发光中心，具有发光的能力，激活剂的成分和加入量多少，直接影响到荧光粉的各项性能指标，从图1-4中可以看出，荧光材料的发光亮度是同加入激活剂的量有很大的关系，激活剂的成分则影响到荧光材料的光谱、光色和光衰等原因。

0
100
相对亮度
图1-4 激活济与发光亮度的关系
激活济添加量(g/g荧光粉)

最常见的照明用荧光粉是卤磷酸钙，其基质是氟氯灰石，3Ca3(PO4)2,Ca(F.C1)2，激活剂是锑（Sb）和锰(Mn)，因此这种荧光粉的表达式是以上两个部分的构成，即3Ca3(PO4)2.Ca(F.C1)2：Sb，Mn。
荧光粉的制造是将高纯度的原料，通过球磨、筛选、配方后再高温灼烧而成，灼烧后的荧光粉还要有一种后处理过程，这一过程包括选粉、洗涤、球磨、水选、包膜、脱水、干燥、过筛等。荧光粉制造过程中，若有其他杂质的混入，将对荧光粉的发光亮度等指标产生严重的影响，因此，荧光粉的制造工艺必须严格控制，以保证质量。
（二）荧光粉的特性
从照明用的荧光粉考虑，国标中已经有明确的指标规定，衡量荧光粉的质量原因重要是如下几种特性：
1、光谱能量分析（中心光谱）：
它重要指在可见光范围（400-700nm）其相对强度的分布状况，对窄发射带的稀土三基色荧光粉，是有一种中心光谱的，一般红色为611nm、绿色为543nm、兰色为450nm。
2、流明效率（发光效率）
它是指在一定功率下，荧光粉能发射出光的流明数（亮度），荧光粉中杂质含量尽量少，杂质的存在使发光中心的激发能转化为晶格振动能，从而使荧光粉的流明效率大为下降。
3、色坐标
荧光粉的色坐标是由发射光谱来确定的，对日光色的荧光灯，其色座标的TEC原则是X=0.313，Y=0.337，而这种灯的色坐标，则是荧光粉的色坐标和汞放电在可见区谱线的迭加成果。因此规定荧光粉的色坐标为X=0.332～0.338，Y≤0.363.
对稀土三基色荧光粉,多种颜色的粉,均有明确的色坐标规定.
4、显色指数
它是指与自然日光相比对多种颜色光谱的显示能力，若以日光的显色为100，则多种照明用荧光粉的显色指数中，低的只有70多，高的可达85以上，常用的卤磷酸盐荧光粉的显色指数只有60～70，而稀土三基色粉可以有82～85左右。目前已经有到达90以上的高显色性能的稀土三基色荧光粉。
5、色温
根据荧光粉的发光颜色、有高色温（冷色）和低色温（暖色）之分，并用绝对温度值K来表达，一般在3000K如下称暖色、5000K以上为冷色，色温的控制可以由原材料的配比来决定，也可以将已制成的不一样色温的粉，通过合适的调配而获得所规定的色温，常用的色温等级有2700K、3200K、4500K、5000K、6400K等。
6、光通维持率（光衰）
荧光粉由于受到高能量185 nm短波紫外线的辐照和杂质污染等原因，其发光亮度将会减少，这就形成了光衰，一般将荧光粉制成灯管后，在正常点燃中，0-100小时的流明下降高达12-15%，在此后来，光通下降的速度较缓，后来的1000小时内也不超过5%，如图1-5所示。
制成灯管后，导致光通量衰减的原因较为复杂，除了上面指出的受185 nm短波辐照的原因外，还同灯管的玻璃材料、灯管内杂质气体量，汞的作用等原因均有亲密的关系，也就是说并非荧光粉自身单一原因所决定的。
7、颗粒度
光通量(lm)
1000

3000
t (h)
0
荧光粉的颗粒度，对发光亮度有一定的影响，粉的颗粒太细时（3um如下），由于对253.7 nm紫外线的散射作用，使荧光粉的亮度明显下降，颗粒度太大时，由于激发能的局限性和粉粒自身的阻挡作用。亦使亮度下降，别首先，粉粒太粗会增长涂复工艺的难度，适中的颗粒分布是在5-10um之间应有90%以上的成分。
荧光粉涂复前要进行球磨，目的是使粉粒变细和均匀，不过在粉粒破碎过程中，会对荧光粉的晶格起破坏作用，使粉的发旋旋光性能变差，因此，粉的球磨时间不适宜过长，目前已制造出不需球磨的荧光粉，这种荧光粉的颗粒度分布重要都在3-6um间，约占75%以上，大颗粒的粉很少，因此，这种粉的涂复工艺较轻易掌握。
除以上这些重要特性外，尚有象吸取光谱和激发光谱特性，余辉特性，热和化学稳定性等等。
（三）荧光粉的种类
荧光粉的种类诸多，亦可以按多种措施来分类：
1、按能量的激发方式分有：光致发光、电致发光、阴极射线致发光。X射线致发光和放射线致发光等。照明器件中多为光致发光的荧光粉。
2、按颜色分有单色粉（红、绿、兰）和混色分（暖色和冷色）。其中混色粉中，可以根据需要配制成多种不一样的色温。
3、近余辉时间分有：不小于1秒的极长余辉，1-10-1秒的长余辉，10-1～10-3秒的中余辉，10-3～10-5秒短余辉，不不小于10-5秒的极短余辉五个等级，这是要根据不一样的使用场所提出不一样的规定，照明用的一般都是中、长余辉的。
4、按原料分：有一般的卤磷酸钙和烯土窄发射带荧光粉（三基色）两大类，前一种工艺较成熟，价格较低。后一种三基色粉的长处是光效高，可调配到任意喜欢的光色，但价格成本要比前者高出40位以上，一般直管型荧光灯都用卤粉。紧凑型节能荧光灯都采用稀土三基色荧光粉。
稀土三基色荧光粉是：发光峰值在450nm兰色粉，原料为BaMg2Al16O27：Eu2+（铕）、发光峰值在543nm绿色粉，原料是MgAl11O19：Ce3+,Tb3+(铈)（铽）和发光峰值在６１１nm的红粉，Y2O3：Eu(铕)。
红、绿、兰三基色的荧光粉，外观上均为白色粉末状，只有在真空中受到波长为253.7nm的紫外线激发后，才显出各自特有的颜色，各颜色的中心波长分别为611，543，450纳米。
按一定的配比将上述三种粉混合，就可以制成色温为2500－6500Ｋ的任意色光的荧光粉，光效可以达每瓦80流明以上，平均显色指数在85。图１－６中实线为稀土荧光粉制成的灯的光谱分布，虚线为改善后的一般荧光灯的光谱分布。
图1-6 荧光灯的光谱能量分布
入(mm)
500
700
600
400
相对光谱能量

稀土三基色荧光粉具有发光效率高，抗185nm短波紫外线辐照能力强，光衰较少，高温特性好（猝灭温度在800℃以上）等长处，为荧光打的小型化开辟了新的途径，目前大力发展的紧凑型节能荧光灯（如ＳＬ灯,ＰＬ灯,双Ｄ灯，双π灯，双Ｕ灯等）采用内径较细的放电管，管内壁涂以稀土荧光粉，由于其高的光效和长的寿命 ，灯型小巧，可以替代白炽灯、到达节能的目的。没有稀土地窄带荧光粉，也就没有紧凑型节能荧光灯的今天。
三、导电材料
（一）灯丝
荧光灯中的灯丝是采有直热式氧化物阴极的构造，也就是把提供发射电子的三元碳酸盐（Ba,Sr,Ca）CO3涂复在钨丝上，当钨丝通电加热后，使三元碳酸盐分解成氧化物（Ba,Sr,Ca）Ｏ，并深入分解和激活得到Ba原子，Ba原子中的自由电子在空间电场的作用下就会形成电子发射，促使灯管内部气体（Ar和Hg）产生放电．
１、钨丝
钨是至今懂得熔点最高的一种金属，其熔点为3410℃，蒸气压最低，线膨胀系数最小，虽然在高温下尚有很高的机械强度，因此，钨可以加工成细丝，在诸多真空器件中用作加热体，也可以在白炽丝中加热至高温作为发光体。
＞500℃
钨的化学性能比较稳定，不过在500℃以上的高温下，钨与水蒸气的作用相称剧烈，被氧化成三氧化钨（WO３），这种钨的氧化物很轻易蒸发，从灯丝的表面蒸发到玻管的内壁，玻壁上的WO３又被Ｈ２原还成Ｗ留在玻壁上，作用生成的水又重新对热丝上的钨起氧化作用。这种循环作用可以用如下体现式来阐明：
3H2O+W WO3+3H2

这种水循环的作用，大大地增长了钨的实际蒸发率，首先使钨丝变细而烧断，另首先相称于将灯丝上的钨不停迁移到玻璃内壁，使玻璃管内壁发黑而减少了透光性，因此，水汽对灼热的钨丝危害性很大，在制作电光源或电真空器件时将器件中的水汽清除越彻底，器件的寿命越长，这亦是我们在荧光灯排汽过程中必须对灯管加热烘烤的理由。
钨在高温状况下会产生再结晶现象，也就是会将原有的细纤维状结晶变粗，甚至变成颗粒状的结晶，从而减少了钨丝的机械强度，为了防止钨在高温下再结晶现象，在钨中故意识地加入少许K2O,Al2O,SiO2,等加成剂，阻挡晶粒横向增长，使钨丝内部生成很长的轴向晶粒构造，并在晶粒间形成＂燕尾搭接＂状态，提高了钨的再结晶温度（可达２１００℃左右），这就改善了钨丝的实用性，这样的钨丝高温下维持性好，称为＂不下垂钨丝＂，常用的这种钨铝合金丝牌号为ＷＡＬ－１和ＷＡＬ－２．用在荧光灯中作灯丝的是ＷＡＬ－２，其成分为
W SiO2 Re2O3+AL2O3 MO CaO
% 99.9 0.05 0.03 0.01 0.01
有时有可以用铼钨丝作为灯丝，铼的熔点亦很高，仅次于钨为３１８０℃，其比重比钨还大为２１．２（钨为１９．３），这种铼钨丝具有更高的机械强度和高温下的维持性．
荧光灯中的灯丝是绕成双螺旋或三螺旋形式，其设计原则是要使灯丝可以产生一种恰当的温度，此温度应恰好是阴极热电子发射所需要的温度，这个温度不适宜太高，只要能满足热发射，应尽量地低，以减少发射材料的热蒸发，另首先又要使灯丝尽快地升温到电子发射所需要的温度，这样可以尽快地从辉光放电过渡到弧光放电，以减少离子轰击所导致的发射材料的测射。
表1-2 常用荧光灯双螺旋灯丝的规格和绕丝数据如下：
灯管功率(W)
钨丝规格
(WAL-2)
(mg/200mm)
芯丝直径
(mm)
每厘米圈数
(TPC)
灯丝
圈数
尾丝长度
(mm)
第一道
第二道
第一道
第二道
4
3.0-3.5
0.13
0.5
114
22.5
11
3-4
6
4.63-4.77
0.13
0.64
130
31.5
15.9
4-4.5
8
4.63-4.77
0.13
0.64
130
31.5
15.9
4-4.5
15
12.4-12.5
0.15
0.86
88
21.6
22.5
3.5-6
20
14.39-15.13
0.20
1.20
69
11
8-9
4.5-6
30
14.1-14.8
0.20
0.64
69
12.75
13
3-4
40
18.5-19.5
0.20
1.2
69
11
8-9
4.5-6
为了增长电子发射材料的贮存量，附着度及耐离子轰击的性能，能采用三螺旋阴极灯丝，不过这种灯丝的构造更复杂，基一致性更困难，灯管的制造工艺亦更困难。
（二）电子粉
电子粉是由碳酸钡（BaCO3）碳酸锶（SrCO3）和碳酸钙（CaCO3）三种化合物构成，其构成的方式可以是以上三种盐的机械混合，也可以在制造过程中按一定的比例的共晶盐（Ba Sr Ca）CO3。外观上它们都是白色粉末。
碳酸盐是一种较稳定的化合物，既不会导电，也不也许有电子发射，要使它可以具有电子发射的性能，必须进行加工处理，这就是在真空中进行分解和激活。
△
所谓分解，就是在真空中将碳酸盐进行加热，温度加到800-950℃时，碳酸盐就分解成氧化物，并入出二氧化碳气体。
BaCO3 BaO+CO2

二氧化碳被抽除，剩余的只有氧化物，因此这种电子粉实质上是一种氧化物阴极。
激活有二种形式：热激活和还原激活。
a、 热激活：指的是将氧化物深入提高温度，使氧化物中的金属原子分离出来。
△

2BaO 2Ba+O2
b、 还原激活：指的是氧化物与钨的作用生成钨酸盐，形成的钨酸盐再深入分解生成钡原子，WO3则形成阴极的中间阻层。

3BaO+W→3BaWO3
△

BaWO3 Ba+WO3
金属原子的出现，使氧化物阴极呈半导体的性质，其中Ba原子不停向阴极表面扩散，在整个阴极表面形成一层盈余的钡原子，这些钡原子中的自由电子，在外电场的作用下就会脱离原子发射出来，这就是一般所说的电子发射。
阴极性能的好坏，重要看分解、激活这二个环节掌握得当与否分解、激活局限性的阴极，首先体现电子发射不多，另首先在使用过程中还会不停解出气体，影响灯管的性能，假如分解、激活过度，会使阴极中的盈余钡过多的蒸发，其成果是使玻壁内表面发黑（沉积上钡金属）并使阴极的寿命缩短。
电子发射重要是由钡原子中的自由电子产生，加入锶的成分是使氧化物阴极增长导电性能，加入钙的成分则是让氧化物涂层与基金属钨丝结合得愈加牢固，使氧化物阴极增长耐正离子轰击的性能。
灯管内的杂质气体对氧化物阴极的寿命有很大的影响，重要是表目前对氧化物阴极的毒化作用和溅射作用，氧化性的气体如O2，CO和H2O等，会使阴极中毒，这些气体都能将盈余钡形成它们的化合物而使电子发射性能失效。另某些气体如H2，N2虽然不会同钡起化学反应，不过这些气体的存在将提高阴极位降，使离子有较大的能量回轰阴极，使阴极物质产生溅射而损环阴极，因此要尽量提高排气的真空度，零部件要注意真空卫生，要彻底除气，这样才能尽量减少灯管内杂质气体的含量。
从以上二节看出，荧光灯的灯丝是由钨丝作为加热体，碳酸盐作为电子发射源两者组合而成，也就是说它是一种直热式氧化物阴极。
（三）灯丝引线（导丝）
灯丝引线在灯管中起到三个作用，一是支撑和固定灯丝，二是与外电路的联接，三是与玻璃间形成真空密封，因此对导丝提出的规定是：
有良好的导电性
能同玻璃有良好的封接性能。
荧光灯工作期间有良好的稳定性。
荧光灯的导丝有三节式和二节式两种类型：

内导丝
封接丝
外导丝
三节式：

二节式：
图1-7 导丝
三节式导丝由内导丝（边杆）、封接丝（杜美丝）和外导丝三部分连接而成，若将封接的杜美丝延长来替代外导丝，就成为二节式导丝，只是成本要高一点。
1、内导丝：由于加工和真空中的特性规定，最佳是用镍丝，但考虑到镍材料的资源和价格问题，目前大多数已用康铜丝替代。
内导丝的一端是与热体钨丝联接的，在真空中所处的温度比较高，因此，内导丝的蒸发要小，导热性要差，产生灯丝冷端效应就小，导电性要好，与钨丝的焊接性能亦要好，根据这些规定，康铜丝是较合适的一种内导丝材料。
康铜丝是含镍量为39-41%，含锰1-2%，其他为铜的一种合金，它的电阻率较高，不过作为边杆的长度有限，并不影响其导电性能，康铜丝的可塑性好，化学性质稳定，与钨丝和杜美丝均有很好的焊接性能，价格要比纯镍丝廉价，因此目前用得较多。
图1-8 杜美丝剖面
Cu2O
Fe.Ni
Cu
2、杜美丝：杜美丝又称镀铜铁镍合金丝，其断载面如图1-8所示：
它是由含镍43%的铁镍合金作为芯丝,外面采用电镀法,牢固地包着一层铜,铜层的比例约为重量比的25-30%,在铜的外表面再加热氧化生成一层致密的氧化亚铜(Cu2O)层,为防止氧化亚铜层的剥落和在大气中长期寄存时的过度氧化,在最外层涂有硼砂(Na2B4O7)薄膜,由于硼砂易吸潮并易溶解在热水中,因此杜美丝应寄存在干燥的环境中,硼砂的熔点为741℃,因此在同玻璃进行封接时,它同玻璃润湿之前,可以防止铜层的过度氧化,使氧化亚铜既能与玻璃很好地润湿封接,又和芯金属良好的结合。
杜美丝的热膨胀系数与方向有关，其轴向为61-68*10-7/℃，而径向为80-100*10-7/℃，径向的热膨胀系数与软玻璃很靠近，也许得到满意的封接效果，轴向的热膨胀系数与软玻璃有些差异，因此不会导致玻璃的炸裂，为了防止产生过大的应力，杜美丝的直径不适宜过大，一般都限制在0.8毫米内。
3、外导丝：外导体只作电性能的连接线，一般都用含铜量为99.9%以上的电解铜即可，这种铜丝具有良好的导电性能和钎焊性能，它同杜美丝之间的焊接只有用火焰或电弧进行溶焊。不能用点焊。
有的外导丝直接由封接的杜美丝延长引出，不再用铜丝联接，这种二节式的导丝，其成本要比三节式高，并且杜美丝要比铜丝的电阻率大，机械性能较硬，其钎焊性能不如铜丝好。
四、充气材料
（一）汞（Hg）
汞（Hg）是常温下唯一液态金属，具有银白色的金属光泽，故又称水银。
在金属中，汞的熔点、沸点和汽化热最低，这阐明汞内键的结合很弱，其熔点为——38.99℃，沸点为356.7℃，在真空中只要180-200℃就沸腾了，因此可以作为扩散泵的工作液体，汞的比重为13.55，其蒸汽压较高，由于汞蒸汽的电离电位低，在荧光灯中作为放电物质，放电后发出的重要光谱线为185，253.7，365，365.3，366.3，404.7，435.8，546.1，577和579纳米，由于荧光粉的激发光谱为253.7纳米，因此，汞放电后的这一谱线才是使荧光粉产生可见光的奉献，其中185MM短波紫外线对荧光粉有辐射损伤作用，其他较长波的谱线都在可见光范围将同荧光粉发出的可见光迭加，这就是导致荧光粉自身的色温与制灯后的色温有偏异的缘故。
汞的化学性较稳定，不与稀的盐酸、硫酸及碱作用，但较易溶解于硝酸，王水及浓的硫酸和盐酸中，汞与H2,CO,CO2 和N2等气体互相作用很弱,在高温时能生成氧化物,常温下也能同卤素及硫蒸气直接化合,许多金属都能溶于汞生成汞齐,甚至银,金等抗氧化性很强的金属也不例外，只有钨、铁和钽不溶于汞、石墨、玻璃、陶瓷和云母均不与汞起作用。
用在荧光灯内的汞，规定纯度较高，其纯度不应低于99.999%，含气量和水份都极小，这样才能保证灯管的质量，一般市售的汞最佳再通过真空蒸镏后再使用，才能保证汞的纯净度。汞在常温下有显着的蒸发量，伴随环境温度的升高，汞蒸气压急剧上升，当汞蒸汽的浓度到达每立方米15毫克时