第二講電光源芯柱制造用材料

第二講電光源芯柱制造用材料第一頁，共四十一頁，2022年，8月28日職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料內容提示

一、芯柱的用途與構造二、芯柱制造用材料（一）玻璃材料（二）金屬材料第二頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/172職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料第二講電光源芯柱制造用材料一、芯柱的用途與構造1.芯柱的用途①支撐燈絲（電極）；②傳導電流；

③與玻管（殼）封接。

第三頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/173職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料2.芯柱的構造芯柱主要由喇叭管、導絲、排氣管等組成第四頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/174職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料二、芯柱制造用材料

（一）玻璃材料

玻璃是制燈工業(yè)中用得最多的材料，主要用來制造玻殼、玻管、芯柱、排氣管等。1.玻璃的性質

①機械性能機械強度——玻璃抵抗機械破壞的阻力。強度分為抗斷、抗壓、抗扭和抗沖擊等。玻璃的安全抗張強度一般取6.86N/mm2(0.7Kg/mm2)。

第五頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/175職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料

②熱性能

a、熱膨脹系數玻璃的熱膨脹系數主要指它的線膨脹系數（用α表示），它對玻璃的成型、加工、退火，對玻璃與玻璃、玻璃與金屬、玻璃與陶瓷的封接以及玻璃的熱穩(wěn)定性等性質都有重要的意義。兩種不同材料的熔接，要求其熱膨脹系數相同或相近，如果膨脹系數不匹配，相差很大，就會在封接處因內應力的作用產生炸裂和漏氣。第六頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/176職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料b、熱穩(wěn)定性

熱穩(wěn)定性——玻璃能經受急劇的溫度變化而不破壞的性能。玻璃的熱穩(wěn)定性決定于玻璃的組成、熱膨脹系數、機械強度和導熱性能等。其中熱膨脹系數對熱穩(wěn)定性影響最大。熱膨脹系數愈小，其熱穩(wěn)定性愈好，能經受的溫差變化也就愈大。第七頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/177職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料c、粘度

物質的粘度可理解為分子移動時相互間的內摩擦力。在玻璃的生產過程中，玻璃粘度有著十分重要的作用。玻璃的成型、退火、熱加工等生產過程的控制都取決于粘度。表示玻璃特征的各種溫度，如轉換溫度、軟化溫度、退火溫度等的定義都與粘度有關。第八頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/178職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料

③電性能常溫下玻璃的電導率很小，所以玻璃是絕緣體。影響玻璃電導率的主要因素是溫度和化學組成。玻璃電導率隨溫度變化而變化，溫度升高，電導率增大。玻璃導電主要是在電場作用下堿金屬離子的遷移。由于玻璃的導電，玻璃會被電解。含氧化鈉多的玻璃容易電解，所以不宜做光源的芯柱材料，而用含氧化鉛、氧化鋇的玻璃為佳。第九頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/179職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料

④化學穩(wěn)定性

玻璃的化學穩(wěn)定性是指玻璃表面抵抗周圍介質（水、酸、堿及其它化學物質）作用的能力?；瘜W穩(wěn)定性好的玻璃較能抵抗潮氣；而化學穩(wěn)定性差的玻璃在潮氣的作用下，表面形成的堿變?yōu)榻Y晶體，變松、發(fā)毛和出現小白斑點，稱為“風化”或“泛堿”或“析晶”。第十頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/1710職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料

⑤真空性能和光學性能玻璃本身的飽和蒸氣壓很低，對真空度沒有影響，但是玻璃的吸氣性卻對真空性能有嚴重的影響。在電光源生產過程中必須將玻璃表面和內部吸收的氣體和蒸氣除去，才能保證燈的性能。電光源玻璃還應考慮玻璃的光吸收、透射、折射、反射、顏色等性能。一般玻璃的透光率為95%，光被吸收約為0.5-1%，另有5%被反射。玻璃表面越粗糙，厚度越大，吸收光也越多。第十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/1711職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料2.電光源玻璃的要求

⑴好的透輻射性照明燈→應能透過可見光區(qū)的所有波長；紫外線燈→應能透過要求的紫外線；另外，要求燈在輻照下不變色、不發(fā)黑。

⑵良好的熱穩(wěn)定性

能耐受燈開啟和關閉所引起的熱沖擊。

第十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/1712職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料

⑶良好的氣密性在制燈或燈的燃點過程中，在直至最高值的所有溫度下，仍有良好的氣密性。

⑷一定的機械強度能耐受在制燈過程中和燈燃點過程中所產生的氣壓。

⑸良好的電氣絕緣性能玻璃和金屬的封接部位在燈工作溫度的最大值時，仍能保持足夠高的電阻率。第十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/1713職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料

⑹良好的除氣特性在燈的工作過程中，不釋放出不希望出現的氣體。

⑺能與金屬（電流引線）形成氣密封接

⑻良好的化學穩(wěn)定性在工作溫度下不和周圍介質發(fā)生化學反應，不被燈內的填充氣體所腐蝕；既不和熒光粉發(fā)生作用又對熒光粉的發(fā)光無有害影響。

⑼熔制成形方便，原料來源廣泛、價格低廉、加工性能好。第十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/1714職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料

3.電光源玻璃的分類

⑴石英玻璃代號為DS，膨脹系數為（）×10-7℃。它具有高的機械、電氣和耐熱性能，在電光源中廣泛用于制作高強度氣體放電燈的內膽和鹵鎢燈的管殼。第十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/1715職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料

⑵鎢組玻璃

代號為DW，膨脹系數為（36-40）×10-7℃。由于它在20-400℃范圍內和金屬鎢的膨脹系數接近，因此能和鎢桿直接封接而不炸裂。鎢組玻璃主要是硼硅酸鹽玻璃或鋁硅酸鹽玻璃，其成分中氧化硅和氧化硼的含量較高，因此這組玻璃的耐熱性好，工作溫度可達300℃以上，被用于制作大功率特種白熾燈、高強度氣體放電燈的外玻殼或芯柱。第十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/1716職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料

⑶鉬組玻璃代號為DM，膨脹系數為（46-50）×10-7℃，由于它在20-400℃范圍內和金屬鉬的膨脹系數接近，因此能和鉬桿或可伐合金直接封接而不炸裂。鉬組玻璃的主要成分是硼硅酸鹽玻璃，二氧化硅和氧化硼的含量占85%-90%。因此，這組玻璃的熱穩(wěn)定性好，可用作大功率特種燈泡及高強度放電燈的外玻殼和芯柱。第十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/1717職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料

⑷鉑組玻璃代號為DE，膨脹系數為（86-93）×10-7℃，由于它的膨脹系數與金屬鉑的膨脹系數接近，因此能和鉑絲和杜美絲等封接。鉑組玻璃的主要組成為鈉鈣硅酸鹽玻璃和鉛硅酸鹽玻璃。其中，鈉鈣硅酸鹽玻璃用得最多，俗稱石灰料。是制造普通白熾燈玻殼和熒光燈玻管的主要材料。鉛硅酸鹽玻璃俗稱鉛玻璃（紅丹料），其中含氧化鉛一般為5%-30%。鉛玻璃具有良好的電氣絕緣性和加工性能，特別適用于制作白熾燈和熒光燈的芯柱。第十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/1718職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料

⑸鋼組玻璃代號為DG，膨脹系數為（95-120）×10-7℃，一般與高鉻鋼（4J28）封接，在電光源工業(yè)中極少采用。

⑹中間玻璃代號為DZ，它專門用作封接過渡之用，使膨脹系數差得很遠的兩種玻璃封接結合起來。中間玻璃應成組配套使用。第十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/1719職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料

⑺焊接玻璃代號為DH，它相當于封接工藝中的焊料。焊料玻璃的熔化溫度低于被封接的材料的軟化溫度，可以在被封接的材料（如玻璃）發(fā)生形變之前將封接件封好。

⑻特種玻璃代號為DT，供特種用途之用。如抗鈉玻璃、透紫外線玻璃、油擴散泵用玻璃等。第二十頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/1720職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料

4.玻璃半制品生產工藝流程

①玻殼生產工藝流程原料→玻璃原料配制→玻璃熔制→玻殼吹制→退火→檢驗→成品包裝

②玻管生產工藝流程原料→玻璃原料配制→玻璃熔制→玻管拉制→精切圓口→檢驗→成品包裝第二十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/1721職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料（二）金屬材料

1.金屬的主要性質

①金屬的熱性質

a、熔點

熔點——是指金屬由固態(tài)轉為液態(tài)時的溫度。它表征金屬的耐熔性。電光源大都是在受熱的情況下工作的，因此可用熔點作為金屬能否適合在電光源中使用的基本指標。如作為燈絲、電極等熱零件時，要求金屬熔點必須很高。第二十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/1722職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料電光源用金屬的熔點金屬W（鎢）Ta（鉭）Mo（鉬）Nb（鈮）Zr（鋯）Ti（鈦）Pt（鉑）熔點（℃）3410299626202468186018001773金屬Fe（鐵）Ni（鎳）Cu（銅）Al（鋁）Pb（鉛）Sn（錫）熔點（℃）153514521083658327232第二十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/1723職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料

b、熱膨脹系數

金屬的線膨脹系數是指溫度增加攝氏一度時軸向延長對原來長度之比，單位為℃-1。金屬的熱膨脹系數在電光源生產中有著特別重要的作用。因為許多金屬零件是要直接與玻璃熔封在一起的，因此對于這些金屬和玻璃的膨脹系數的一致性就有特別嚴格的要求。金屬的熱膨脹系數一般隨溫度上升而增加。第二十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/1724職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料電光源生產中常用金屬的線膨脹系數（0-100℃）金屬W（鎢）Mo（鉬）Zr（鋯）Pt（鉑）線膨脹系數×10-7.℃-143495090金屬Fe（鐵）Ni（鎳）Cu（銅）Ag（銀）線膨脹系數×10-7.℃-1117133165194第二十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/1725職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料

c、蒸發(fā)速率

金屬零件→高溫和真空中工作→蒸發(fā)；蒸發(fā)繼續(xù)時→影響零件幾何尺寸→影響光電參數→嚴重時由于強烈的蒸發(fā)→加熱體很快燒壞。金屬的蒸發(fā)速率用單位時間、單位面積上所蒸發(fā)的重量來表征（g/S.cm2).而實際上一般都采用蒸發(fā)溫度來表示。在這個溫度下，物質的蒸發(fā)速率已經不能忽視。第二十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/1726職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料部分金屬的蒸發(fā)溫度值與蒸發(fā)速率金屬W（鎢）M（鉬）Ta（鉭）F（鐵）蒸發(fā)溫度℃2500198024001100蒸發(fā)速率（g/S.cm2)10-2410-1710-7金屬Cu（銅）Al（鋁）Ni（鎳）Ba（鋇）蒸發(fā)溫度℃9509001120500蒸發(fā)速率（g/S.cm2)3×10-72×10-83×10-2第二十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/1727職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料d、導熱率、熱容量和輻射系數

燈絲支架和導線的導熱性能愈高，就易于把電光源內部的熱量傳導出去。各接點處的溫度就愈低。電光源燈絲和電極用金屬，要求熱容量較小些，否則達到穩(wěn)定工作的時間要延長。白熾燈燈絲材料→輻射系數低→燈的熱效率提高；氣體放電燈→輻射系數愈高愈好→金屬的輻射系數高則電極的工作溫度可以降低。第二十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/1728職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料

②金屬的電性質

a、電阻率和電阻溫度系數

導體電阻R的大小和導體長度L、導體截面積S及導體的性質有關。R＝ρ.L/S（ρ為電阻率）大多數金屬的電阻率隨著溫度而增高，金屬的電阻率隨著溫度而變化的大小程度稱為電阻溫度系數。電阻溫度系數對于金屬作為加熱體（如燈絲）使用以及決定加熱零件的尺寸和加熱電流是很重要的。第二十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/1729職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料b、金屬的電子發(fā)射

如果增加金屬原子中的自由電子的能量，電子就可以越出金屬表面。這種電子從固體或液體向周圍空間逸出的過程稱為電子發(fā)射。電子逸出金屬表面所作的功稱為逸出功。各種金屬的逸出功是不同的，它與金屬的內部結構有關，金屬表面上存在的雜質也對逸出功有極大的影響，對基金屬為正電性的物質能降低逸出功，如堿金屬、堿土金屬、釷等。第三十頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/1730職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料

③金屬的機械性質a、強度極限

強度是金屬抵抗外力作用而不被破壞的性能。金屬材料在受力過程中，從開始加載到發(fā)生斷裂所能達到的最大應力值叫做強度極限。由于外力的形式不同，有抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度和抗剪強度等。顯然，材料的強度越高，能承受的應力也越大，相應零件的體積和重量就可以減少。第三十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/1731職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料

b、延伸率

延伸率——是指金屬受力拉斷時沿軸線方向的伸長與它原始長度之比值的百分率，用δ（%）表示。

c、硬度

硬度——是指金屬材料抵抗其它更硬物體壓入表面的能力，也可以說是材料對局部塑性變形的抗力。一般來說，硬度高的材料，耐磨性較好，也愈堅硬鋒利。第三十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/1732職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料d、蠕變蠕變——是指材料在高溫下，在恒定的負荷作用下緩慢而連續(xù)的發(fā)生塑性形變的性能。電光源中某些金屬零件（如燈絲）要長時間地在受力狀態(tài)與高溫下工作，蠕變則會使金屬松馳，此時蠕變現象具有特別重要的意義。第三十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/1733職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料e、金屬的再結晶

由于塑性變形，金屬晶格受到破壞，發(fā)生了位移、畸變及其它與正常晶體結構不同的現象。加熱變形的金屬可恢復畸變晶格結構。在加熱過程中形成正常晶格的新晶粒來代替變形晶粒的過程稱做金屬的再結晶。

選擇適當的再結晶溫度和加工規(guī)范，可得到必須尺寸的晶粒，以保證理想的金屬機械性能，對燈絲的加工具有十分重要的意義。第三十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/1734職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料

④金屬的其它性質a、真空性質

電光源用的金屬材料大部分工作在真空或惰性氣體條件下，因此要求金屬的真空性能。金屬的吸氣和去氣性能與金屬性質、氣體性質及金屬溫度有關。在電光源中使用的金屬零件，如燈絲、電極等，制燈前必須加熱到最不易吸氣的溫度來去氣，以防止在燃點時放出氣體破壞真空度。同時也利用一些金屬（如鋇、鋯）的吸氣性能作為吸氣劑。第三十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/1735職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料b、化學性質

基于金屬的化學性質，電光源中使用的金屬會不同程度地受到氧氣、水蒸氣、二氧化碳、硫等的影響。金屬被氧化以后，由于氧化物的電阻很高，使焊接困難；氧化薄層進入光源內部會造成放氣，使真空度降低，并使氧化物陰極中毒；在玻殼上形成薄膜，降低玻殼的透明度。零件裝配前的氧化；外部金屬零件的生銹、腐蝕；硫化物的存在使金屬的機械性能變脆等。第三十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日2023/2/1736職業(yè)資格技能培訓—芯柱制造用材料

c、制造與加工特點a）金屬中雜質的存在會大大影響它的電氣性能（如電子發(fā)射和真空性