UV灯管中石英玻璃特性

UV灯管的电弧管是用透明石英玻璃制造的,透明石英玻璃对UV光透过率高,对可见光和红外线也有很好的透射率,如图1所示为国产和进口透明石英玻璃UV光透射率,图2为透明石英玻璃红外线透射率。表1列出透明石英玻璃对不同波长的UV光的透射率。

国产、进口透明石英玻璃透UV光曲线

图1 国产、进口透明石英玻璃透UV光曲线
A—国产透明石英玻璃;B—进口透明石英玻璃

透明石英玻璃UV光透射率

表1 透明石英玻璃UV光透射率

透明石英玻璃透红外光曲线

图2 透明石英玻璃透红外光曲线
1-10mm厚玻璃曲线;2—2.85mm厚玻璃曲线;3-0.5mm厚玻璃曲线

透明石英玻璃膨胀系数低,一般为5X10-7,是普通玻璃的1/20,图3为透明石英玻璃膨胀系数与温度的关系曲线。

透明石英玻璃膨胀系数与温度关系

图3 透明石英玻璃膨胀系数与温度关系

透明石英玻璃在1200°C时膨胀系数最小,机械强度最大。石英玻璃耐高温,纯净石英透明玻璃的熔化温度为1713°C,汽化温度为2100°C,结晶温度为1300°C。石英电弧管耐温1100-1200°C,短时可耐1400°C高温,最佳工作温度为800°C,石英管在800-1000°C时用冷水激不会爆裂。当然不纯净的石英这些指标均有所下降,如连熔石英玻璃熔化温度约为1400°C。

石英是一种透明的非结晶体,石英玻璃主要成分是二氧化硅(Si02),—般含量在99.9%以上(炉炼石英管含Si02量为99.95%,气炼石英管的Si02含量为99.97%,高纯Si02为99.999%即所谓“5个9”的石英管)。石英在高温下挥发量很大,在不同温度下石英挥发量不同,2500°C时挥发量达40%,表2所列为石英在高温下的挥发量。使用石英玻璃制造高功率灯管时,灯管冷却非常重要。用风或水冷却,若冷却时间不够长,灯管工作在高温下,管壁内部石英开始挥发成气体,而管壁看上去发白,失去透明性,严重阻挡UV光照射出来。当灯内气体压强过高,引起灯内气体湍流,灯内电弧由直线形变成曲线形(蛇形)。当蛇形电弧飘动得厉害时,电弧碰到玻璃壳上把灯管烧毁,出现玻璃管局部凸起或把管壁烧个窟窿。因此高功率密度灯管直径要大,让电弧碰不到玻璃壳。

石英在离温下的挥发量

表2 石英在离温下的挥发量

石英玻璃属酸性物质,所以抗酸性很强,硫酸、盐酸、硝酸等都不与石英发生反应,只有氢氟酸才与石英起反应。而石英抗碱能力很弱,石英怕碱性物质,如钠、钾等元素都影响石英,因此石英中含钠、钾是很不利的,应尽量减小其含量。石英玻璃中含有羟基、铝、钙、镁、钠、钾、铁、钴、硼等杂质,杂质的总量一般小于总体积的0.02%。杂质中对灯的发光和寿命危害最大的是羟基和钾、钠。在点灯过程中的高温状态下,羟基会从玻璃体内向灯管内部渗透。渗透到电弧管内的羟基在电弧的作用下将分解为水、氢、氧,从而加强了灯内的水循环,使灯管内部发黑,UV光透不出来,灯管失去辐射UV光的作用而寿终。要求高压汞灯用石英管的羟基含量要小于4-6μg/g。在金属卤素灯内羟基的危害更大,羟基在高温下会和卤化物反应生成卤化氢,卤化氢大量捕捉电子,使灯启动困难。石英中的钠、钾在高温下使石英析晶,致使透明的石英晶体变为不透明、发污白的结晶体,结晶体大量吸收UV光线而影响紫外光的发出,造成灯管寿终。

石英还有一个重要的性质是透气性,在500-800°C时,氢气、氦气可自由穿过石英壁的原子间隙。而氦气进入灯内会使灯的启动电压升高,导致点燃困难直至灯报废。因此UV灯不能在有氦气的环境中使用,石英透氦气对金属卤化物灯是严重的威胁。因此壁负荷高的金属卤化物灯要用髙纯度天然石英。

 

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发布日期:2017年03月18日  所属分类:UV基础知识