第二讲电光源芯柱制造用材料

第二讲电光源芯柱制造用材料第一页，共四十一页，2022年，8月28日职业资格技能培训—芯柱制造用材料内容提示

一、芯柱的用途与构造二、芯柱制造用材料（一）玻璃材料（二）金属材料第二页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/172职业资格技能培训—芯柱制造用材料第二讲电光源芯柱制造用材料一、芯柱的用途与构造1.芯柱的用途①支撑灯丝（电极）；②传导电流；

③与玻管（壳）封接。

第三页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/173职业资格技能培训—芯柱制造用材料2.芯柱的构造芯柱主要由喇叭管、导丝、排气管等组成第四页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/174职业资格技能培训—芯柱制造用材料二、芯柱制造用材料

（一）玻璃材料

玻璃是制灯工业中用得最多的材料，主要用来制造玻壳、玻管、芯柱、排气管等。1.玻璃的性质

①机械性能机械强度——玻璃抵抗机械破坏的阻力。强度分为抗断、抗压、抗扭和抗冲击等。玻璃的安全抗张强度一般取6.86N/mm2(0.7Kg/mm2)。

第五页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/175职业资格技能培训—芯柱制造用材料

②热性能

a、热膨胀系数玻璃的热膨胀系数主要指它的线膨胀系数（用α表示），它对玻璃的成型、加工、退火，对玻璃与玻璃、玻璃与金属、玻璃与陶瓷的封接以及玻璃的热稳定性等性质都有重要的意义。两种不同材料的熔接，要求其热膨胀系数相同或相近，如果膨胀系数不匹配，相差很大，就会在封接处因内应力的作用产生炸裂和漏气。第六页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/176职业资格技能培训—芯柱制造用材料b、热稳定性

热稳定性——玻璃能经受急剧的温度变化而不破坏的性能。玻璃的热稳定性决定于玻璃的组成、热膨胀系数、机械强度和导热性能等。其中热膨胀系数对热稳定性影响最大。热膨胀系数愈小，其热稳定性愈好，能经受的温差变化也就愈大。第七页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/177职业资格技能培训—芯柱制造用材料c、粘度

物质的粘度可理解为分子移动时相互间的内摩擦力。在玻璃的生产过程中，玻璃粘度有着十分重要的作用。玻璃的成型、退火、热加工等生产过程的控制都取决于粘度。表示玻璃特征的各种温度，如转换温度、软化温度、退火温度等的定义都与粘度有关。第八页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/178职业资格技能培训—芯柱制造用材料

③电性能常温下玻璃的电导率很小，所以玻璃是绝缘体。影响玻璃电导率的主要因素是温度和化学组成。玻璃电导率随温度变化而变化，温度升高，电导率增大。玻璃导电主要是在电场作用下碱金属离子的迁移。由于玻璃的导电，玻璃会被电解。含氧化钠多的玻璃容易电解，所以不宜做光源的芯柱材料，而用含氧化铅、氧化钡的玻璃为佳。第九页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/179职业资格技能培训—芯柱制造用材料

④化学稳定性

玻璃的化学稳定性是指玻璃表面抵抗周围介质（水、酸、碱及其它化学物质）作用的能力。化学稳定性好的玻璃较能抵抗潮气；而化学稳定性差的玻璃在潮气的作用下，表面形成的碱变为结晶体，变松、发毛和出现小白斑点，称为“风化”或“泛碱”或“析晶”。第十页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/1710职业资格技能培训—芯柱制造用材料

⑤真空性能和光学性能玻璃本身的饱和蒸气压很低，对真空度没有影响，但是玻璃的吸气性却对真空性能有严重的影响。在电光源生产过程中必须将玻璃表面和内部吸收的气体和蒸气除去，才能保证灯的性能。电光源玻璃还应考虑玻璃的光吸收、透射、折射、反射、颜色等性能。一般玻璃的透光率为95%，光被吸收约为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。第十一页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/1711职业资格技能培训—芯柱制造用材料2.电光源玻璃的要求

⑴好的透辐射性照明灯→应能透过可见光区的所有波长；紫外线灯→应能透过要求的紫外线；另外，要求灯在辐照下不变色、不发黑。

⑵良好的热稳定性

能耐受灯开启和关闭所引起的热冲击。

第十二页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/1712职业资格技能培训—芯柱制造用材料

⑶良好的气密性在制灯或灯的燃点过程中，在直至最高值的所有温度下，仍有良好的气密性。

⑷一定的机械强度能耐受在制灯过程中和灯燃点过程中所产生的气压。

⑸良好的电气绝缘性能玻璃和金属的封接部位在灯工作温度的最大值时，仍能保持足够高的电阻率。第十三页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/1713职业资格技能培训—芯柱制造用材料

⑹良好的除气特性在灯的工作过程中，不释放出不希望出现的气体。

⑺能与金属（电流引线）形成气密封接

⑻良好的化学稳定性在工作温度下不和周围介质发生化学反应，不被灯内的填充气体所腐蚀；既不和荧光粉发生作用又对荧光粉的发光无有害影响。

⑼熔制成形方便，原料来源广泛、价格低廉、加工性能好。第十四页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/1714职业资格技能培训—芯柱制造用材料

3.电光源玻璃的分类

⑴石英玻璃代号为DS，膨胀系数为（）×10-7℃。它具有高的机械、电气和耐热性能，在电光源中广泛用于制作高强度气体放电灯的内胆和卤钨灯的管壳。第十五页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/1715职业资格技能培训—芯柱制造用材料

⑵钨组玻璃

代号为DW，膨胀系数为（36-40）×10-7℃。由于它在20-400℃范围内和金属钨的膨胀系数接近，因此能和钨杆直接封接而不炸裂。钨组玻璃主要是硼硅酸盐玻璃或铝硅酸盐玻璃，其成分中氧化硅和氧化硼的含量较高，因此这组玻璃的耐热性好，工作温度可达300℃以上，被用于制作大功率特种白炽灯、高强度气体放电灯的外玻壳或芯柱。第十六页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/1716职业资格技能培训—芯柱制造用材料

⑶钼组玻璃代号为DM，膨胀系数为（46-50）×10-7℃，由于它在20-400℃范围内和金属钼的膨胀系数接近，因此能和钼杆或可伐合金直接封接而不炸裂。钼组玻璃的主要成分是硼硅酸盐玻璃，二氧化硅和氧化硼的含量占85%-90%。因此，这组玻璃的热稳定性好，可用作大功率特种灯泡及高强度放电灯的外玻壳和芯柱。第十七页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/1717职业资格技能培训—芯柱制造用材料

⑷铂组玻璃代号为DE，膨胀系数为（86-93）×10-7℃，由于它的膨胀系数与金属铂的膨胀系数接近，因此能和铂丝和杜美丝等封接。铂组玻璃的主要组成为钠钙硅酸盐玻璃和铅硅酸盐玻璃。其中，钠钙硅酸盐玻璃用得最多，俗称石灰料。是制造普通白炽灯玻壳和荧光灯玻管的主要材料。铅硅酸盐玻璃俗称铅玻璃（红丹料），其中含氧化铅一般为5%-30%。铅玻璃具有良好的电气绝缘性和加工性能，特别适用于制作白炽灯和荧光灯的芯柱。第十八页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/1718职业资格技能培训—芯柱制造用材料

⑸钢组玻璃代号为DG，膨胀系数为（95-120）×10-7℃，一般与高铬钢（4J28）封接，在电光源工业中极少采用。

⑹中间玻璃代号为DZ，它专门用作封接过渡之用，使膨胀系数差得很远的两种玻璃封接结合起来。中间玻璃应成组配套使用。第十九页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/1719职业资格技能培训—芯柱制造用材料

⑺焊接玻璃代号为DH，它相当于封接工艺中的焊料。焊料玻璃的熔化温度低于被封接的材料的软化温度，可以在被封接的材料（如玻璃）发生形变之前将封接件封好。

⑻特种玻璃代号为DT，供特种用途之用。如抗钠玻璃、透紫外线玻璃、油扩散泵用玻璃等。第二十页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/1720职业资格技能培训—芯柱制造用材料

4.玻璃半制品生产工艺流程

①玻壳生产工艺流程原料→玻璃原料配制→玻璃熔制→玻壳吹制→退火→检验→成品包装

②玻管生产工艺流程原料→玻璃原料配制→玻璃熔制→玻管拉制→精切圆口→检验→成品包装第二十一页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/1721职业资格技能培训—芯柱制造用材料（二）金属材料

1.金属的主要性质

①金属的热性质

a、熔点

熔点——是指金属由固态转为液态时的温度。它表征金属的耐熔性。电光源大都是在受热的情况下工作的，因此可用熔点作为金属能否适合在电光源中使用的基本指标。如作为灯丝、电极等热零件时，要求金属熔点必须很高。第二十二页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/1722职业资格技能培训—芯柱制造用材料电光源用金属的熔点金属W（钨）Ta（钽）Mo（钼）Nb（铌）Zr（锆）Ti（钛）Pt（铂）熔点（℃）3410299626202468186018001773金属Fe（铁）Ni（镍）Cu（铜）Al（铝）Pb（铅）Sn（锡）熔点（℃）153514521083658327232第二十三页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/1723职业资格技能培训—芯柱制造用材料

b、热膨胀系数

金属的线膨胀系数是指温度增加摄氏一度时轴向延长对原来长度之比，单位为℃-1。金属的热膨胀系数在电光源生产中有着特别重要的作用。因为许多金属零件是要直接与玻璃熔封在一起的，因此对于这些金属和玻璃的膨胀系数的一致性就有特别严格的要求。金属的热膨胀系数一般随温度上升而增加。第二十四页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/1724职业资格技能培训—芯柱制造用材料电光源生产中常用金属的线膨胀系数（0-100℃）金属W（钨）Mo（钼）Zr（锆）Pt（铂）线膨胀系数×10-7.℃-143495090金属Fe（铁）Ni（镍）Cu（铜）Ag（银）线膨胀系数×10-7.℃-1117133165194第二十五页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/1725职业资格技能培训—芯柱制造用材料

c、蒸发速率

金属零件→高温和真空中工作→蒸发；蒸发继续时→影响零件几何尺寸→影响光电参数→严重时由于强烈的蒸发→加热体很快烧坏。金属的蒸发速率用单位时间、单位面积上所蒸发的重量来表征（g/S.cm2).而实际上一般都采用蒸发温度来表示。在这个温度下，物质的蒸发速率已经不能忽视。第二十六页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/1726职业资格技能培训—芯柱制造用材料部分金属的蒸发温度值与蒸发速率金属W（钨）M（钼）Ta（钽）F（铁）蒸发温度℃2500198024001100蒸发速率（g/S.cm2)10-2410-1710-7金属Cu（铜）Al（铝）Ni（镍）Ba（钡）蒸发温度℃9509001120500蒸发速率（g/S.cm2)3×10-72×10-83×10-2第二十七页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/1727职业资格技能培训—芯柱制造用材料d、导热率、热容量和辐射系数

灯丝支架和导线的导热性能愈高，就易于把电光源内部的热量传导出去。各接点处的温度就愈低。电光源灯丝和电极用金属，要求热容量较小些，否则达到稳定工作的时间要延长。白炽灯灯丝材料→辐射系数低→灯的热效率提高；气体放电灯→辐射系数愈高愈好→金属的辐射系数高则电极的工作温度可以降低。第二十八页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/1728职业资格技能培训—芯柱制造用材料

②金属的电性质

a、电阻率和电阻温度系数

导体电阻R的大小和导体长度L、导体截面积S及导体的性质有关。R＝ρ.L/S（ρ为电阻率）大多数金属的电阻率随着温度而增高，金属的电阻率随着温度而变化的大小程度称为电阻温度系数。电阻温度系数对于金属作为加热体（如灯丝）使用以及决定加热零件的尺寸和加热电流是很重要的。第二十九页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/1729职业资格技能培训—芯柱制造用材料b、金属的电子发射

如果增加金属原子中的自由电子的能量，电子就可以越出金属表面。这种电子从固体或液体向周围空间逸出的过程称为电子发射。电子逸出金属表面所作的功称为逸出功。各种金属的逸出功是不同的，它与金属的内部结构有关，金属表面上存在的杂质也对逸出功有极大的影响，对基金属为正电性的物质能降低逸出功，如碱金属、碱土金属、钍等。第三十页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/1730职业资格技能培训—芯柱制造用材料

③金属的机械性质a、强度极限

强度是金属抵抗外力作用而不被破坏的性能。金属材料在受力过程中，从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值叫做强度极限。由于外力的形式不同，有抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度等。显然，材料的强度越高，能承受的应力也越大，相应零件的体积和重量就可以减少。第三十一页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/1731职业资格技能培训—芯柱制造用材料

b、延伸率

延伸率——是指金属受力拉断时沿轴线方向的伸长与它原始长度之比值的百分率，用δ（%）表示。

c、硬度

硬度——是指金属材料抵抗其它更硬物体压入表面的能力，也可以说是材料对局部塑性变形的抗力。一般来说，硬度高的材料，耐磨性较好，也愈坚硬锋利。第三十二页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/1732职业资格技能培训—芯柱制造用材料d、蠕变蠕变——是指材料在高温下，在恒定的负荷作用下缓慢而连续的发生塑性形变的性能。电光源中某些金属零件（如灯丝）要长时间地在受力状态与高温下工作，蠕变则会使金属松驰，此时蠕变现象具有特别重要的意义。第三十三页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/1733职业资格技能培训—芯柱制造用材料e、金属的再结晶

由于塑性变形，金属晶格受到破坏，发生了位移、畸变及其它与正常晶体结构不同的现象。加热变形的金属可恢复畸变晶格结构。在加热过程中形成正常晶格的新晶粒来代替变形晶粒的过程称做金属的再结晶。

选择适当的再结晶温度和加工规范，可得到必须尺寸的晶粒，以保证理想的金属机械性能，对灯丝的加工具有十分重要的意义。第三十四页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/1734职业资格技能培训—芯柱制造用材料

④金属的其它性质a、真空性质

电光源用的金属材料大部分工作在真空或惰性气体条件下，因此要求金属的真空性能。金属的吸气和去气性能与金属性质、气体性质及金属温度有关。在电光源中使用的金属零件，如灯丝、电极等，制灯前必须加热到最不易吸气的温度来去气，以防止在燃点时放出气体破坏真空度。同时也利用一些金属（如钡、锆）的吸气性能作为吸气剂。第三十五页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/1735职业资格技能培训—芯柱制造用材料b、化学性质

基于金属的化学性质，电光源中使用的金属会不同程度地受到氧气、水蒸气、二氧化碳、硫等的影响。金属被氧化以后，由于氧化物的电阻很高，使焊接困难；氧化薄层进入光源内部会造成放气，使真空度降低，并使氧化物阴极中毒；在玻壳上形成薄膜，降低玻壳的透明度。零件装配前的氧化；外部金属零件的生锈、腐蚀；硫化物的存在使金属的机械性能变脆等。第三十六页，共四十一页，2022年，8月28日2023/2/1736职业资格技能培训—芯柱制造用材料

c、制造与加工特点a）金属中杂质的存在会大大影响它的电气性能（如电子发射和真空性