金屬鹵化物燈

metal halide lamp

　　將金屬鹵化物充入電弧管內(nèi)，利用金屬原子電離激發(fā)發(fā)光的電光源。具有發(fā)光效率高、色溫高、顯色性好等特點。

　　簡史 　1911年，施泰因梅茨發(fā)現(xiàn)，在汞放電燈中加進(jìn)各種金屬碘化物時，放電電弧中就會產(chǎn)生這些金屬的光譜。但是,當(dāng)時的放電管溫度受玻璃軟化點的限制,其光譜強度微弱。1953年，制成放電中采用碘化釷、不需要電極的微波激發(fā)石英發(fā)光燈，它產(chǎn)生亮白色的釷發(fā)射譜線。50年代末，為了改進(jìn)高壓汞燈的光色，進(jìn)行了在汞電弧管內(nèi)充入各種金屬及金屬鹵化物的試驗。1961年，第一支金屬鹵化物燈問世,燈內(nèi)的發(fā)光物質(zhì)不再是汞,而是金屬鹵化物（鈉、鉈、銦的碘化物）。此后，金屬鹵化物燈得到進(jìn)一步研究和發(fā)展。

　　分類 　金屬鹵化物燈的分類方法很多，按填充物可分為4類：①鈉鉈銦類。具有線狀光譜,在黃、綠、藍(lán)區(qū)域分別有 3個峰值。②鈧鈉類。在整個可見光范圍內(nèi)具有近似連續(xù)的光譜。③鏑鈥類。在整個可見光譜范圍內(nèi)具有間隔極窄的多條譜線，近似連續(xù)光譜。④鹵化錫類。具有連續(xù)的分子光譜。此外還有充填單一金屬鹵化物的燈，它能發(fā)射特定波長的光譜,如鉈燈具有535nm波長光譜、綠色。

　　按燈的結(jié)構(gòu)可分為3類:①石英電弧管內(nèi)裝兩個主電極和一個啟動電極，外面套一個硬質(zhì)玻殼（有直管形和橢球形兩種）的鹵鎢燈。這類燈主要用于體育場、道路、廠房等處的普通照明。②直管形電弧管內(nèi)裝一對電極，不帶外玻殼，可代替直管形鹵鎢燈，用于體育場等地區(qū)泛光照明。③不帶外玻殼的短弧球形鹵鎢燈、單端或雙端橢球形的鹵鎢燈。主要用于電影放映和電影、電視的拍攝照明。

　　一般來說，帶硬質(zhì)玻璃外玻殼（也可采用石英外玻殼）的鹵鎢燈,發(fā)光效率約75～120lm/W，壽命從數(shù)千小時至兩萬小時；直管形電弧管鹵鎢燈的發(fā)光效率約 90lm/W,壽命1000～2000小時；短弧球形鹵鎢燈的發(fā)光效率為90～120lm/W,壽命為數(shù)百小時。金屬鹵化物的最大功率為10kW，最小的可低到25W，供家庭照明使用。

　　工作原理 　電弧管內(nèi)充有汞、惰性氣體和一種以上的金屬鹵化物。工作時，汞蒸發(fā)，電弧管內(nèi)汞蒸氣壓達(dá)幾個大氣壓（零點幾個兆帕）；鹵化物也從管壁上蒸發(fā)，擴散進(jìn)入高溫電弧柱內(nèi)分解,金屬原子被電離激發(fā),輻射出特征譜線。當(dāng)金屬離子擴散返回管壁時，在靠近管壁的較冷區(qū)域中與鹵原子相遇，并且重新結(jié)合生成鹵化物分子。這種循環(huán)過程不斷地向電弧提供金屬蒸氣。電弧軸心處的金屬蒸氣分壓與管壁處鹵化物蒸氣的分壓相近,一般為 1330～13300Pa。通常采用的金屬平均激發(fā)電位為4eV左右,而汞的激發(fā)電位為7.8eV。因此,金屬光譜的總輻射功率可以大幅度超過汞的輻射功率。結(jié)果，典型的金屬鹵化物燈輸出的譜線主要是金屬光譜。因此，充填不同種金屬鹵化物可改善燈的顯色性（平均顯色指數(shù)Ra為70～95）。汞電弧總輻射中僅有23％在可見光區(qū)域內(nèi)，而金屬鹵化物電弧的總輻射則有50％以上在可見光區(qū)域內(nèi)，燈的發(fā)光效率可高達(dá)120lm/W以上。

　　金屬鹵化物與電極、石英玻璃之間以及鹵化物相互之間在高溫下都會引起化學(xué)反應(yīng)。金屬鹵化物容易潮解，極少量水的吸入可造成放電不正常，使燈管發(fā)黑。電極電子發(fā)射物質(zhì)系采用氧化鏑、氧化釔、氧化鈧等，以防止發(fā)射物質(zhì)與鹵素發(fā)生反應(yīng)。電弧管內(nèi)有些金屬(如鈉)會遷移，結(jié)果會使鹵素過量，導(dǎo)致鹵素負(fù)電性極強，引起電弧收縮和啟動電壓、工作電壓升高。金屬鹵化物燈僅靠觸發(fā)電極的作用是不能可靠啟動的，一般采用雙金屬片啟動器，或者采用有足夠高啟動電壓的漏磁變壓器，也有采用電子觸發(fā)器的。此外，金屬鹵化物燈的點燃還需要限流器（即鎮(zhèn)流器），其工作電流比同功率高壓汞燈的要大一些。

　　金屬鹵化物燈還有一些問題要解決，如光色不一致性，需要附加裝置（觸發(fā)器、鎮(zhèn)流器）等。但總的來說，由于金屬鹵化物燈能很好地符合照明要求（見圖和表），它的發(fā)展將在照明技術(shù)中引起重大的突破。

　　發(fā)展趨勢 　除了在大面積照明場所發(fā)揮優(yōu)勢外，人們將研究和開發(fā)適用于家庭、辦公室和商業(yè)照明的小功率金屬鹵化物燈，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和其他特殊領(lǐng)域中應(yīng)用的金屬鹵化物燈以及附有緊湊的電子觸發(fā)器、鎮(zhèn)流器一體化裝置的金屬鹵化物燈