摘要：金鹵燈可分為陶瓷金屬鹵化物燈(簡(jiǎn)稱: 陶瓷金鹵燈)和石英金屬鹵化物燈(簡(jiǎn)稱: 石英金鹵燈),從金鹵燈的特性來(lái)說(shuō)明集良好光色性能和鈉燈優(yōu)秀的發(fā)光效率于一身的光源--陶瓷金鹵燈。
關(guān)鍵詞：陶瓷金鹵燈；石英金鹵燈；色溫
1、引言
高強(qiáng)度氣體放電燈（英文簡(jiǎn)稱：HID）是電光源產(chǎn)品中重要的一員，和白熾燈相比，高強(qiáng)度氣體放電燈在發(fā)光效率上有了很大的提高。然要保持色溫的穩(wěn)定性和一致性卻不是那么容易做到的。所以從上個(gè)世紀(jì)60年代開始，人們就一直在設(shè)想是否能夠開發(fā)研制出一種集金鹵燈的良好光色性能和鈉燈優(yōu)秀的發(fā)光效率于一身的光源--陶瓷金鹵燈。由于技術(shù)上的困難，如陶瓷材料、電極的封接工藝和電極發(fā)射性能等一直都無(wú)法得到良好解決，所以直到90年代初期陶瓷金鹵燈仍然只是人們的一個(gè)夢(mèng)想。
2、石英金鹵燈的特性
金屬鹵化物燈放電管的管壁材料對(duì)其性能具有重要的影響，通常放電管的管壁材料采用石英管，在高溫工作狀態(tài)下鈧或其它稀土和石英管殼會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)，形成硅酸鹽和硅的鹵化物。這樣反應(yīng)的結(jié)果使在管殼上形成Sc或稀土金屬元素的硅酸鹽，造成金屬元素的減少，使顏色產(chǎn)生漂移，并影響管殼的透明度；分離出來(lái)的Si元素會(huì)融解于鎢電極中，使電極的發(fā)射性能變壞；此外，由于過(guò)剩的鹵素，使放電困難，并產(chǎn)生有害的鹵鎢循環(huán)，腐蝕電極，使管壁發(fā)黑，引起光衰，另外，有些金屬離子（如鈉離子）在燈的壽命燃點(diǎn)過(guò)程中逐漸地通過(guò)管壁滲漏，也會(huì)使燈的光電性能變壞。由于上述原因限制了石英管金屬鹵化物燈性能參數(shù)及壽命的提高，歸納起來(lái)石英金鹵燈有以下特性。
a、影響石英金鹵燈色溫差因數(shù)有：電網(wǎng)電壓，點(diǎn)燈角度，燈體內(nèi)鹵化物情況，環(huán)境等；
b、為保證石英金鹵燈的色溫和壽命，電網(wǎng)的電源電壓要求在短時(shí)間內(nèi)波動(dòng)不得超過(guò)5％，長(zhǎng)期波動(dòng)不得超過(guò)3%，較大的電壓變化會(huì)縮短光源的壽命及顏色的偏移，相與相之間的電壓也會(huì)使石英金鹵燈產(chǎn)生色溫差；
c、石英金鹵燈單個(gè)光源在使用過(guò)程顏色的差異和逐漸漂移是正?，F(xiàn)象，特別是對(duì)于低色溫（如3000K）更為明顯，在5000K時(shí)，人的眼睛對(duì)色溫感覺(jué)下降，使人感覺(jué)色溫的一致性有所改善，因?yàn)閲?guó)內(nèi)產(chǎn)品均以鈉鈧金鹵泡為主，它們的色溫在4000K左右（即美標(biāo)金鹵泡）,所以在色溫一致性很難保證。雖然國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)在這方面的色溫偏差是+/-300K,但這個(gè)偏差數(shù)值很容易讓人看到色溫的差異。按國(guó)標(biāo)標(biāo)稱合格色溫的石英金鹵燈，從光源的兩端看起來(lái)有色溫差，多個(gè)光源亮燈后進(jìn)行對(duì)比也會(huì)有色溫差；
d、廠家生產(chǎn)石英金鹵燈，出廠時(shí)點(diǎn)燈老煉一般只有30分鐘之內(nèi)，而石英金鹵燈色溫等其他性能問(wèn)題相對(duì)穩(wěn)定在點(diǎn)燃100小時(shí)之后才可靠；
e、為了保證光源的壽命要求每周至少對(duì)石英金鹵燈關(guān)燈一次；
f、為了保證光源的色溫一致性，建議用戶在同一支路上并聯(lián)的光源不多于4個(gè)，以減少電壓的變化。
3、陶瓷金鹵燈的特性
隨著社會(huì)科技的進(jìn)步，陶瓷金鹵燈的問(wèn)世是HID光源在近年發(fā)展中最引人注目的成果。由于多晶氧化鋁（PCA）陶瓷材料及其與金屬封接工藝研究取得很大的突破，人們成功地制造出陶瓷外殼的性能明顯地優(yōu)于石英為玻殼的金屬鹵化物燈。采用陶瓷材料作外殼避免了燈內(nèi)金屬材料的損失，而且電孤管尺寸可以控制得非常精確，因此光電性能一致性和穩(wěn)定性好，允許更高電弧溫度。1994年，國(guó)外光源廠家成功首創(chuàng)了陶瓷金屬鹵化物燈，成為電光源發(fā)展歷史上一個(gè)重要的里程碑。
相對(duì)石英金鹵燈，陶瓷金鹵燈有以下特性：
a、鈉金屬不會(huì)通過(guò)陶瓷管遷移到放電管外；
b、陶瓷管在高溫下化學(xué)穩(wěn)定性好，即使出現(xiàn)鋁金屬元素也不會(huì)影響鎢電極的性能（因?yàn)殇X很難溶解于鎢），使燈具有更長(zhǎng)的壽命；
c、陶瓷管的幾何尺寸精度高，因而使燈的性能一致性好；
d、電弧管可工作在更高的溫度下，電弧內(nèi)有更多的金屬原子受激發(fā)，導(dǎo)致更好的顯色性，更高的發(fā)光效率；
e、 放電管體積小，發(fā)光體亮度高；
f、 色溫的一致性好，無(wú)論電源電壓的變化，電燈位置的變化，以及燈壽命過(guò)程，燈的色溫變化很小。
4、陶瓷金鹵燈的優(yōu)點(diǎn)
a、光源壽命長(zhǎng) （9000-15000小時(shí)）
一般而言，小功率石英金鹵燈的壽命在6000－9000小時(shí)，而陶瓷金鹵燈由于具有上述優(yōu)點(diǎn)，所以其壽命可以達(dá)到9000－15000小時(shí)，比傳統(tǒng)的石英金鹵燈提高了30％－50％；
b、發(fā)光效率更高 （>90 lm/w）
目前，由于全球面臨著能源危機(jī)問(wèn)題，所以人們非常重視有效地利用能源，在照明行業(yè)也是一樣，近年來(lái)所提出的綠色照明概念就是為了響應(yīng)有效利用能源而提出的。所以，盡管鹵鎢燈和白熾燈具有優(yōu)秀的顯色性，但是其在燃點(diǎn)過(guò)程中熱能散失嚴(yán)重、壽命較短，顯然不是一種理想的綠色照明產(chǎn)品。而陶瓷金鹵燈的高光效可以更有效地提高能源利用，降低業(yè)主使用成本，其光效比鹵鎢燈、白熾燈提高了四到九倍，而同時(shí)在光色性能上，又遠(yuǎn)遠(yuǎn)地好于石英金鹵燈，是一種集優(yōu)秀的光色性能和高發(fā)光效率于一身的新型光源；
c、壽命期間色溫穩(wěn)定性能好 （在＋/－200K之間），并且光源之間的色溫一致性更好 ??
陶瓷金鹵燈從點(diǎn)燃起，直到壽命終結(jié)，其色溫變化在200K之內(nèi)，而一般石英金鹵燈在壽命期間的色溫變化要大于600K，所以陶瓷金鹵燈解決了石英金鹵燈的色差和色溫的漂移問(wèn)題；
d、穩(wěn)定的流明輸出 ?
?
光源的流明輸出會(huì)隨著時(shí)間而衰退。陶瓷金鹵燈的流明輸出在小功率的金鹵燈中是最高的，在壽命初期的流明輸出就比一般的石英金鹵燈要高10－20％，更重要的是它能一直維持這樣水準(zhǔn)的光源輸出直到壽命結(jié)束。陶瓷金鹵燈的流明維持率在80％以上，而石英金鹵燈則是60－65％，而且其光衰較快；
e、光源幾何尺寸更緊湊 ??
能兼容現(xiàn)石英金鹵燈的燈具和電器，易于推廣和應(yīng)用。 而且由于其發(fā)光體更小，有利于燈具的設(shè)計(jì)，對(duì)燈光的控制就更方便；
f、具有3000K和4200K兩種色溫可供選擇，光源顯色性好 （Ra 80－90）顯色性的好壞還和電弧管的管壁溫度有關(guān)。
一般來(lái)說(shuō)，管壁溫度越是高，其顯色性也越好。陶瓷金鹵燈的電弧管管壁溫度可以達(dá)到1150度，而石英金鹵燈的電弧管管壁溫度只能達(dá)到800度左右，所以陶瓷金鹵燈的顯色性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于石英金鹵燈。而同時(shí)，管壁溫度還影響者光源的色溫差。就如同我們剛才所講到的，石英金鹵燈由于其最大管壁溫度只能達(dá)到800度，而管壁溫度的高低同色溫差成反比，所以其最終的色溫差也要大于陶瓷金鹵燈。
以下是石英金鹵燈和陶瓷金鹵燈相關(guān)參數(shù)的對(duì)比：
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|
價(jià)
格 |
色溫
穩(wěn)定性 |
顯色指
數(shù)（Ra） |
光源
壽命 |
流明
維持率 |
發(fā)光
效率 |
對(duì)電網(wǎng)電壓的要求 |
應(yīng)用
場(chǎng)所 |
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石英金鹵燈 |
適中 |
色溫變化大于600K，色溫一致性較差 |
60－90 |
6000－9000小時(shí) |
60－65％
光衰較快 |
大于
60
lm/w |
短時(shí)間波動(dòng)<5%,長(zhǎng)時(shí)間波動(dòng)<3% |
工廠、學(xué)校、道路、公園、建筑物、紀(jì)念碑的泛光照明等 |
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陶瓷金鹵燈 |
較高 |
＋/－200K之內(nèi)，色溫一致性好 |
80－90 |
9000－15000小時(shí) |
80％以上，能維持到壽命終結(jié) |
大于90 lm/w |
電源電壓的變化對(duì)其色溫影響很小 |
對(duì)顯色性有嚴(yán)格要求的商店、展示、商業(yè)街道、廣告牌照明等 |
5、金鹵燈的頻閃效應(yīng)
電光源在給人類帶來(lái)光明的同時(shí)，也由于電光源的頻閃，給人類帶來(lái)了新的危害，即頻閃效應(yīng)，改進(jìn)電光源頻閃的根本技術(shù)對(duì)策，是提高驅(qū)動(dòng)電光源發(fā)光體發(fā)光的驅(qū)動(dòng)電功率頻率，使其達(dá)到 40KHz以上。從宏觀技術(shù)角度上講，提高驅(qū)動(dòng)電光源發(fā)光體發(fā)光的驅(qū)動(dòng)電功率頻率的措施很多，但在現(xiàn)階段，有些技術(shù)措施根本不可能實(shí)現(xiàn)，或?qū)崿F(xiàn)成本較高。最為可能、最為經(jīng)濟(jì)，也是最為有效的途徑，是選擇具有交流－直流－交流（AC-DC-AC）頻率變換功能的新型電光源，所以在使用電感鎮(zhèn)流器起動(dòng)的HID光源不可避免的存在頻閃效應(yīng)，但為了減少使用電感鎮(zhèn)流器的頻閃效應(yīng)，只能盡量控制好供電電壓允許偏差（如同一支路上并聯(lián)的光源不多于4個(gè)等）、頻率允許偏差、電網(wǎng)諧波以及三相電壓允許的不平衡度等。 現(xiàn)今的電子技術(shù)在低功率的HID電子鎮(zhèn)流器中把交流－直流－交流頻率變換功能應(yīng)用的很完善。高功率電子鎮(zhèn)流器暫還存在些問(wèn)題沒(méi)有解決，所以在低功率的HID燈具中，現(xiàn)今多數(shù)廠家建議用戶使用電子鎮(zhèn)流器，以便改善光源的頻閃效應(yīng)。
6、結(jié)語(yǔ)
自從陶瓷金鹵燈上市以來(lái)，其產(chǎn)品種類不斷擴(kuò)展，應(yīng)用范圍也不斷延伸。由于其無(wú)與倫比的光源性能，人們希望能夠?qū)⑵鋺?yīng)用領(lǐng)域繼續(xù)拓展，所以陶瓷金鹵燈正向中高功率和更小功率兩個(gè)方向發(fā)展。隨著技術(shù)和產(chǎn)品系列的完善，價(jià)格的降低，這就會(huì)使陶瓷金鹵燈真正成為人們的首選光源，人類的智慧之光。
