一 金屬鹵化物燈光通維持率分析

　　填充不同系列金屬鹵化物、不同功率、不同設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的金屬鹵化物燈其光通維持率變化曲線有所不同，如大部份金屬鹵化物燈在燈燃點(diǎn)初期(幾小時(shí)到一︿二百小時(shí))光通量下降較快，再繼續(xù)燃點(diǎn)則光通量的下降就比較平穩(wěn)。但也有一些金屬鹵化物燈的光通維持率變化曲線與此不同，燃點(diǎn)初期光通量下降速率與后期燃點(diǎn)光通量下降速率基本相近。上述區(qū)別主要由于燃點(diǎn)初期與后期的光通量下降原因雖有所相近但也有不同所至。要深入分析金屬鹵化物燈燃點(diǎn)中的光通量下降原因，需要對(duì)燈燃點(diǎn)初期與燃點(diǎn)后期光衰機(jī)理分別進(jìn)行分析，以利為有效提高燈的光通維持率。

　　首先分析燃點(diǎn)初期的光通量下降的機(jī)理，如對(duì)某一確定的金屬鹵化物燈的電弧管包括：石英泡殼與電極的尺寸和形狀;電極伸出長(zhǎng)度;冷端溫度(包括保溫涂層尺寸及涂層厚度);填充的金鹵丸的配比和劑量，及輸入電弧功率等參數(shù)確定之后，其光通的變化基本上決定于：1，石英泡殼的光透過(guò)率的變化。2，電極發(fā)射性能(包括陰極電位降)的變化。3，金屬鹵化物燈電弧管中發(fā)光元素(Na、Sc、Dy、Hg---等等)原子濃度及原子分布狀況的變化。

　　由于金屬鹵化物燈電弧管中原子總輻射強(qiáng)度取決于激發(fā)態(tài)原子濃度,其表達(dá)式如下：

　　其中N0即為各種發(fā)光元素的原子濃度。Vk為各種發(fā)光元素的激發(fā)位能。T為各元素原子所處位置溫度。由于金屬鹵化物燈在燃點(diǎn)時(shí)電弧管內(nèi)不同點(diǎn)存在很大的溫度差異,圖一為35W汽車(chē)金屬鹵化物燈電弧管的等溫曲線圖。

　　圖1 35W汽車(chē)金屬鹵化物燈管的等離子體的溫度輪廓曲線。電極距離為4.2mm，等溫線間隔為250K。

　　由上式可以看出同等數(shù)量的發(fā)光元素原子在不同等溫線區(qū)域其發(fā)光強(qiáng)度不同。對(duì)處于飽和蒸氣壓狀態(tài)下的NaI、ScI3等金屬鹵化物分子濃度是由電弧管冷端溫度、在冷端附近附著在石英管壁上的液相金屬鹵化物表面積(決定于金屬鹵化物填充量、冷端表面的形狀與狀態(tài))及其流經(jīng)液相金屬鹵化物表面氣流速度所決定。由此可見(jiàn)電弧冷端狀況會(huì)很大程度上影響其原子濃度高低及其分布狀態(tài)，當(dāng)然就會(huì)影響金屬鹵化物燈的發(fā)光強(qiáng)度。仔細(xì)觀察燃點(diǎn)中的金屬鹵化物燈冷端附近液相金屬鹵化物分布狀況不難發(fā)現(xiàn)，金屬鹵化物燈燃點(diǎn)初期的幾小時(shí)至幾十小時(shí)內(nèi)冷端附近液相金屬鹵化物分布狀態(tài)變化很大(尤其是Sc-Na系列金屬鹵化物燈)，因此引起電弧管內(nèi)原子濃度分布狀態(tài)變化亦很大,它是引起金屬鹵化物燈初期光衰較大的主要原因之一。

　　原因之二是鈧(鏑)的初期損耗，如Sc-Na系列金屬鹵化物燈燃點(diǎn)時(shí)，從局部化學(xué)熱力學(xué)平衡(LTE)角度分析,電弧管中的ScI3-NaI蒸氣壓力可由NaScI4-NaI熔鹽中NaScI4克分子量所決定。Sc的損耗即是NaScI4克分子量的減少,自然引起ScI3、NaI蒸氣壓的下降而導(dǎo)至發(fā)光強(qiáng)度降低，在金屬鹵化物燈燃點(diǎn)初始ScI3的分子濃度由填充金屬鹵化物的鈧、鈉比及冷端溫度所決定，但燃點(diǎn)過(guò)程中ScI3、 NaI分子進(jìn)行不斷的氣化-液化循環(huán)過(guò)程,其中氣化溫度較高的ScI3分子會(huì)沉積在液態(tài)金屬鹵化物的底層，進(jìn)而ScI3分子還會(huì)逐步沉積在電極桿底部的石英夾縫中及石英管壓封部的溝縫等處，從而引起液態(tài)表面的鹵化物的鈧、鈉比的降低，減少了NaScI4-NaI熔鹽中的NaScI4克分子量，這種逐步沉積過(guò)程會(huì)從快到慢延續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間(幾小時(shí)至幾十小時(shí))。另外鈧與燈管石英管壁的化學(xué)反應(yīng)也引起鈧損失，其化學(xué)反應(yīng)式如下：