Влияние ионно-плазменной обработки конструкционных материалов на характеристики тепловых источников оптического излучения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.07, кандидат технических наук Кошин, Илья Николаевич

• Кошин, Илья Николаевич
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кошин, Илья Николаевич

Принятые основные сокращения.

1. ВВЕДЕНИЕ.

2. АНАЛИЗ ПРИЧИН ВЫХОДА ТЕПЛОВЫХ ИСТОЧНИКОВ

ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ИЗ СТРОЯ.

2.1. Влияние различных факторов на разрушение тела накала.

2.2. Анализ причин возникновения дугового разряда в лампах накаливания.^

2.3. Влияние примесных газов на поверхностные свойства мате-иалов для тепловых источников-¡оптического излучения.

2.4. Постановка задачи.

3. ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОГО ИСПАРЕНИЯ И ПРИМЕСНЫХ КОМПОНЕНТОВ ГАЗОВ НА МАТЕРИАЛ ТЕЛ НАКАЛА ТЕПЛОВЫХ

ИСТОЧНИКОВ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.

3.1. Механизмы и модели испарения и распыления твердых тел.

3.2. Влияние бомбардирующих частиц на физико-химические свойства материалов.

3.3. Оценка возможностей модифицирования поверхности твердых тел.

3.4. Физико-химия процессов поглощения газов геттерными материалами.

3.5. Расчетная оценка сорбционной емкости пленок титанового геттера.

3.6. Выводы.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИОННО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ И НАНЕСЕНИЕ МЕТАЛЛИЗИРОВАННЫХ ГЕТТЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ.

4.1. Принцип работы и основные характеристики установки для ионно-плазменной обработки материалов.

4.2. Особенности работы установки при напылении геттерных покрытий.

4.3. Выбор образцов и режимов для модифицирования вольфрамовых тел накала и нанесения геттерных покрытий на то-ковводы.

4.4. Выводы.

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ИОННО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ ВОЛЬФРАМОВЫХ. ТЕЛ НАКАЛА И ГЕТТЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛОВЫХ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА.

5.1. Методика проведения стендовых испытаний ламп накаливания.

5.2. Светотехнические и эксплуатационные характеристики ламп накаливания, полученные в ходе стендовых испытаний.

5.3. Экспериментальная установка для измерения электрической прочности тепловых источников оптического излучения.

5.4. Влияние ионно-плазменной обработки конструкционных материалов на электрическую прочность тепловых источников оптического излучения.

5.5. Феноменологическая модель появления дугового разряда в тепловых источниках оптического излучения.

5.6. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние ионно-плазменной обработки конструкционных материалов на характеристики тепловых источников оптического излучения»

Генерация электромагнитного излучения и, в частности оптического, связана с фундаментальным свойством материи - ее дискретностью. Атомарное строение вещества предполагает возможность возбуждения его электронной подсистемы с последующей релаксацией по оптическому или фононному каналам. Оптическое излучение возникает при протекании различных физико-химических процессов, сопровождающихся перестройкой электронной структуры составляющих систему элементов.

Преобразование электрической энергии в световую, происходящее обычно многоступенчатым образом, не всегда достаточно эффективно. Кроме того, излучение, генерируемое электронно-возбужденными атомами, может само в свою очередь вызывать электронные возбуждения при поглощении квантов. Это позволяет конструировать ИОИ, трансформируя излучение из одной области спектра в другую, как в коротковолновую, так и длинноволновую, т.е. визуализировать УФ- и ИК-излучение.

Принято считать, (см.табл.П.1.) что ЛН появилась в 1872 г., когда русский инженер А.Н.Лодыгин впервые создал лампу с угольной нитью. Такие ЛН имели световую отдачу 2-3 лм/Вт. За более чем столетний период развития ТИОИ их световая отдача увеличена в 5-8 раз, достигнуты значительные успехи в конструировании и технологии массового производства, накоплен обширный теоретический и экспериментальный материал в области понимания физических процессов в ТИС, созданы и всесторонне апробированы методы расчета элементов конструкции и, прежде всего, ТН и характеристик ламп.

В ТИОИ электрическая энергия преобразуется в тепловую, увеличивая внутреннюю энергию атомов твердого тела , что и приводит к излучению. В ТИОИ подведенная электрическая энергия преобразуется в световую через тепловую форму движения материи. В ТИОИ принципиально невозможно получить высокую эффективность преобразования электрической энергии в световую, т.к. при возможных температурах нагрева твердых тел внутренней (тепловой) энергии недостаточно для электронных возбуждений большей части твердофазных частиц. При повышении температуры твердых тел световая отдача растет, но при этом значительно увеличивается тепловое испарение материала и резко уменьшается ресурс работоспособности ТИОИ. Попытки отыскания компромисса между желательно высокой световой отдачей и большим сроком службы ТИОИ привели к созданию газополных вариантов ламп со спирализованным и биспирализованным вольфрамовым ТН, а в дальнейшем и ГЛН, в которых используются химические транспортные реакции с целью организации переноса испарившихся атомов вольфрама на ТН и, таким образом, реализуется возможность уменьшения эффективной скорости испарения материала ТН. Высокая скорость испарения вольфрама, газовыделение в процессе работы ламп негативно влияет на работу ТН, ускоряя выход ЛН из строя.

Дальнейшее совершенствование и развитие ТИОИ требует углубленного понимания механизмов оптических и физико-химических процессов, происходящих на поверхности и в объеме раскаленного ТН. Уменьшение скорости термического испарения материала ТН, нейтрализация отрицательного воздействия химического распыления со стороны "вредных" газов ТН должно безусловно привести к увеличению светового потока и срока службы ТН.

Целью исследования является осуществление дальнейших теоретико-расчетных и экспериментальных исследований изменения поведения светотехнических, электрических и эксплуатационных характеристик, а также электрической прочности ЛН при использовании ионно-плазменной обработки ТН и ионно-плазменного напыления геттерного слоя на внутренние конструктивные элементы лампы. Для достижения поставленной цели необходимо решение ряда задач:

- расчетно-экспериментальным путем определить диапазон энергий пучка химически неактивных низкоэнергетических частиц, необходимых для поверхностного модифицирования вольфрамовых ТН;

- расчетно-аналитическим путем определить необходимую толщину напыляемого ионно-плазменным методом геттерного слоя;

- определить оптимальные режимы работы экспериментальной установки для модифицирования поверхности ТН и нанесения геттерных слоев;

- исследовать характер поведения электрических и светотехнических характеристик и срока службы ТИОИ в зависимости от энергии пучка низкоэнергетических частиц при ионно-плазменной обработке ТН и параметров ионно-плазменного напыления геттерного слоя;

- провести исследование влияния ионно-плазменного модифицирования поверхности вольфрамовых ТН и воздействия геттерного слоя на электрическую прочность ЛН в процессе их эксплуатации.

Объектом исследования являются наиболее массовые ТИОИ - лампы накаливания общего назначения, а также галогенные лампы, отличающиеся конструктивным исполнением ТН и колбы, удельной электрической нагрузкой и материалом газопоглотителя.

Методы исследования:

- физическое моделирование процессов} приводящих к появлению дугового разряда в ЛН, и на этой основе разработка путей их возможного предотвращения;

- оценочное описание величины напряженности электрического поля, прикладываемого к ТН в рабочем режиме лампы?и условия возникновения дугового разряда в ЛН;

- проверка полученных теоретико-расчетных данных путем их сопоставления с результатами экспериментальных исследований параметров стендовых испытаний ЛН на срок службы.

Для экспериментального исследования зависимостей электрических и светотехнических характеристик, напряжения пробоя ТИОИ в течение срока службы была использована экспериментальная установка, позволяющая воепроизводить параметры режимов ионно-плазменной обработки поверхности внутренних конструкционных элементов ламп.

С целью определения зависимости напряжения пробоя ЛН от параметров режима обработки ТН и нанесения геттерных слоев была применена экспериментальная установка, позволяющая проводить измерения пробивного напряжения без разрушения лампы, что позволяло контролировать изменение величины напряжения пробоя в течение всего срока службы ТИОИ.

Научная новизна:

- предложен и апробирован способ ионно-плазменного модифицирования низкоэнергетическими ионами инертного газа поверхности вольфрамовых ТН ЛН. Экспериментально определены оптимальные режимы модифицирования поверхности ТН ЛОН мощностью от 40 до 100 Вт;

- предложен и апробирован метод ионно-плазменного напыления геттерных металлизированных пленок на токовводы ЛН. Отработаны технологические режимы нанесения титановых геттерных пленок, обладающих хорошей адгезией и геттерными свойствами в процессе всего срока эксплуатации ламп. Рассчитана оптимальная толщина геттерного слоя (для ЛОН мощностью 40 - 100 Вт приблизительно 3,5 мкм);

- доказано, что модифицирование поверхности вольфрамовых ТН потоком низкоэнергетических ионов инертного газа уменьшает скорость теплового испарения вольфрамового ТН;

- доказано, что поверхностное модифицирование ТН и введение титанового геттера приводит к увеличению электрической прочности ЛН;

- получены патентные подтверждения на способ модифицирования поверхности ТН и метод напыления геттерного слоя.

Научные результаты, выносимые на защиту.

1. Метод ионно-плазменной обработки поверхности вольфрамовых ТН с целью уменьшения скорости испарения материала и стабилизации светового потока ламп.

2. Способ нанесения геттерного материала на внутреннее звено токовво-дов ЛН без изменения последовательности операций в принятой технологии изготовления ламп.

3. Метод ионно-плазменной обработки конструкционных элементов ЛН - поверхностное модифицирование вольфрамовых ТН и напыление геттерных пленок, приводит к увеличению электрической прочности ламп в области 380800 часов на 5-10% относительно контрольных партий ламп, в течение всего срока службы.

4. Ионно-плазменное модифицирование поверхности ТН галогенных ЛН способствовало увеличению срока службы ламп в 2,5 раза.

Практическая ценность и реализация результатов работы:

- проведена оценка числа столкновений ионов плазменного потока с поверхностными атомами материала ТН;

- экспериментальным путем определены режимы работы установки по модифицированию поверхности вольфрамовых ТН;

- проведен выбор геттерного материала для ионно-плазменного метода напыления;

- найдена оптимальная толщина геттерной пленки;

- экспериментальным путем определены режимы работы установки по нанесению металлизированных геттерных пленок ионно-плазменным методом;

- повышена стабильность светового потока и получено увеличение электрической прочности ламп в результате ионно-плазменного модифицирования поверхности вольфрамовых ТН и наличия в колбе слоя титанового геттера на токовводах.

Работы по использованию ионно-плазменных методов, изготовление и комплексное исследование прочих характеристик ламп были выполнены на кафедре Светотехники и источников света Мордовского государственного университета имени Н.П.Огарева совместно с ОАО"ЛИСМА". Стендовые испытания на срок службы проводились на испытательном стенде указанного предприятия, что подтверждается соответствующими протоколами и актами внедрения, прилагаемыми к диссертационной работе.

Апробация работы и публикации. Материалы, вошедшие в диссертационную работу, докладывались и обсуждались на 1"ои Всероссийской конференции с международным участием "Светоизлучающие системы. Эффективность и применение" (г. Саранск, 1994г.); Международной научной конференции "Методы и средства управления технологическими процессами" (г.Саранск, 1995г.); 9"ои международной конференции по радиационной физике и химии неорганических материалов РФХ-9 (г.Томск, 1996); 4"го Всероссийского совещания с международным участием по материалам для источников света, электронных приборов и светотехнических изделий МИСЭПСИ-4 (г.Саранск, 1996г.); 1Г0И Всероссийской конференции с международным участием "Светоизлучающие системы. Эффективность и применение" (г.Саранск, 1997г.); ПГеи Конференции молодых ученых Мордовского госуниверситета имени Н.П.Огарева (г.Саранск, 1998г.); 1Г0И Международной научно-технической конференции "Проблемы и прикладные вопросы физики" (г.Саранск, 1999); Огаревских чтениях, проводившихся на базе Мордовского университета имени Н.П.Огарева (г.Саранск, 1996-99 г.г.).

По теме диссертации опубликовано 13 работ в отечественных сборниках, тезисах докладов конференций, совещаний, семинаров, а также по данным работы получены два патентных свидетельства на способ обработки тел накала для ТИС и на способ внесения газопоглотителя в объем колбы ЛН.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов по работе, списка литературы, приложения и актов об использовании работы. Общий объем диссертации 213 стр, включающая рисунки (на 52 стр.) и 26 таблиц. Список литературы содержит 129 наименований.

Заключение диссертации по теме «Светотехника», Кошин, Илья Николаевич

5.6. ВЫВОДЫ.

1. Предложен метод ионно-плазменной обработки вольфрамовых нитей ТН потоком ионов инертного газа аргона со средней энергией 0,4 кэВ с целью модифицирования поверхности и уменьшения скорости испарения материала.

2. Предложен способ внесения и крепления в объеме колбы лампы слоя не распыляемого тиитанового геттера, без изменения принятой технологии изготовления ламп.

3. Получены геттерные титановые пленки методом ионно-плазменного напыления на средней части внутреннего звена токовводов толщиной от 1, до 5 мкм, выдерживающие нагрев до 900 К без растрескивания и осыпания в течение длительного времени.

4. Получен замедленный (до 10% для 40 Вт ламп) спад светового потока экспериментальных партий наиболее массовых ЛОН мощностью 40, 60 и 100 Вт при проведении стендовых испытаний на продолжительность горения относительно контрольных партий ламп, что соответствует увеличению полезного срока службы (нормируемого по спаду светового потока до 25% от первоначального) экспериментальных партий ламп на 15-20% (150-200 часов горения).

5. Увеличение полезного срока службы на 15-20% ведет к дополнительной генерации светового потока ЛН мощностью 40,60,100 Вт в пределах 710%, что составляет 90-130 лм.

6. Получено увеличение срока службы ламп с модифицированными ТН типа КГМ 12-40 с 250 часов до 1150 часов горения относительно контрольных ламп.

7. Установлено, что максимум напряжения пробоя экспериментальных партий ламп как с модифицированными ТН, так и со слоем титанового геттера на токовводах приходится на область 380-800 часов горения, тогда как контрольных партий - на область 750 часов.

8. Получено увеличение напряжения пробоя экспериментальных партий ламп как с модифицированными ТН (на 20-25 В (6-7%)), так и со слоем титанового геттера на токовводах (на 25-30 В (5-10%)), относительно контрольных партий в течение всего срока службы.

9. Установлена корреляция между величиной напряжения пробоя, спадом светового потока и выходом ламп из строя в течение всего срока службы: меньшему значению напряжения пробоя соответствует больший спад светового потока и больший выход ламп из строя.

10. Установлен меньший выход из строя ламп экспериментальных партий со слоем титанового геттера на токовводах на 10-40%) относительно контрольных партий ламп.

11. Установлено, что для всех исследованных партий ЛН напряжение пробоя приблизительно в двое превышает номинальное напряжение питания; с увеличением мощности ламп величина напряжения пробоя уменьшается; для ламп одной мощности напряжение пробоя уменьшается с ростом номинального напряжения питания ламп.

12. Расчетно-аналитическим путем определено условие возникновения

ТУ 1 электрического разряда в ТИОИ: Е^.)^. ши Е^.)—¡¡¡Л—

Рг С Р, я(Кс+1)

13. Проведенные расчеты напряженности электрического поля действующее на ТН ТИОИ, мощностью до 1000 Вт и с напряжением питания 127/220 В, показали величину напряженности равной 103-^104 В/м, т.е. на три порядка меньше, чем требуется для ионизации имеющихся в лампе материалов.

14. Показано, что рост температуры ТН вызывает, согласно второму закону Вина смещение положения максимума излучательной способности в сторону более коротких длин волн и увеличение мощности излучения (закон Стефана - Больцмана). Поэтому с ростом температуры ТН растет и доля ультрафиолетового излучения в интегральном излучении вольфрама. При температуре выше 3400 К доля УФ-излучения составляет около одного процента, а л в абсолютных единицах более 2 Вт/м . Это УФ - излучение могло бы вызвать фотономизацию остаточных газов или фотоэлектронную эмиссию. Согласно феноменологической теории Фаулера, при Т>0 фотоэлектронная эмиссия наблюдается при частотах меньше пороговых соответствующих "красной границе" фотоэффекта. Пороговая энергия фотоэлектронной эмиссии 1ту0 в металлах совпадает с термоэлектронной работой выхода еУ.

15. Расчеты показывают, что ^в атмосфере аргона составляет величину

7 17 3 порядка 10" м. Для случая когда Т = 3000 К, = 2,х10 м" , а для электрона (5-6)хЮ"7. Таким образом, атом при движении между витками испытывает (1о

3)х 10 столкновений, а электрон - в пять-шесть раз меньше.

16. Как уже отмечалось выше, электрическая дуга возникает приблизительно при удвоении номинального напряжения питания лампы. При подаче импульса перенапряжения до 2,5 кВ (20мкс) дуговой разряд развивается во всех типах ЛН. Так, для случая вакуумных миниатюрных и сверхминиатюрных ламп Хе и не менее межвиткового расстояния (порядка (2-10)хЮ"6 м). При напряжении на лампе до 6 В и количестве витков от 20 до 50, градиент напряжения между витками составляет величину порядка 10э+106 В/м, что очевидно недостаточно для развития пробоя. При подаче на лампу микросекундного импульса напряжением 2,5 кВ величина Е достигает 4хЮ7+4хЮ8 В/м", что вполне достаточно для возникновения межвиткового пробоя.

Разработано, изготовлено и апробировано устройство крепления больших (до 300 шт) партий ТН ЛН разных мощностей, проходящих обработку при одном и том же режиме одновременно в рабочей камере экспериментальной установки типа "Булат".

Получен замедленный (до 10% для 40 Вт ламп) спад светового потока экспериментальных партий наиболее массовых ЛОН мощностью 40, 60 и 100 Вт при проведении стендовых испытаний на продолжительность горения относительно контрольных партий ламп, что соответствует увеличению полезного срока службы (нормируемого по спаду светового потока до 25% от первоначального) экспериментальных партий ламп на 15-20% (150-200 часов горения). Увеличение полезного срока службы на 15-20%) ведет к дополнительной генерации светового потока ЛН мощностью 40,60,100 Вт в пределах 7-10%, что составляет 90-130 лм. Так же получено увеличение срока службы ламп с модифицированными ТН типа КГМ 12-40 с 250 часов до 1150 часов горения относительно контрольных ламп.

II. На основе обзора периодической и патентной литературы по газовы-деляющим и газопоглощающим материалам был проведен выбор газопоглотителя и наиболее оптимального способа его внесения в объем лампы.

Проведенный анализ используемых в электроламповой промышленности геттерных материалов показал, что большим сроком действия, соизмеримым со сроком службы ЛН, обладают не распыляемые газопоглотители, из которых наименьшей стоимостью, пожаро-взрывоопасностью, достаточно хорошими сорбционными свойствами по отношению к "вредным" для ламп газам является титановый геттер.

Оценка сорбционной емкости титанового геттера показала, что емкость слоя в 1 мкм становится сопоставимой с величиной газовыделения стекла, а при толщине слоя 10 мкм - сорбционная емкость слоя титанового геттера более чем на порядок превышает газовыделение стекла.

Для напыления слоя титанового геттера предложено использовать среднюю часть внутреннего звена токовводов, где сорбция титаном "вредных" для

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В данной диссертационной работе были рассмотрены вопросы, связанные с термическим испарением материала ТН, газовыделением конструкционных элементов ЛН и их влиянием на возникновение дугового разряда в лампе. В литературном обзоре наиболее подробно рассмотрены механизмы испарения твердых тел, газовыделение и газопоглощение электроламповых материалов.

I. Проведенный анализ теоретических представлений о моделях испарения твердых тел показал, что скорость испарения с плотноупакованных граней ниже по сравнению с другими гранями кристалла. Поэтому в процессе работы ТИОИ происходит огранение поверхностных вольфрамовых проволок ТН и увеличение доли атомно-гладких поверхностей за счет большей скорости испарения атомов вольфрама на "террасе", чем на "ступени".

Одним из возможных способов модифицирования поверхности может служить метод ионно-плазменной обработки поверхности вольфрамовых ТН ионами инертного газа, обладающих, достаточной энегрией для распыления поверхностных атомов. Регулируя энергию и плотность пучка заряженных частиц можно подобрать условия для эффективного распыления наиболее слабо связанных атомов материала.

Проведенная расчетная оценка числа столкновений ионов плазменного потока с поверхностными атомами вольфрамовых ТН показала, что приповерхностной концентрации атомов 1014+101:> см"2 и плотности плазменного потока 10псм2хс"', каждый поверхностный атом испытывает взаимодействие с бомбардирующими ионами инертного газа.

В целях ионно-плазменного модифицирования вольфрамовых ТН и ион-но-плазменного напыления слоя титанового геттера была задействована экспериментальная установка типа "Булат", технические характеристики которой позволили получить необходимую для распыления энергию бомбардирующих ионов (0,4 кэВ), а также толщину геттерного слоя необходимую для оптимальной сорбции" вредных" для лампы газов. лампы газов оптимальна, что обусловлено необходимым температурным диапазоном работы геттера.

Экспериментальным путем были подобраны оптимальные параметры режимов работы экспериментальной установки типа "Булат" для ионно-плазменного модифицирования поверхности вольфрамовых ТН и напыления слоя титанового геттера.

Разработано, изготовлено и апробировано устройство крепления больших ших (до 200 шт.) токовводов ЛН разных мощностей, проходящих обработку при одном и том же режиме одновременно в рабочей камере экспериментальной установки типа "Булат".

Методом ионно-плазменного напыления получены геттерные титановые пленки толщиной от 1,5 до 5 мкм, выдерживающие нагрев до 900 К без растрескивания и осыпания в течение длительного времени.

Установлен меньший выход из строя ламп экспериментальных партий со слоем титанового геттера на токовводах на 10-40% относительно контрольных партий ламп.

III. Установлено, что максимум напряжения пробоя экспериментальных партий ламп как с модифицированными ТН, так и со слоем титанового геттера на токовводах приходится на область 380-800 часов горения, тогда как контрольных партий - на область 750 часов.

Получено увеличение напряжения пробоя экспериментальных партий ламп как с модифицированными ТН (на 20-25 В (6-7%)), так и со слоем титанового геттера на токовводах (на 25-30 В (5-10%)), относительно контрольных партий в течение всего срока службы.

Установлена корреляция между величиной напряжения пробоя, спадом светового потока и выходом ламп из строя в течение всего срока службы: меньшему значению напряжения пробоя соответствует больший спад светового потока и больший выход ламп из строя.

Установлено, что для всех исследованных партий ЛН напряжение пробоя приблизительно в двое превышает номинальное напряжение питания; с увеличением мощности ламп величина напряжения пробоя уменьшается; для ламп одной мощности напряжение пробоя уменьшается с ростом номинального напряжения питания ламп.

Расчетно-аналитическим путем определено условие возникновения элек

ГрГГ^Т! Р У' \ ^ Мв ,,„,, Р™ \ ^ Ш ~ ^ трического разряда в ТИОИ: -— или -)—--.

Рг С Рг л(Кс +1)

Проведенные расчеты напряженности электрического поля действующее на ТН ТИОИ, мощностью до 1000 Вт и с напряжением питания 127/220 В, показали величину напряженности равной 103-ьЮ4 В/м, т.е. на три порядка меньше, чем требуется для ионизации.

Расчеты показывают, что А^ в атмосфере аргона составляет величину порядка 10"7 м. Для случая когда Т = 3000 К, = 2,1 *1017м"3, а для электрона (5у

6)х10" . Таким образом, атом при движении между витками испытывает (1-3)х10" столкновений, а электрон - в пять-шесть раз меньше.

Как уже отмечалось выше, электрическая дуга возникает приблизительно при удвоении номинального напряжения питания лампы. При подаче импульса перенапряжения до 2,5 кв (20мкс) дуговой разряд развивается во всех типах ЛН. Так, для случая вакуумных миниатюрных и сверхминиатюрных ламп и Аду не менее межвиткового расстояния (порядка (2-10)х 10"6 м). При напряжении на лампе до 6 В и количестве витков от 20 до 50, градиент напряжения между витками составляет величину порядка 105-Ч06 В/м, что очевидно недостаточно для развития пробоя. При подаче на лампу микросекундного импульса напря

7 8 2 жением 2,5 кВ величина Е достигает 4x10 -^4x10 В/м , что вполне достаточно для развития дугового разряда.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кошин, Илья Николаевич, 1999 год

1. О критической потере в весе тела накала и срока службы ламп накаливания / Корочков В.Н., Косинец А.Г., Пляскина Т.П., Вугман С.М. // Тр. Всесоюзн. НИИ источников света.-Саранск, 1974.-Вып.6.-С.48-53.

2. Иванов А.П. Электрические источники света: 4.1. Лампы накалива-ния.-М.;Л.: ОНТИ, 1938. 357с.

3. Пляскин П.В., Корочков В.Н., Троельникова Г.Д. и др. К вопросу об оптимизации ламп накаливания// Светотехника.- 1969.- N10,- С. 17-19.

4. Ручина В.И., Ручин В.И., Синицин Г.Ф. О механизме разрушения тела накала ламп накаливания // Светотехника.- 1990.- N8.- С. 13-15.

5. Fax D.H, Sell H.I. & Stickler R. Transiennts in incandescent lamp filaments containing defects //Ilium. Eng.- 1971.- V.66, N4, Sec.l.- P. 187-192.

6. Becker R. The period and evaporation of Tungsten//Zeits-chriff fur Technishe Physik.- 1975.- Bd.6, N28.- S.309.

7. Becker K.H., Haals D., Tatarczyk T. Die Kinetik der NO+O -Rekombination im Niederdruckbereich // Ber. Bunsen Phys. Chem.- 1974.- Bd.78, N2.- S.204.

8. Гуторов M.M. Основы светотехники и источников света.-М.: Энергия, 1968.- 392с.

9. Иванов А.П. Электрические источники света.-М.: Госэнергоиздат, 1955.- 431с.

10. Dawson C.W., Nelson I.G., Radrelovage W.F. Hot spots and their effect on the lives of incandescent filaments // J. IES.- 1973. V.2, N4,- P.381-386.

11. Covington I. Effect of variations in coil pitch on burnout//Ligcht. des and Appl.- 1974,- V.4, N6,- P.40.

12. Goms W., Kinkarts H., Lechner W. Incandescent lamp filaments. Faset-Cooting. Failure Mechanisms // Philips Res. Repts.- 1977,- N32,- P.82-95.

13. Baker C. The effect of coil pitoh and wire diameter variation on incandescent filament behavior // J. IES.- 1974,- V.4, N4,- P.280-285.

14. Пасутман Б.В. Исследование разброса шагов спиралей для тела накала и его влияние на продолжительность горения электрических ламп накаливания. : Автореф. дис. канд. техн. наук,-М., 1983.-20с.

15. Литвинов B.C., Рохлин Г.Н. Тепловые источники оптического излучения.- М.: Энергия, 1975,- 248 с.

16. Ручин В.И., Синицин Г.Ф., Токарев А.Т. Влияние некоторых факторов на продолжительность горения ламп накаливания // Тр. Всесоюзн. НИИ источников света,- Саранск, 1980.- Вып. 11,-С.56-62.

17. Fenderson W.A., Passmore Е.М. Incandescent lamp failure mechanisms // J. IES.- 1975,- V.5, N1.- P.31-37.

18. Ручин В.И. Процессы разрушения вольфрамовой проволоки при работе в различных средах в качестве тела накала и пути повышения долговечности ламп: Автореф. дис. канд. техн. наук.- М. 1984.- 20с.

19. Гегузин Я.В. Макроскопические дефекты в металлах.- М.: ГОНТИ, 1962,- 252с.

20. King R.L., Setser R.W. Chemical reactions at vary low pressure // Ann. Rev. Phys. Chem.- 1976.- V.27.- P.407-442.

21. Мордюк B.C., Черкашин В.И. Проблемы газового наполнения ламп накаливания // Электротехническая промышленность. Сер. Светотехнические изделия,- 1970,-Вып.4.-С. 75-78.

22. Котляр A.A. и др. Определение скоростей испарения в вакууме вольфрама, тантала, и некоторых сплавов на их основе // Сб. материалов по вакуумной технике.- М, I960.- Вып.23.- С.53-55.

23. From Е. Gas-metal reactions of refractory metals at temperature in high vacuum // J. Vacuum Sei. Techn.- 1970,- V.7, N6.- P. 100-105.

24. From E. Verhalten hochschmelrender Metalle unter niedrigen Gasdrucken // 9-te Plansee Seminar Preprints Reutt.- Berlin.- 1977.- P.37-43.

25. Alwer F.H.R., Wiedijk P. Experimentalle und termodynamische Ûntersuchïng zur Reaktion von Wolframdrahten mit H20 bei Temperaturen ziehen 1500 und 2800 K. Z. //Anorg undallgem. Chem.- 1971.-N385.- S.312-320.

26. Корнилов И.И. Взаимодействие тугоплавких металлов переходных групп с кислородом.- М.: Наука, 1967.- 255с.

27. Круглых A.A. Исследование испарения чистых металлов и интерметаллических соединений: Автореф. дис. канд. техн. наук. -М., 1968. 20с.

28. Беспалова В.А., Мордюк B.C., Ручин В.И., Токарев А.Т. Некоторые результаты масс-спектрометрического исследования чистоты газового наполнения ламп накаливания // Электротехническая промышленность. Сер. Светотехнические изделия.- 1980.- Вып.5.- С. 1-2.

29. Королев Б.Н. Лампы с криптоновым наполнением// Светотехника.-1937.-N3.-C.3-7.

30. Buchanen В.А. Some Aspects of Arcing in Incandescent Filament Lamps//Frans. Ilium. Engen. Soc.- 1964,-V.29, N1.-P.15-17.

31. Сливков H.H., Михайлов B.H., Настюха А.И. Электрический пробой и разряд в вакууме.- М.: Атомиздат, 1966.- 268с.

32. Агашев Е.И., Беляков Ю.Н. Нестационарная термоионная эмиссия никеля и вольфрама в вакууме // Журн. техн. физики.- I960.- Т.ЗО, N2.-С.223.

33. Зандберг Э.Л., Ионов Н.И. Поверхностная ионизация,- М.: Наука, 1969,- 286с.

34. Аслиддинова М.Ю. Исследование влияния ионной бомбардировки электродов на электрическую прочность высоковольтных вакуумных промежутков.: Автореф. дис. канд. физ.-мат. наук,- Ташкент, 1983. 20с.

35. Закис Я.Я. О перегорании биспиральных тел накала ламп накаливания с образованием дуги // Светотехника.- 1970.- Т12.- С. 10-12.

36. Корочков В.H. Исследование и методы определения оптимальных условий наполнения аргоновых ламп накаливания. : Автореф. дис. канд. техн. наук.-М., 1974. 20с.

37. Исследование факторов, влияющих на эффективность ламп накаливания : Отчет / Всесоюзн.НИИ источников света; Руководитель П.Н.Пляскин.-N ГР 71013609; Hhb.N 51/311-1972-2,- Саранск, 1970.-675с.

38. Мордюк B.C., Пасутман Б.В. О влиянии погрешности коэффициента шага моно- и биспиралей на характеристики ламп накаливания// Светотехника,- 1977,-N 12,- С.7-9.

39. Пляскин П.Н., Корочков В.Н., Литвинов B.C. Электрический разряд в лампах накаливания// Светотехника,- 1971.- N8.-C.4-6.

40. Пляскин П.Н., Корочков В.Н., Закис Я.Я., Литвинов B.C. О возможных механизмах перегорания тела накала срока службы ламп накаливания // Светотехника,- 1970,- N9.- С.5-8 .

41. Конин М.А. Критический шаг спирали в биспирали // Электротехническая промышленность. Сер. Светотехнические изделия.- 1970.-Вып.З,- С.47-61.

42. Cannor I., Mac I.M. & Rees В.S. Abnormal faulure mechanism in incandescent lamps // I. Eng. Soc.- 1975,- N8.-P.l 17-122.

43. Ныш A.C., Сопитько В.Г., Шейфельд B.C. О возможных механизмах перегорания тела накала и образования электрического разряда в лампах накаливания // Светотехника,- 1978,- N6,- С.3-4.

44. Лисунова Т.Н., Резник М.Б. Перегорание тела накала автомобильных ламп// Светотехника.- 1984.-N12.- С.7-9.

45. Королева И.Н., Волков В.И. О причинах отказа галогенных малогабаритных ламп накаливания. // Тр. Всесоюзн. НИИ источников света.- Саранск, 1980.- Вып.12.- 160с.

46. Пасутман Б.В. К вопросу о причинах перегорания газополных электрических ламп накаливания//Светотехника.-1978.- N9.-С.7-8.

47. Мордюк B.C., Перцев А.Г., Хлынцев В.П. Локальная дуга в лампах накаливания инициированная лазером // Электрическая промышленность. Сер. Светотехнические изделия,- 1975.- Вып.1 (31).- С.12-13.

48. Корочков В.Н., Литвинов B.C. К оценке влияния отклонения коэффициента шага на срок службы ламп накаливания // Светотехника.- 1975.- N3,-С.17-18.

49. Алейникова В.И., Коленчиц O.A., Туровская В.И. О связи между напряжением пробоя и световой отдачей ламп накаливания. // Светотехника,-1987,-N11,- С.16-17.

50. A.C. 1173477 СССР Устройство защиты нагрузок от токовой перегрузки / В.И. Алейникова, В.А. Царев, В.А. Буслов, В.И. Туровская // Опубл. 20.03.85, Бюл. N30.

51. Корочков В.Н. Исследования и методы определения оптимальных условий наполнения аргоновых ламп накаливания. : Автореф. дис. канд. техн. наук.-М., 1974,- 18с.

52. Зотов А.Р. Напряжение пробоя в лампах накаливания // ЭПСИ.-1980.- Вып.5(65).- С.20.

53. Coaton I.R. The optimum operating gas pressure for incandescent tungsten filament lamps // Light. Res. Technol.- 1969.-V.l, N1.-P.98-103.

54. Исследование влияния ограничения напряжения на срок службы источников света и разработка рекомендаций использования его на промышленных предприятиях: Техн. отчет/ Руководитель. A.B. Харитонов,- N ГР 01830053217; Инв. N 0284009217.- Саранск, 1986. 74с.

55. Резник М.В., Соколов В.Ф. Влияние режима включения и выключения на срок службы ламп накаливания // Электрическая промышленность. Сер. Светотехнические изделия,- 1984,- Вып.1.-С.1-2.

56. Коллинс М., Тернбалл Д. Термическое обезгаживание электровакуумных материалов// Техника электронных ламп: Пер. с англ.; Под.ред. Б.П. Никонова,- М., 1963,- С.149-157.

57. Todd B.J. Outgassing of Glass // J. Appl. Phys.- 1955,- V.26, N10.1. P.1238.

58. Scholze H. Der Einbau des Wassers in Clasern // Glastech. Ber.-1959.- Bd.32, N.4.- S.142.

59. Garbe S., Christians K. Zur Gasabgabe von Glasern // Vakuum Technik.- 1962.- Bd. 11, N. 1.- S.9.

60. Цит. по: Боголюбов H.A., Машаров C.A. Испарение атомно- и маг-нитоупорядоченных кристаллов с дефектами.-Новосибирск: Наука, 1989.-209 с.

61. Несмеянов А.Н. Давление пара химических элементов. М.: Изд-во АН СССР, 1961,- 396с.

62. Фесенко В.В„ Болгар A.C. Испарение тугоплавких соединений.- М.: Металлургия, 1966.- 180с.

63. Константы взаимодействия металлов с газами. М.: Металлургия, 1969.-372с.

64. Смирнов A.A. Молекулярно кинетическая теория металлов. - М.: Наука, 1966,-488с.

65. Кнаке О., Странский И.Н. Механизмы испарения // Успехи физ. наук.- 1959,- Т.68, N2.- С.261-305.

66. Хирс Д., Паунд Г. Испарение и конденсация. М.: Металлургия, 1966.- 196с.

67. Лукирский П.И. Опыты с монокристаллами каменной соли. // Докл. АН СССР,- 1945,- Т.46, N7,- С.300-303.

68. Купоросов В.В., Щупце Г.Н. Форма кристаллов вольфрама в условиях близких к равновесным // Кристаллография.- 1983.- Т.28, N3.- С.552-555.

69. Мордюк B.C., Вдовин А.Н. Учет межатомных связей и порядок испарения поверхностных атомов вольфрама //Сб. научн. тр./ Материалы с частично и сильно разупорядочной структурой.- 1990.- Вып.7.- С.37-42.

70. Мордюк B.C., Карьгин И.П. Новое в теории и практике испарения вольфрама в лампах накаливания. // Светоизлучающие системы. Эффективность и применение: Тез. докл. I Всерос. научн.-техн. конф. с междунар. участием.- Саранск, 1994.- С.9.

71. Боголюбов Н.А., Машаров С.А. Испарение атомно- и магнитоупо-рядоченных кристаллов с дефектами,- Новосибирск: Наука, 1989.-209 с.

72. Мордюк B.C. О теоретических моделях перегорания тела накала ламп накаливания // Тр. Всесоюзн. НИИ источников света.- Саранск, 1983.-Вып. 15,- С. 126-137.

73. Мордюк B.C., Ручин В.И., Зотов А.Ф. Испарение вольфрама в лампах накаливания // Тр. Всесоюзн. НИИ источников света.- Саранск, 1982.-Вып.13,- С.45-55.

74. Correia J.B., Fortes М.А. Surfase and evaporation energies of monoatomic crystals //Part. Phys.- 1985,-V.16, N3,4,-P.137-160.

75. Бартон В., Кабрера H., Франк Ф. Рост кристаллов и равновесная структура их поверхностей // Элементарные процессы роста кристаллов. -М., 1959.- С.101-109.

76. Сире Д. Роль ребер кристалла в процессе испарения // Элементарные процессы роста кристаллов. -М., 1959.- С.229-232.

77. Beninstant Р.А.М., van-der-Walle G.F.A., van Kemper H. et al. Comparison of transverse electron - focusing and scaning - tunneling microscopy measurements an Ag {001} and {011} surfaces //Phys. Rev.- 1986.-V.33, N2.- P.690-694.

78. Saalfeld H., Tougdard S., Bolwin K. et al. Evidence for mono- and diatomic steps on a cleaved Os {0001} surface // Surface Sci.- 1986.- V.178, N1,3,- P.452-461.

79. Jackson D.P., Eckstein W. Depends of the sputtering yield on focussing chainlenght // Nucl. Instrum. and Mathods.- 1982,- V.194, N4.- P.420-422.

80. Мартыненко Ю.В., Явлинский Ю.Н. Распыление металлов быстрыми многозарядными ионами // Журн. техн. физ.- 1988.- Т.58, N6.- С. 11641167.

81. Курнаев В.А., Машкова Е.С., Молчанов В.А. Отражение легких ионов от поверхности твердого тела.- М.: Энергоатомиздат, 1985.- 192с.

82. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой/ Под ред. Р.Бериша. Вып.2. М.: Мир,- 1984,- 336с.

83. Key well F. Measurements and Collision-Radiation damage theory of high-vacuum sputtering // Phys. Rev.- 1955.- V.97, N97.- P.1611-1619.

84. Sputtering by Particle Bombardment III / Ed. R.Behrisch, Berlin; New York.- 1982,- 315p.

85. Jona F. Tunnelling rotation of a deuterated methyl group // Solid. State Phys.- 1978,- V.6, N13.- S.4271.

86. Zehner J.H., Appleton B.R., Noggle T.S. and et. Abstract: ESCA study of carbon monoxide and oxyden chemisorbed on tungsten // Journ. Vac. Sci. Technol.- 1975,- V.12, N2,- P.454.

87. Hultgren R., Desai P.D., Hauvkins D.T., e.s. Selected values of the elements// American Society for Metals, Metals Park.-Ohoi, USA, 1973.-P.138.

88. Girifalco L.A., Weizer V.G. Application of the Morse potential function to cubic metals//Phys. Rev.- 1959.-V.l 14, N1,-P.687-690.

89. Weijsenfeld C.H. Yield Energy and Angular Distribution of Sputtered Atoms// Phil. Res. Rep. Suppl.- 1967.- N2,- P. 107.

90. Jackson D.P. Electromagnetic scattering by transversely moving conducting cylinder of arbitrary cross section // Can. Journ. Phys. Rev.- 1959.-V.l 14, N 6.- P.687.

91. Sigmund P. Theory of sputtering. I. Sputtering yield of amarphous and polycrystalline targets //Phisic. Rev.- 1969.- V.184, N2,- P.383-415.

92. Jonson R.A., White P.J. Evaporation effects during superflow of liquid helium II // Phys. Rev.- 1975,- V.14, N6.-P.293.

93. Достанко А.П., Грушецкий С.В., Киселевский Л.И. и др. Плазменная металлизация в вакууме,- Мн.: Наука и техника, 1983.- 279с.

94. Фоменко B.C., Подчерняева И.А. Эмиссионные и адсорбционные свойства веществ и материалов: Справочник/ Под общ: ред. чл.-кор. АН УССР Г.В. Самсонова,- М.: Атомиздат, 1975.- С.320.

95. Bennett A., McCarroll В., Messmer R. A molecular orbital approach to chemisorption//Surf. Sci.-1971.- V.24, N2.- P.191-208.

96. Knor Z., Miller E. Ellipsometric investigation of physic sorption at low temperatures//Surf. Sci.- 1968,- V.10, N1.-P.21.

97. Trost W. Use of ionic borbardment to increase the conductivity of metallized thin plastic films for making source maunts // Canad. J. Chem.- 1959.-V.37, N7.- P.460.

98. Swanson L., Strayer R., Davis L. The chemisorption of hydrogen on tantalum monocorbide // Surf. Sci.- 1968.- V.9, N2.- P. 165.

99. Гальперн Дж. Катализ: Пер. с англ.- М.: Изд-во иностр. лит., 1963.1. С.361.

100. Котельников Р.Б., Башлыков С.Н., Галиакберов З.Г. и др. Особо тугоплавкие элементы и соединения,- М.; Энергоатомиздат, 1968.- 173с.

101. Вог А.Е. Строение и свойства двойных металлических систем: Т. 1.-М.: Физматгиз, 1959.- 270 с.

102. Гэ Ч.-М., Корнилов И.И., Пылаева Е.Н. Исследование диаграммы состояния системы титан-алюминий-молибден в области сплавов, богатых титаном//Жур. по неорганической химии,- 1963.-N2.-С.366.

103. Киселева Н.П., Кошина М.Н., Муратов О.М. Об эффективности титановых поддержек спирали в лампах накаливания // Светотехника.- 1990.-N5,-С.5-7.

104. Заева В.Д., Зингер Г.В. Отработка технологии изготовления ламп накаливания с двухзвенными электродами,- Томск: Изд-во Том. политехи, ин-т, 1982.- 12с.

105. Зингер Г.В., Суровой Э.П., Абакумов Е.П. Исследование возможности применения титана в качестве геттера в лампах накаливания / Том. политехи. ин-т. Томск, 1982,- 7с,- Деп. в ВИНИТИ 22.07.82 №72ЭТ-Д82.

106. Вульф Б.К., Борщевский С.М. Титан в электронной технике,- М.: Энергия, 1975. 184 с.

107. Корнилов ИИ. Титан,- М.: Наука, 1975,- 305с.

108. Глазунов С.Г., Берзецовская К.Н. Порошковая металлургия титановых сплавов.- М.: Металлургия, 1989.- 134с.

109. Парфенов О.Д. Технология микросхем.- М.: Высш. шк., 1986.640с.

110. Технология тонких пленок: В 2т. Т.1./ Под. ред. Елинсова М.И., Смолко Г.Г.- М.: Сов. радио, 1977. 663 с.

111. Кошин H.H. Применение титанового геттера в лампах накаливания // Научн. Тр. III конф. Молодых ученых Мордов. ун-та.- Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 199,- С. 177-178.

112. Пат. 2101801 Россия, МКИ HOIK 3/02. Способ изготовления тел накала для тепловых источников света. Авторы: Духонькин В.А., Кошин И.Н., Смоланов H.A., Харитонов A.B. № 96103962/07. Заявлено 28.02.96; Опубл. 28.02.98, Бюл.№1.

113. Заявка № 98102649 Россия, МКИ HOIK 3/02. Способ изготовления тепловых источников света. Авторы: Духонькин В.А., Кошин И.Н., Смоланов H.A., Харитонов A.B. Заявлено 03.02.98; Опубл. 29.10.99, Бюл. №10.

114. Кошин И.Н., Харитонов A.B. Модифицирование поверхности вольфрама ионными пучками инертных газов / Мордов. ун-т.- Саранск.- 1996.-15с. Деп. В ВИНИТИ 14.06.96, №.1983-В96.

115. Кошин И.Н., Харитонов A.B. Влияние состояния поверхности вольфрамовых нитей на электрическую прочность ламп накаливания // XXVII Огаревские чтения: Материалы научн. Конф. С международным участием,- Саранск,- 1998.-Ч.5.- С.36-37.

116. Иванов А.П. Электрические источники света.- M.;JT.: Госэнергоиз-дат, 1955,- 288с.

117. Литвинов B.C., Рохлин Г.Н. Тепловые источники оптического излучения.-М.: Энергия, 1975.- 248с.

118. Добрецов Л.Н., Гомоганов М.В. Эмиссионная электроника. -М.: Наука, 1966.- 256с.

119. Almar F.H.R., Ridler I. Calculation of the radiale tungsten transport in cilindrical gas filled incandescent lamps//Lighting Res. and Technol.- 1976.-V.8, N1.- P.31-35.

120. Таблицы физических величин: Справочник/ Под ред. акад. И.К. Кикоина.- М.: Атомиздат, 1976.- 1008с.

121. Каганов И.Л. Ионные приборы.- М.: Энергия, 1972.- 528с.

122. Мальцев А.Н., Мордюк B.C. Дуговой разряд в лампах накаливания в микросекундном диапазоне времени // Светоизлучающие системы. Эффективность и применение: Тез. докл. I Всерос. научн.-техн. конф. с междунар. участием.- Саранск, 1994.- С.7.155