高強氣體放電燈管封接用功能梯度材料的設(shè)計與制備.pdf

1、高強氣體放電燈具有光效高、壽命長、光色好的優(yōu)點，應(yīng)用前景十分廣闊。高強氣體放電燈對封接的要求很高：耐高溫、耐腐蝕、耐高壓、高氣密性。常用的封接為金屬Mo與石英玻璃的直接封接。Mo和石英的熱膨脹系數(shù)相差很大，導(dǎo)致過大的殘余熱應(yīng)力。現(xiàn)有的技術(shù)尚難以對封接殘余應(yīng)力有效控制，從而影響高強氣體放電燈的壽命。本工作提出用梯度材料來有效緩解熱應(yīng)力，制備出封接用的Mo/SiO<,2>系梯度材料。 首先通過熱力學(xué)計算并通過實驗實測了其析晶溫度，在

2、短時間內(nèi)其析晶溫度在1150℃以上。為避免由熔融石英中析出晶體，研究了放電等離子(SPS)燒結(jié)熔融石英粉的燒結(jié)機理，實現(xiàn)了熔融石英粉的低溫致密化。結(jié)果表明，SPS燒結(jié)熔融石英粉是一種表層熔融燒結(jié)機制，模具大小和壓力對燒結(jié)致密化有很大影響。熔融石英粉適宜的燒結(jié)工藝參數(shù)為：1150℃～1200℃、20MPa、5min。樣品的致密度為95.8％～99.7％(與模具大小有關(guān))。 研究了用SPS燒結(jié)時純Mo的燒結(jié)行為和燒結(jié)助劑Ni、Cu對

3、Mo致密化的影響。結(jié)果表明，純Mo粉在1200℃SPS燒結(jié)時無法實現(xiàn)致密化，致密度僅為80.1％。添加Ni、Cu有助于Mo的致密化。在致密化過程中，Cu主要起溶解Ni的作用，Ni溶解Mo來實現(xiàn)致密化。Ni、Cu適宜的添加量分別為3％和2％，此時在1200℃燒結(jié)的Mo的致密度可達到99.1％。 在1200℃-20MPa-5min的SPS燒結(jié)條件下，制備出了不同組分的Mo/SiO<,2>復(fù)合材料，測定了復(fù)合材料的致密度、電性能、力學(xué)

4、性能、熱性能和微觀結(jié)構(gòu)。Mo顆粒填充在熔融石英基體的孔隙，從而提高了復(fù)合材料的致密度。Mo在低含量時彌散分布在石英基體中，隨著含量的增加，形成滲流結(jié)構(gòu)，使Mo/SiO<,2>復(fù)合材料由絕緣體變成導(dǎo)體。其臨界含量與Mo顆粒大小有關(guān)。d<,50>=5μm的Mo的顆粒，其臨界含量為35wt％～40wt％，d<,50>=10μm的Mo的顆粒，其臨界含量為40wt％～45wt％。 利用有限元法對梯度材料的殘余熱應(yīng)力緩和與結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)果表明