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一种大功率脉冲紫外线氙灯及其制造工艺的制作方法

1.本发明涉及紫外线氙灯技术领域，具体是指一种峰值波长为229.5nm(
±
0.5nm)的大功率强紫外线氙灯，灯管的机械性能和能量负载大，使用寿命长，可大功率、高密度电流输入，运行可靠无炸灯，耐高温高压，以紫外线为主的近全光谱大功率脉冲紫外线氙灯及其制造工艺。

背景技术：

2.紫外线杀菌是一种物理冷杀菌技术，相对于化学杀菌的方法有着无可比拟的优势，因此脉冲紫外线氙灯可广泛的应用于消毒杀菌领域。传统的脉冲紫外线氙灯在生产制造时管壁材料多为融合复合石英材料，采用分层制砣技术结合拉管机制成，在大功率输入时对灯管两端部的电极封接工艺要求较高；另外，传统的紫外线氙灯在生产时其灯管两端的电极是直接与灯管进行高温夹封，这种封接方式使得紫外线氙灯内部氙气在大功率脉冲电压和高密度电流输入时，灯管端口封接位置的应力分布不均，耐高温高压能力减弱、工作稳定性降低，容易发生灯管爆炸，使用寿命缩短。并且由于高强度的紫外线辐照，在石英玻璃管添加其他元素可导致机械强度和抗冲击强度降低。

技术实现要素：

3.本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种脉冲大功率输入、耐高温高压、管壁应力稳定、紫外线透过率高、灯管使用寿命长的大功率脉冲紫外线氙灯及其制造工艺。
4.本发明的目的通过下述技术方案实现：一种大功率脉冲紫外线氙灯，包括高纯度透紫石英玻璃管和分别通过封接结构封接在所述高纯度透紫石英玻璃管两端的两个电极组件；所述封接结构包括熔融包覆在所述电极组件外侧的玻璃内层和熔融包覆在所述玻璃内层外侧的玻璃外层；所述玻璃外层与所述高纯度透紫石英玻璃管封接；所述高纯度透紫石英玻璃管内部填充有混合气体。
5.所述电极组件包括放电极杆，与所述放电极杆连接的连接杆以及与所述连接杆连接的电极；所述连接杆的直径是所述放电极杆和电极直径的40-50％，所述玻璃内层熔融包覆在所述连接杆靠近电极的外侧，最大包覆长度不超过连接杆长度的四分之一。所述放电极杆和连接杆位于所述高纯度透紫石英玻璃管的内部，所述电极位于所述高纯度透紫石英玻璃管的外侧。
6.所述放电极杆和连接杆均为铈钨合金杆，所述电极为铜杆。
7.所述玻璃外层位于玻璃内层的靠近电极位置，并且玻璃外层的长度为玻璃内层长度的1/3。
8.所述玻璃内层的成分包括sio2、b2o3、al2o3，sio2、b2o3、al2o3的比例为85:3:12；所述玻璃外层的成分包括sio2、b2o3、al2o3，其中sio2、b2o3、al2o3的比例为79:10:11。
9.所述玻璃内层和玻璃外层的厚度均为所述高纯度透紫石英玻璃管厚度的30％～50％。
10.所述高纯度透紫石英玻璃管的两端封接口外侧分别设置有缠绕柱，所述高纯度透紫石英玻璃管的外侧均匀缠绕有镍丝，所述镍丝的两端分别固定在两根所述缠绕柱上。
11.所述镍丝和高纯度透紫石英玻璃管的外壁之间具有0.2～0.4mm间隙。
12.所述混合气体的气压为80～100pa，并且混合气体为氙气和氩气的混合气体；其中，氙气和氩气的比例为9：1。
13.一种大功率脉冲紫外线氙灯的制造工艺：包括以下步骤：
14.步骤1：取直径为8～12mm，壁厚1～1.5mm，长度为350～400mm的高纯度透紫石英玻璃管；
15.步骤2：取两根电极组件，采用氢氧火焰在电极组件的连接杆外侧靠近电极位置熔融密切包覆一层玻璃内层，包覆过程中向连接杆处通氩气；待玻璃内层冷却后再采用氢氧火焰在玻璃内层的外侧靠近电极位置熔融密切包覆一层玻璃外层；
16.步骤3：将其中一根电极组件的放电极杆和连接杆从高纯度透紫石英玻璃管的一端插入，电极处于封接口外，然后采用高纯度的石英将玻璃外层与高纯度透紫石英玻璃管封接；
17.步骤4：将另一根电极组件的放电极杆和连接杆从高纯度透紫石英玻璃管的另一端插入，电极处于封接口外，并从高纯度透紫石英玻璃管的该端向高纯度透紫石英玻璃管内部充入混合气体，采用高纯度的石英将该电极组件的玻璃外层与高纯度透紫石英玻璃管封接；
18.步骤5：在高纯度透紫石英玻璃管的两端分别熔接一根缠绕柱；
19.步骤6：在高纯度透紫石英玻璃管的外侧均匀缠绕镍丝，并将镍丝的两端分别固定在两根缠绕柱上，制得大功率脉冲紫外线氙灯。
20.与现有技术相比，本技术具有如下有益效果：
21.(1)本发明的电极组件在封接时先在电极组件上包覆玻璃内层和玻璃外层，玻璃外层与高纯度透紫石英玻璃管封接，其气密性更高，防止高纯度透紫石英玻璃管内气体泄露，同时解决了采用传统封接方法封接时高纯度透紫石英玻璃管封接口处的应力分布不均的问题，保留了高纯度透紫石英玻璃管的机械抗力和透过率，降低了工作过程中温度向电极传导效率，从而提高了大功率脉冲紫外线氙灯在输入中高脉冲电压下的耐高温高压稳定性，并延长了灯管使用寿命。
22.(2)本发明的电极组件由放电极杆，与放电极杆连接的连接杆以及与连接杆连接的电极组成，连接杆直径为放电极杆和电极的40-50％，这样使得电极和放电极杆之间形成一定的空隙，电极温度和灯管内部放电极杆温度发生传导差异、放电极溅射主要集中在空隙处，降低对灯管主体的紫外线透过率影响，提高了灯管运行期间的耐高温系数，进一步的延长了灯管的使用寿命。
23.本技术的一部分附加特性可以在下面的描述中进行说明。通过对以下描述和相应附图的检查和对实施例的生产或操作的了解，本技术的一部分附加特性对于本领域技术人员是明显的。本技术披露的特性可以通过对以下描述的具体实施例的各种方法、手段和组合的实践或使用得以实现和达到。
附图说明
24.在此所述的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的限定。在各图中，相同标号表示相同部件。其中，
25.图1为本发明的脉冲紫外线氙灯的结构图。
26.图2为本发明的电极组件的结构图。
27.图3为本发明的电极组件上包覆玻璃内层和玻璃外层的剖示图。
28.上述附图中的附图标记为：1—石英玻璃管，2—镍丝，3—玻璃外层，4—缠绕柱，5—电极组件，6—放电极杆，7—电极，8—玻璃内层，9—连接杆，10—空隙。
具体实施方式
29.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
30.需要说明的是，如果本技术的说明书和权利要求书及上述附图中涉及到术语“第一”、“第二”等，其是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，如果涉及到术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
31.在本技术中，如果涉及到术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等，其指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本技术及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
32.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本技术中的具体含义。
33.此外，在本技术中，如果涉及到术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”等应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
34.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
35.实施例
36.如图1所示，本实施例公开了一种大功率脉冲紫外线氙灯，其包括高纯度透紫石英
玻璃管1和分别通过封接结构封接在高纯度透紫石英玻璃管1两端的两个电极组件5。该高纯度透紫石英玻璃管1内部填充有混合气体，混合气体的气压为80～100pa，本实施例的混合气体的气压为100pa，输入最大功率2000w时，脉冲紫外线氙灯能够产生220-280nm宽谱紫外线波段，峰值波长为229.5nm(
±
0.5nm)，紫外线c波段主要分布在220-280nm范围。另外，该混合气体为氙气和氩气的混合气体，其中，氙气和氩气的比例为9：1。
37.具体的，该高纯度透紫石英玻璃管1为紫外线透过率超过92％的高透石英玻璃管，并且该高纯度透紫石英玻璃管1可以是直管、u型管或者圆盘管，本实施例的高纯度透紫石英玻璃管1选用直管来实现。
38.如图2所示，该电极组件5包括放电极杆6，与放电极杆6连接的连接杆9以及与连接杆9连接的电极7。该连接杆9的直径是放电极杆6和电极7的直径的40％，使得电极7和放电极杆6之间形成有空隙10。电极组件5与高纯度透紫石英玻璃管1封接后，放电极杆6和连接杆9位于高纯度透紫石英玻璃管1的内部，电极7位于高纯度透紫石英玻璃管1的外部。该放电极杆6和连接杆9均为铈钨合金杆，而电极7为铜杆。具体设置时，该放电极杆6与连接杆9为一体成型，而连接杆9与电极7之间可采用螺纹孔连接后再进行焊接，以提高二者连接的稳定性。
39.本发明通过将连接杆9的直径设置为放电极杆6和电极7直径的40％，使得电极7和放电极杆6之间形成有空隙10，电极温度和高纯度透紫石英玻璃管1内部温度传导差异，放电极溅射主要发生在空隙处，降低对高纯度透紫石英玻璃管1的紫外线透过率影响、提高了灯管运行期间的耐高温系数，进而延长了灯管的使用寿命。
40.本实施例中，两个电极组件5为一个正极电极组件和一个负极电极组件，并且两个电极组件5上的电极7可以设置为不同的尺寸，防止使用脉冲紫外线氙灯时将正负极接反，提高产品使用安全性。
41.如图3所示，该封接结构包括熔融包覆在连接杆9外侧的玻璃内层8和熔融包覆在玻璃内层8外侧的玻璃外层3；玻璃外层3与高纯度透紫石英玻璃管1封接。
42.具体设置时，该玻璃外层3位于玻璃内层8的靠近电极位置，玻璃外层3的长度为玻璃内层8长度的1/3。另外，玻璃内层8的成分包括sio2、b2o3、al2o3，sio2、b2o3、al2o3的比例为85:3:12。玻璃外层3的成分包括sio2、b2o3、al2o3，其中sio2、b2o3、al2o3的比例为79:10:11。玻璃内层8和玻璃外层3的厚度均为所述高纯度透紫石英玻璃管1厚度的30％～50％，本实施例中玻璃内层8和玻璃外层3的厚度均为所述高纯度透紫石英玻璃管1厚度的40％。
43.电极组件5在封接时先在连接杆靠近电极位置9上包覆玻璃内层8和玻璃外层3，玻璃外层3与高纯度透紫石英玻璃管1封接，其气密性更高，防止高纯度透紫石英玻璃管1内的气体泄露，同时解决了高纯度透紫石英玻璃管1在封接时应力分布不均的问题，确保了高纯度透紫石英玻璃管1的机械抗力和透过率，提高了大功率脉冲紫外线氙灯在输入中高脉冲电压下的耐高温高压稳定性，延长了大功率脉冲紫外线氙灯的使用寿命。
44.如图1所示，该高纯度透紫石英玻璃管1的两端分别设置有缠绕柱4，高纯度透紫石英玻璃管1的外侧均匀缠绕有镍丝2，镍丝2的两端分别固定在两根缠绕柱4上。具体缠绕时，该镍丝2和高纯度透紫石英玻璃管1的外壁之间具有0.2～0.4mm间隙，本实施例中，镍丝2和高纯度透紫石英玻璃管1外壁之间的间隙设置为0.3mm，这样可以防止脉冲紫外线氙灯在大功率运行时可能产生的震动将镍丝2震断，影响脉冲紫外线氙灯运行的稳定性。在高纯度透
紫石英玻璃管1外侧缠绕镍丝2，通过镍丝2可辅助高压电脉冲激发氙气，使脉冲紫外线氙灯更容易稳定点亮。
45.上述的大功率脉冲紫外线氙灯的制造工艺，包括以下步骤：
46.步骤1：取直径为9mm，壁厚为1mm，长度为380mm的高纯度透紫石英玻璃管1。
47.步骤2：取两根电极组件5，采用氢氧火焰在电极组件5的连接杆9外侧靠近电极7的位置熔融密切包覆一层玻璃内层8，包覆过程中向连接杆9处缓慢通氩气，氩气为惰性气体，其可对包覆部位进行保护。待玻璃内层8冷却后再采用氢氧火焰在玻璃内层8的外侧靠近电极7的位置熔融密切包覆一层玻璃外层3。
48.步骤3：将其中一根电极组件5的放电极杆6和连接杆9从高纯度透紫石英玻璃管1的一端插入，电极7处于封接口外，然后采用高纯度的石英将玻璃外层3与高纯度透紫石英玻璃管1高温封接。
49.步骤4：将另一根电极组件5的放电极杆6和连接杆9从高纯度透紫石英玻璃管1的另一端插入，电极7处于封接口外，并从高纯度透紫石英玻璃管1的该端向高纯度透紫石英玻璃管1内部充入混合气体，采用与高纯度透紫石英玻璃管1相同材质的高纯度的石英将该电极组件5的玻璃外层3与高纯度透紫石英玻璃管1高温封接。当两根电极组件5封接好后，再对两根电极组件5上的电极7进行打磨，去除因封接过程中产生的氧化表层，同时确保电极尺寸误差率在设计范围内。
50.步骤5：在高纯度透紫石英玻璃管1的两端分别熔接一根缠绕柱4。
51.步骤6：在高纯度透紫石英玻璃管1的外侧均匀缠绕镍丝2，并将镍丝2的两端分别固定在两根缠绕柱4上，制得该大功率脉冲紫外线氙灯。
52.本实施例的大功率脉冲紫外线氙灯，经反复验证，在最大输入功率为2000w的脉冲驱动电源上能够正常运行1900万发次以上，1米距离的瞬时紫外线强度超过400000μw/cm2，其运行稳定，零爆炸，紫外线强度衰减缓慢，在达到1900万发次时约降低39％，仍然具有新灯60％的紫外线强度。同时，全光谱的透过率和脉冲输出模式，提高了产品使用时的安全性，避免了传统汞灯可见光较少导致的紫外线损伤、误伤事件发生。
53.需要注意的是，本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
54.另外，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

技术特征：

1.一种大功率脉冲紫外线氙灯，其特征在于：包括高纯度透紫石英玻璃管(1)和分别通过封接结构封接在所述高纯度透紫石英玻璃管(1)两端的两个电极组件(5)；所述封接结构包括熔融包覆在所述电极组件(5)外侧的玻璃内层(8)和熔融包覆在所述玻璃内层(8)外侧的玻璃外层(3)；所述玻璃外层(3)与所述高纯度透紫石英玻璃管(1)封接；所述高纯度透紫石英玻璃管(1)内部填充有混合气体。2.根据权利要求1所述的大功率脉冲紫外线氙灯，其特征在于：所述电极组件(5)包括放电极杆(6)，与所述放电极杆(6)连接的连接杆(9)以及与所述连接杆(9)连接的电极(7)；所述连接杆(9)的直径是所述放电极杆(6)和电极(7)直径的40～50％，所述玻璃内层熔融包覆在所述连接杆(9)的外侧靠近电极(7)位置，所述放电极杆(6)和连接杆(9)位于所述高纯度透紫石英玻璃管(1)的内部，所述电极(7)位于所述高纯度透紫石英玻璃管(1)的外侧。3.根据权利要求2所述的大功率脉冲紫外线氙灯，其特征在于：所述放电极杆(6)和连接杆(9)均为铈钨合金杆，所述电极(7)为铜杆。4.根据权利要求1所述的大功率脉冲紫外线氙灯，其特征在于：所述玻璃内层(8)的长度小于连接杆(9)长度的四分之一，所述玻璃外层(3)的长度为玻璃内层(8)长度的1/3。5.根据权利要求1所述的大功率脉冲紫外线氙灯，其特征在于：所述玻璃内层(8)的成分应包括sio2、b2o3、al2o3，sio2、b2o3、al2o3的比例为85:3:12；所述玻璃外层(3)的成分应包括sio2、b2o3、al2o3，其中sio2、b2o3、al2o3的比例为79:10:11。6.根据权利要求1所述的大功率脉冲紫外线氙灯，其特征在于：所述玻璃内层(8)和玻璃外层(3)的厚度均为所述高纯度透紫石英玻璃管(1)厚度的30％～50％。7.根据权利要求1所述的大功率脉冲紫外线氙灯，其特征在于：所述高纯度透紫石英玻璃管(1)的两端口位置外侧分别设置有缠绕柱(4)，所述高纯度透紫石英玻璃管(1)的端口外侧均匀缠绕有镍丝(2)，所述镍丝(2)的两端分别固定在两根所述缠绕柱(4)上。8.根据权利要求7所述的大功率脉冲紫外线氙灯，其特征在于：所述镍丝(2)和高纯度透紫石英玻璃管(1)的外壁之间具有0.2～0.4mm间隙。9.根据权利要求1所述的大功率脉冲紫外线氙灯，其特征在于：所述混合气体的气压为80～100pa，并且混合气体为氙气和氩气的混合气体；其中，氙气和氩气的比例为9：1。10.一种权利要求1～8任一项所述的大功率脉冲紫外线氙灯的制造工艺：其特征在于，包括以下步骤：步骤1：取直径为8～12mm，壁厚1～1.5mm，长度为350～400mm的高纯度透紫石英玻璃管(1)；步骤2：取两根电极组件(5)，采用氢氧火焰在电极组件(5)的连接杆(9)外侧靠近电极(7)的位置熔融密切包覆一层玻璃内层(8)，包覆过程中向连接杆(9)处通氩气；待玻璃内层(8)冷却后再采用氢氧火焰在玻璃内层(8)的外侧靠近电极(7)的位置熔融密切包覆一层玻璃外层(3)；最大包覆长度不超过连接杆(9)长度的四分之一。步骤3：将其中一根电极组件(5)的放电极杆(6)和连接杆(9)从高纯度透紫石英玻璃管(1)的一端插入，电极(7)处于封接口外，然后采用高纯度石英将玻璃外层(3)与高纯度透紫石英玻璃管(1)高温封接；步骤4：将另一根电极组件(5)的放电极杆(6)和连接杆(9)从高纯度透紫石英玻璃管(1)的另一端插入，并从高纯度透紫石英玻璃管(1)的该端向高纯度透紫石英玻璃管(1)内
部充入混合气体，电极(7)处于封接口外，采用高纯度的石英将该电极组件(5)的玻璃外层(3)与高纯度透紫石英玻璃管(1)高温封接；步骤5：在高纯度透紫石英玻璃管(1)的两端分别熔接一根缠绕柱(4)；步骤6：在高纯度透紫石英玻璃管(1)的外侧均匀缠绕镍丝(2)，并将镍丝(2)的两端分别固定在两根缠绕柱(4)上，制得大功率脉冲紫外线氙灯。

技术总结

本发明公开了一种大功率脉冲紫外线氙灯及其制造工艺，该大功率脉冲紫外线氙灯的电极组件在封接时先在电极组件上包覆玻璃内层和玻璃外层，玻璃外层与高纯度透紫石英玻璃管封接，其气密性更高，同时解决了采用传统封接方法封接时高纯度透紫石英玻璃管的应力分布不均的问题，确保了高纯度透紫石英玻璃管的机械抗力和透过率，电极组件中的连接杆提高了灯管在输入中高脉冲电压下的耐高温高压稳定性，延长了灯管使用寿命，并获得稳定的高强度紫外线。线。线。