小谈霓虹灯的制作工艺

小谈霓虹灯的制作工艺
Craftwork of Neon

霓虹灯从産品的特性讲，应归类于冷阴极、低气压、气体辉光放电灯。霓虹灯是依靠冷极放电，实现辉光放电，它所需的条件是什么？第一，真空。第二，惰性气体。第三，紫外线(氖管不需要)。第四，去气设备。第五，荧光粉。第六，电极。第七，变压器。第八，电。上述条件都存在质的问题(不谈其它配件)。哪一个条件质量非标，生産出好的霓虹灯都是不可能的。
l、真空的获取。
就生産霓虹灯来讲，有机械泵、扩散泵就行了，这个说法存在一定的不严肃性。机械泵、扩散泵加玻璃系统以后被抽空气能达到多少Pa？是否能达到10-2Pa以上，在此状态下，能否关闭阀门，要看是否有较长时间的真空保持。如果测定系统的真空度有较长时间，1个小时或2个小时，并且真空保持不住，说明系统有慢漏现象，就需要检查阀门、检查系统、直至问题解决。不管是哪级真空系统，说明你已经具备了获得真空的条件，至于真空度多少，暂且不论。在10-2Pa的情况下，系统基本具备生産条件了，以上爲起码的条件。如果条件稍差的厂家，用火花捡漏器查一下，真空管检测看到，微弱的荧光，已经到l 0-2Pa。
下面，浅谈追求真空、高真空、超高真空的性价比。举例说明：系统达到10-2pa，在真空管实际上还达不到10-2pa。提高设备真空等级是爲了确保真空管较快的达到10-2pa以上的真空度，进而争取加快灯管获取适度真空度的时间。如有某个单位，排一车灯管用15分锺，是不是效率太低了。每台设备一天100支灯管，每隻灯管的人工成本近一元，设备折旧、能耗、损耗、燃气、惰性气体达到0.4元，每隻灯管的l／3成本达到1.3元，産品等级爲低。换成扩散泵机组，每班排200支，每支灯管人工费0.5元，折旧、煤气等0.2元，最少降低0.5元成本，而産量却提高了一倍，産品质量中级。超高真空设备，每班生産300支灯管，每次排4根灯管，设备折旧、燃气0.1元，效率提高3倍，质量上乘。爲什么说设备的真空等级高是好事。因爲低真空设备在查慢漏气情况下，不容易查找，很容易溷进一些不合格灯管，充气时，要先洗一次灯管，如真空管温度下降后，还得加温，否则，充人的惰性气体抽不干淨。此时，有的低质量电极就开始溅散了，有人说，这样的灯管也能亮几年，我说这是不可能的。就普遍意义上讲，低真空设备的真空管有抽不干淨的杂气，是普遍现象。灯管寿命不长，经常出现维修，降低了企业信誉，增加了成本，减少了利润。
生産出好的灯管是有特殊要求的。比如，设备隻达到10-2P a因爲充气后的惰性气体密度不够，而且溷有一定数量的杂气。如果系统达到10-2Pa，真空管中的有害气体很少，用捡漏器检测，玻璃系统很干淨，隻能观测到漂移在管道中的荧光粉。此时充气后的灯管，顔色鲜豔，灯温很低，灯管的使用寿命20000小时有保证。如果使用分子泵系统，效果还好，抽速快，做明管氖气管，使用寿命会更长，有毛细漏气，根本就不能实现低真空向高真空的转换。所以，分子泵系统极慢漏现象也过不去，大大减少了不合格灯管漏气的可能。
因爲霓虹灯管有明管(不涂粉的灯管)、粉管(涂粉的灯管)之分。在制管设备的安排(粉管注汞的管)使用大抽速，中级真空设备就满足了。明管、氖气管使用高真空设备爲宜。理由如下：
(1)粉管杂质、水气较多，加之涂粉灯管去气过程稍长，．灯管放气量大等不利因素，有利的因素是有汞的介入，在大抽速的前提下，杂气很快抽干淨。尽管也会有一定的杂气，但是汞在电离后，对减缓电极溅散有好的作用，寿命能达到20000小时。
(2)明管、氖气管在较高的真空状态下，杂气抽的彻底，充人的气体密度大，在电离后，灯管电极温升低管温也低，寿命相对延长。
2、电极去气及充气
有的文献中讲对玻璃管实现真空后，再放入大气进行第一次轰击除气，电极经不住二次轰击已经不好还原，质量不好保证。我则有另外的看法。比如，充人多少大气能合适呢？爲什么不留有一部分大气呢？比如，金属薄膜真空计，量程从大气压加至低真空l0ˉ2Pa全部能测量，当粗真空显示某一低真空阶段时，轰击变压器可以点亮灯管时爲数，以后照读数开始下一轮的轰击去气工作点。由于灯管加热中，所分解放出的气体，包括水分子、金属气体、杂质气体，灯管断弧，需少许提高真空度，再继续轰击除气。当灯管加热至300度以上时，转向低气压下放电，高速离子流轰击电极去气，控制真空度，使电极从后向前稍移，电极通红，表面出现一层象熔化的玻璃一样的膜时(可以还原)杂质已脱离，这时可以由粗真空转向高真空，这样，灯管电极的去气过程才算完成。提高了效率。
3、真空计的选择与实用
市场上真空仪表很多，複合计、薄膜真空计、指针真空计等等。国産、进口的很多，但是，适合霓虹灯厂的很少。高精度的要几万美金，低档的也要几千元人民币。几年下来，就成了一堆废仪器。因爲我们从事的霓虹灯生産，轰击去气时，真空计的硅管极不抗干扰，高档的用着可惜。进口指针真空计也很贵，这些都是重负。尤其是火花高频捡漏时，上述仪表绝对用不长。水银表量程太小，容易过充，误差很大。有的真空仪表对气体有选择性，对氖气读数有效，对氩气误读水银表量程太短，观察角度不对时，读数可能相差l~2毫米。实践证明，一个厂或两个厂可以有一台真空计，隻是定期的检测。排气台真空系统，判断高真空状态即可，有经验的职工可以用火花捡漏器检测系统，用油表监测充气量是最准确的方法。由于油表的蒸发，也不便操作，比油表价格略高的北大生産的金属薄膜真空计，工作时不用关闭，用油表校对。它不分哪种气体，充气时读数准确，重複性好，是当今霓虹企业最爲实用的真空计。投资少，産品质量高。
下面讲充气过程中的设备配置及精密充气，这是做好霓虹灯工程的第二大因素。它关系变压器的安全使用，既要合理设定负载，又要防止电极溅散(黑灯头)。我们通过上述真空管已经有了10-4Pa以上的真空度，去气已经完美的完成了。要把气充好，这一环节决定了质量，决定了水平，怎样实现精密充气。以往是玻璃瓶上接两个可阀，从气体瓶向第一可阀充气，中间可阀间有一段玻璃管连接，长短不依，没有严格的容量约束。充气后，再向真空管充气，此时问题就出来厂，两个可阀之问的气体压力是多少？怎么控制充入真空管的气体流量？如果此时气压高，真空管很容易发生过充。如果气体压力低，两次充气是否能合格，玻璃瓶供气、充气，每充一支灯管气体，压力下降一点，因爲玻璃瓶内的气体，用前无法判定玻璃瓶内压力，所以不好控制。从逐步减少的气压到用肉眼观察瓶内气压太低了，以每玻璃瓶气可充200隻灯管算起，惰性气体的气体密度逐渐降低。其中200隻灯管最少含有30~50隻灯管充气不达标。这200隻灯管充气量绝对都有差异。这样産生的黑灯头数量太可怕了。有电极溅散成了必然现象，没出现溅散是反常现象，这是必须要改造的。首先要创造条件。要符合産品的时代要求，设置气源压力显示才能观察，充气压力相对恒定，气体流l量能控制，形成气源并(可以数十公斤压力)减压，并(能保持l公斤以下压力)气体流量控制可关断针阀，就能实现手动、自动精确充气了。
当上述条件具备了，充气压强可以按以往的资料设定，小规格灯管充气多一点，大规格灯管少一点。以Φ12明管充入氖气1463Pa左右(30 mA)、1729 P a(60 mA)；充氖气的粉管Φ12灯管充入655Pa，Φ12氩气粉管充入798Pa(30 m A)，93 0Pa(60 mA)这是可以查阅的。现在要探讨的是灯管热充气的问题，这是以前没有讨沦过的问题，前提是各个环节都达到预期标准了。灯管温度还在180度左右，可不可以充气？按以前的做法要温度降下来再充气，是否可以在管温较高、灯管电极放气结束、真空度达到10-4Pa以上时，个人认爲是可以充气的：第一，极限真空度已经到了灯管内杂气排除，此时充气是较好的时机。充入气体可以预置多充2~3Pa，待灯管封离后，随管温的下降，管内真空度有所提高，预置多充的惰性气体，填补了后形成的真空，气体密度仍然按设计完成了，效果是很好的。如果等待灯管温度降下来，灯管形成的真空度与设备争夺可以通过降温形成的第二次真空延长了排气的时间。特别要强调的一点是，汞的注入，还是要等待灯管温升降到常温爲好，不允许産生热注汞而形成的在电极室或灯管涂层上産生黑斑。
灯管与变压器的匹配，20年前，我通过在单片机公共实验室的科学试验Φl 2氖气管，它的真实功率应当在11.5WC，每米含电极到11w这个量，标称是RL，是什么意思呢？是感性、容性负载。在一个电压段，灯电流是恒定的。当电压提高到一定值时，亮度的增加和灯电流的增加就不同步了，达到2万伏时，灯电流成倍增加，l 5000V~9000V电压，应当说是最佳选配。
冷阴极灯低气压气体辉光放电灯的一个特点是开关特性好。在开关频率快时，电子流对电极的轰击大爲减少，灯管的寿命反而会延长，电子变压器反而工作在电流的冲击状态是不利的，此时不调整灯管充气压强(指全彩灯)，原因是版面灯管变化频率很高，色彩不问断变化，就是灯管在红、绿、兰不断的组合。电子流对电极的冲击，几乎构不成溅散的机会。又因爲大多采用小功率变压器，几十瓦，4根灯管相当42瓦功率，降低充气50~70Pa，对整体的维修次数，使变压器有较轻的负载，是很有利的。