Tudományos Diák Konferencia

Kerámia fémhalogén lámpák fénytartásának vizsgálata

Kolozsi ZoltánFizikus MSc 2. évf. (Alkalmazott fizika)

Konzulensek: dr. Tóth Zoltán (GE Hungary Kft.)

Vargáné dr. Josepovits Katalin

23.04.21.1

Tartalomjegyzék

• Motiváció• Kerámia fémhalogén lámpa• Az égőtest falának feketedését okozó

folyamatok• Halogén körfolyamat• Mérési módszerek• Eredmények• Konklúzió• Következő lépések

23.04.21.2

Motiváció

GE Hungary Kft.

Kerámia fémhalogén lámpa fénytartása

23.04.21.3

Kerámia fémhalogén lámpa

•Nagynyomású kisülőlámpa•Fényhasznosítás (80-120 lm/W)•Színvisszaadási index (65-90 Ra)

23.04.21.4

Az égőtest falának feketedését okozó folyamatok

Volfrám kiválása az elektródáról

Párolgás, porlódás

Transzport a fal felé

Lerakódás a falra

23.04.21.5

Halogén körfolyamat Halogén izzólámpa Regeneráló körfolyamat

2222 IWOIOW

23.04.21.6

Halogén körfolyamat a kerámia fémhalogén lámpákban

Oxigén koncentráció növelése WO3, higany-halogenid adalékok

Kerámia falnál: WO2I2

Elektródánál: WI, WI2

23.04.21.7

2222 IWOIOW

T. Russel, M. Rahmane, P.J. Meschter, G.W. Utterback, US Patent Application, 2009/0146571 A1

223

32

22

23 OHgCeICeOHgI

Secunder Ion Mass Spectroscopy (SIMS) Szekunder

ionok a legfelső atomi rétegekből

Szigetelő minta → Primer ionnyaláb semlegesítése (FAB)

23.04.21.8

X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS)

Röntgen:1000-1500 eV Fotoelektronok Kinetikus energia

mérése Koncentráció Kötésállapot

Felületérzékeny Felület tisztítása,

mélységanalízis argon ionos porlasztással

23.04.21.9

Vizsgált minták

Volfrám kimutathatóságának vizsgálata (SIMS, SEM, AFM) 2000 óráig égetett lámpa (BSc szakdolgozat) 100 óráig égetett lámpa

HgBr2 halogén körfolyamatot elősegítőhatásának vizsgálata (XPS) 6000 óráig égetett lámpa 100 óráig égetett lámpa

23.04.21.10

Volfrám kimutathatóság vizsgálata rövid ideig égetett lámpán (SIMS)

100 óráig égetett lámpa (égőtest széle)

23.04.21.11

2000 és 100 óráig égetett lámpa összehasonlítása (SIMS, SEM, AFM) 183W intenzitások (alumínium intenzitásra

normálva):

23.04.21.12

100 óra (közép)

2000 óra (közép)

100 óra (szél)

2000 óra (szél)

Intenzitás [cps]

3,25·10-5 4,5·10-4 1,36·10-4 5,8·10-4

HgBr2 halogén körfolyamatot elősegítő hatásának vizsgálata

23.04.21.13

Volfrám koncentrációja a kerámia felületén (XPS)

23.04.21.14

6000 óra 100 óraÉgőtest közepe

Égőtest széle

Égőtest közepe

Égőtest széle

Kezdeti

HgBr2-os [at%] - 0,2 - -

HgBr2 nélküli [at%] 0,3 1,4 0,1 0,2

5 perc porlasztás

HgBr2-os [at%] - 0,6 - -

HgBr2 nélküli [at%] 1,4 2,3 0,1 0,4

30 perc porlasztás

HgBr2-os [at%] - 0,7 - -

HgBr2 nélküli [at%] 1,6 2,5 0,1 0,4

Spektrumot javító adalékok koncentriciói a kerámia felületén 5 perc porlasztás után (XPS)

6000 órát égetett lámpa

100 órát égetett lámpa

HgBr2 nélkül

HgBr2-os HgBr2 nélkül

HgBr2-os

Közép

Szél Közép

Szél Közép

Szél Közép

Szél

Ce [at%] 0,9 1,0 1,5 2,3 - - - -

Na [at%] 6,3 2,6 - 0,6 - - 0,2 -

Sr [at%] - - - - - 0,3 - -

I [at%] 2,4 0,7 0,1 2,3 - - - -

23.04.21.15

223

32

22

23 OHgCeICeOHgI

Volfrám kötésállapot vizsgálata (XPS)

23.04.21.16

100 óráig égetett, HgBr2 nélküli lámpa égőtestének széle Kezdeti

Fémes [%] 57,2

Oxidos [%] 42,8

5 perc porl.

Fémes [%] 68,8

Oxidos [%] 31,2

30 perc porl.

Fémes [%] 51,6

Oxidos [%] 48,4

Konklúzió A SIMS és az XPS egyedülállóan hatékony módszer a

volfrám lerakódás kimutatására

Különösen fontos a tesztelési idők lerövidítésére

Igazoltam, hogy a HgBr2 hatékony vegyület a halogén körfolyamat kerámia falat tisztító hatásának növelésére

Csökkenti a volfrám lerakódást

Megállapítottam, hogy a volfrám a felületen többféle kötésállapotban van jelen

Adalékok is kimutathatóak, így lehetőség van a körfolyamat pontosabb megismerésére

23.04.21.17

Következő lépések

A HgBr2 vegyület hatásának további tanulmányozása

Több HgBr2

Más halogén körfolyamatot serkentő vegyület hatásának vizsgálata

WO3

Kerámia égőtest különböző felületkezelésének a hatása a volfrám lerakódására

23.04.21.18

Köszönöm a figyelmet!

Z. Tóth, T. Russel, Z. Kolozsi, V. K. Josepovits, „Surface analitycal investigation of the Tungsten build-up in Ceramic Metal Halide lamps”, Proc. of 12th Int. Symp. of the Sci. and

Techn. of Light Sources” Eindhoven, 2010, 131.

Z. Tóth, T. Russel, Z. Kolozsi, V. K. Josepovits, „Development of Ceramic Metal Halide Lamps with Ultra Lumen Maintenance and Reliability”, 3rd Conf. of the Visegrad Countries on

Lighting, Brno, 2010

23.04.21.19