卤钨灯（含有部分卤族元素的充气白炽灯）

简介

卤钨灯

在白炽灯的充填惰性气体中加入微量的卤素或卤化物而制成的电光源。第一支实用的卤钨灯是1959年由美国通用电气公司研制成功的管型碘钨灯。由于卤钨灯具有体积小、发光效率高、色温稳定、几乎无光衰、寿命长等优点，问世后发展十分迅速。1964年试制出溴钨灯，进而开展了以氟、氯、溴、碘的各种化合物作充填循环剂的研究工作，使卤钨灯的性能不断提高。已试制和生产的各种用途的卤钨灯已显示出将逐步取代普通钨丝白炽灯的趋势。中国自1961年起试制碘钨灯，其后各主要白炽灯生产厂相继试制出了各种卤钨灯。

原理

卤钨灯

由于卤钨循环减少了钨的蒸发量，卤钨灯灯丝工作温度可达3000℃以上，发光效率根据用途可达17～33lm/W，光衰可低于5％。

循环

卤钨循环的过程是这样的：在适当的温度条件下，从灯丝蒸发出来的钨在泡壁区域内与卤素物质反应，形成挥发性的卤钨化合物。由于泡壁温度足够高（250℃），卤钨化合物呈气态，当卤钨化合物扩散到较热的灯丝周围区域时又分化为卤素和钨。释放出来的钨部分回到灯丝上，而卤素继续参与循环过程。

氟，氯，溴，碘各种卤素都能产生钨的再生循环。它们之间的主要区别是发生循环反应所需的温度以及与灯内其他物质发生作用的程度有所不同大量生产各种溴钨灯和碘钨灯，某些灯中还部分采用氯作为循环剂。

发光

所有白炽灯的发光原理都是利用物体受热发光原理和热辐射原理而实现的，最简单的白炽灯就是给灯丝导通足够的电流，灯丝发热至白炽状态，就会发出光亮，但这种白炽灯的寿命会相当相当的短。

我们见到的白炽灯之所以采用了以下各种技术，其目的都在于使得白炽灯具有更长的寿命和使用起来更加方便：真空玻璃管（减少灯丝氧化程度）、灯脚（便于你将灯泡插在灯座上）、填充惰性气体（减少灯丝在高温下的氧化程度）等等。

卤素灯泡与白炽灯的最大差别在于一点，就是卤素灯的玻璃外壳中充有一些卤族元素气体（通常是碘或溴），其工作原理为：当灯丝发热时，钨原子被蒸发后向玻璃管壁方向移动，当接近玻璃管壁时，钨蒸气被冷却到大约800℃并和卤素原子结合在一起，形成卤化钨（碘化钨或溴化钨）。卤化钨向玻璃管中央继续移动，又重新回到被氧化的灯丝上，由于卤化钨是一种很不稳定的化合物，其遇热后又会重新分解成卤素蒸气和钨，这样钨又在灯丝上沉积下来，弥补被蒸发掉的部分。通过这种再生循环过程，灯丝的使用寿命不仅得到了大大延长（几乎是白炽灯的4倍），同时由于灯丝可以工作在更高温度下，从而得到了更高的亮度，更高的色温和更高的发光效率。

结构

为了使灯壁处生成的卤化物处于气态，卤钨灯的管壁温度要比普通白炽灯高得多。相应地，卤钨灯的泡壳尺寸就要小得多，必须使用耐高温的石英玻璃或硬玻璃。由于玻壳尺寸小，强度高，灯内允许的气压就高，加之工作温度高，故灯内的工作气压要比普通充气灯泡高得多。既然在卤钨灯中钨的蒸发受到更有力的抑制，同时卤钨循环消除了泡壳的发黑，灯丝工作温度和光效就可大为提高，而灯的寿命也得到相应延长。

卤钨灯分为主高压卤钨灯（可直接接入220V-240V电源）及低电压卤钨灯（需配相应的变压器）两种，低电压卤钨灯具有相对更长的寿命，安全性能等优点。

为提高白炽灯的发光效率，必须提高钨丝的温度，但相应会造成钨的蒸发，使玻壳发黑。

在白炽灯中充入卤族元素或卤化物，利用卤钨循环的原理可以消除白炽灯的玻壳发黑现象。这就是卤素灯的来由。

但为确保卤钨循环的正常进行，必须大大缩小玻壳尺寸，以提高玻壳温度（一般要求碘钨灯的玻壳温度为250-600℃，溴钨灯的玻壳温度为200-1100℃），使灯内卤化钨处于气态。因此，卤素灯的玻壳必须使用耐高温和机械强度高的石英玻璃。

其结构有双端直管形、单端圆柱形和反射形。由于使用石英玻璃作玻壳，卤素灯又常称石英灯。其中反射形卤素灯因带有反射杯，又常称杯灯。

卤钨灯功率有5W、10W、15W、20W、25W、30W、35W、40W、45W、50W、60W、70W、100W、150W、200W和250W等多种。工作电压有6V、12V、24V、28V、110V和220V等多种。灯头有螺口式（E10、E11、E14等）、插入式（GU5.3、GX5.3、GY6.35、GZ4和G8等）和直接引出式。其中杯灯还有带前罩与不带前罩之分。杯口直径有25mm（MR8），35mm（MR11）和50mm（MR16）等几种。反射角有

卤钨灯的主要部件是玻壳、灯丝和充填卤化物。根据卤钨循环原理，卤钨灯灯壳的温度在200～800℃时才能形成充分的卤钨再生循环。为此，玻壳须选用耐高温的石英玻璃、高硅氧玻璃或低碱硬质玻璃，石英玻壳表面负载取20～40(

卤钨灯的结构有双端管形、单端圆柱形和反射形（见图）。

卤钨灯

类型

卤钨灯按用途分为6类：①照明卤钨灯。又分为高压双端灯、低压单端灯和多平面冷反射低压定向照明灯3种，广泛用于商店、橱窗、展厅、家庭室内照明。②汽车卤钨灯。又分前灯，近光灯，转弯灯，刹车灯等。③红外、紫外辐照卤钨灯。红外辐照卤钨灯用于加热设备和复印机上，紫外辐照卤钨灯已开始用于牙科固化粉的固化工艺。④摄影卤钨灯。已在舞台影视和新闻摄影照明中取代普通钨丝白炽灯。⑤仪器卤钨灯。用于现代显微镜、投影仪、幻灯以及医疗仪器等光学仪器上。⑥冷反射仪器卤钨灯。用于轻便型电影机、幻灯机、医用和工业用内窥镜、牙科手术着色固化、彩色照片扩印等光学仪器上。

1、照明卤钨灯，有高压双端灯、低压单端灯和多平面冷反射低压定向照明灯3种。高压双端灯色温2900～3100K、发光效率17～22lm/W、工作电压100～240V、功率300～2000W、寿命1500～2000h,水平燃点，广泛用于大面积泛光照明。低压单端灯电压6～110V、功率5～300W、寿命1000～3500h、体积小、发光体小，配上相应的反光镜时光利用率高，是一种节能型室内照明光源。多平面冷反射低压定向照明灯的节能效果和照明效果更为显著。主要有12V20W、12V50W、12V75W3种功率，相当于50～200W的普通PAR型灯(射灯)的照明效果，色温3050K,寿命2000～3500h。低压定向照明灯又分为宽角泛光照明灯（照射角

2、汽车卤钨灯，汽车上已使用12～24V、8～60W单端卤钨灯，色温为3000～3100K,寿命200h。其中前灯采用H4型12V60W/55W的双灯丝灯泡，近光灯丝精确装配在灯内的防眩钼制反光罩内，射程远、防眩效果好、定向性好；转弯灯、刹车灯等采用12V、8～25W的灯泡。

3、红外、紫外辐照卤钨灯，色温2500K以下的卤钨灯有丰富的红外辐射，热效率高、体积小，广泛用于加热照干燥设备和复印机上。这类灯多数是双端管形。复印机灯泡的灯丝分段绕制，保证热辐射均匀。色温高于3000K的卤钨灯有一定量的长波紫外辐射(约占总辐射量的0.1％)，已开始用于牙科固化粉的固化工艺上。

4、摄影卤钨灯，功率200～20000W、色温3200±50K、发光效率27～36lm/W、寿命15～300h，电压分为12～36V、110V和220V3种。12～36V的摄影卤钨灯为低压单端圆柱形，功率200～400W；110V和220V的为双端管形，功率500～2000W，更大功率的，灯丝由几段单螺旋丝排成均匀的发光面。摄影卤钨灯色温稳定、光衰小，

卤钨灯

5、仪器卤钨灯，功率2～400W、色温3000～3200K、电压3～36V、寿命50～200h。广泛用于现代显微镜、投影仪、幻灯以及医疗仪器等光学仪器上。

6、冷反射仪器卤钨灯，它是与椭球面介质膜反光镜经预聚焦组合成一体化的灯泡。功率50～250W、色温3200～3600K，光束温度低、光利用率高，反光镜最大直径50cm，电压8～110V。广泛用于轻便型电影机、幻灯机、医用和工业用内窥镜、牙科手术着色固化、彩色照片扩印仪等光学仪器上。

特点

卤素灯一直以来都与时代同步。它们发出的光线强而“冷”，也就是说卤素灯所发出的光强度远远高出白炽灯，

可使物体的颜色更光彩夺目。卤素灯尤其吸引人的地方是它能使物体的表面色泽更鲜艳，并能带出迷人的闪烁效果。由于灯的体积非常小巧玲珑且品种规格齐全，有从窄到宽多种角度以供选择，给专业灯光设计提供很大的的创意空间。就经济角度来说，卤素灯特别“明亮”。例如，白炽灯需要消耗75W的电能才能达到960流明的光通量，而卤素灯仅需要约50W。

案例

金属卤素灯（高强紫外卤素灯）通常又叫铁灯，一般的水银UV灯的最高波峰为365nm，并不大适合于一些需要380nm、403nm新油墨及特殊应用工艺。这些新的最高波峰(380hm、403nm)可以由金属卤素灯产生，金属卤素灯及在含有水银及氩的水银UV灯的基础上添加铁掺合、钾掺合或其它稀土金属原素掺合。铁掺合卤素灯特别增强了380hm作为最高波峰。钾掺合卤素灯特别增强了403nm及417nm的波峰。主要适用于UV油墨、UV油漆的固化，干膜、湿膜，绿色阻焊的曝光。在网印和固化中带颜色，特别是涂层较厚的产品和白色、黑色的干燥有突出的效果。

应用

卤钨灯产品使用于哪些地方?

宜用在照度要求较高、显色性较好或要求调光的场所，如体育馆、大会堂、宴会厅等。其色温尤其适用于彩色电视的演播室照明。由于它的工作温度较高，不适于多尘、易燃、爆炸危险、腐蚀性环境场所，以及有振动的场所等。石英聚光卤钨灯用于拍摄电影、电视及舞台照明的聚光灯具或回光灯具中。

照明开闭频繁，需要迅速点亮，需要调光或需要避免对测试设备产生高频干扰的地方和屏蔽室等，宜采用卤钨灯。

需要正确识别色彩，照度要求较高或进行长时间紧张视力工作的场所，宜采用卤钨灯。

卤素灯-卤素灯优势与劣势 卤素灯具有体积小、发光效率高（达17-33 lm/W）、色温稳定（可选取2500K-3500K）、光衰小（5%以下）、寿命长（可达3000小时至5000小时）等特点，这些特点显示出它有取代普通白炽灯的趋势。但石英玻璃昂贵，卤素灯的价格当然要比白炽灯高。同白炽灯一样，卤钨灯按用途、结构和外形也可分成许多类别。

制备

钨丝的再结晶组织能形成良好的燕尾搭接结构，长宽比大于12，在高温燃点状态下高温强度高，高温抗下垂性能及抗变形性能好；在非燃点即常温状态下的常温强度也高、延性好，延长了卤钨灯的使用寿命；提高了卤钨灯用钨丝的高温抗下垂性能和改善了制灯过程中的绕制性能。以细化和均匀弥散钨丝钾泡为关键技术，将A3型仲钨酸铵作为原料，钨粉配制方案新增C型钨粉和有别于现行钨粉制备工艺，依钾泡的高度弥散和均匀化来设计垂熔烧结、钨棒中高温退火，采用刚玉管炉进行钨棒的第一次再结晶退火等创新生产工艺。

影响因素

石英玻璃和紫外线

由于卤素灯泡需要工作在更高的温度下，普通玻璃外壳在此温度下会熔化并产生流动，由于具有极低的热膨胀系数，所以熔凝石英玻璃（英文：Fusedquartz）代替普通玻璃应用在了卤素灯泡中，由于普通玻璃可以隔断紫外光，但石英玻璃不能，所以卤素灯泡会发射出具有紫外光波段的不可见光。事物的两面性在这里得到了充分的体现：一方面要对灯泡增加防护措施以减少紫外线的辐射，另一方面，我们也利用紫外灯来治疗某些皮肤疾病或在室内就可得到在阳光下暴晒才能得到的古铜色皮肤。基于石英玻璃的特性，如果玻璃管壁上沾染了油污（例如用手触摸灯泡的玻璃壳），将导致上述再生循环过程不能良好完成，从而大大影响灯泡的寿命，需要用酒精进行清除。

技术术语

灯轴线

通过光源几何中心的轴线。

初始光电参数

指灯泡在老炼结束时所测量的光学和电学的数值，主要是色温，光通量和功率。

光中心高度

指灯丝的有效几何尺寸中心线至灯头底部触点间的距离。

柱形卤钨灯泡

单端引出的圆柱形卤钨灯泡。

冷反射定向照明

照明卤钨灯与多平面介质膜反光镜组合成的卤钨灯称为冷反射定向照明卤钨灯，其中加透镜的称为封闭式冷反射定向照明卤钨灯。

使用注意事项

(1)安装卤素灯泡时，请将电源关掉，并利用塑料套保护灯泡玻璃壳清洁，不要用手触摸，如不慎触摸，请用酒精擦拭干净；

(2)卤素灯泡使用耐高温的石英玻璃制成，如沾到手或油污，将使石英玻璃失去光泽，变成白浊色而减低亮度，缩短寿命，甚至玻璃壳破裂；

(3)卤素灯泡点灯时，封口处的温度不可超过350度，否则会缩短卤素灯泡的寿命，故卤素灯具通风散热必须良好；

(4)卤素灯泡点灯时，应避免冷气直接吹向灯泡；

(5)卤素灯泡点灯中，应避免受到冲击或震动；

(6)卤素灯泡点灯中或刚熄灯后，因灯泡温度仍然很高，绝对不可用手去触摸。

区别

1879年，爱迪生发明第一盏白炽灯（碳丝白炽灯），开始了人类第一次照明光源技术革命。白炽灯使用寿命短，卤素灯光效低，但显色度高。第二代照明光源是卤素灯，所发出的光强度远远高出白炽灯，而能耗约降低三分之一。

金卤灯因灯泡中填充了金属卤化物而得名，基本构造与发光原理大致与荧光灯管相似，不同之处在于弧光放电点灯，产生高热，金属卤化物升华成为蒸气，直接发出可见光，节能80%至90%，属第三代照明光源。

金卤灯是继白炽灯、卤素灯之后当今世界崛起的第三代绿色照明光源，以光效高、显色性好、使用寿命长等优势，不仅成为高档轿车、背投电视等光源的首选，还可广泛应用于军事、探险、水下作业、野外搜救等领域。与普通白炽灯相比，金卤灯节能效果惊人，市场空间巨大。金卤灯在欧美发达国家发展势头迅猛，已有近40%的普及率。但我国曾有80亿支灯泡产量中，金卤灯比例不到2%。由于功率越小，技术要求越高，国内50W以下的金卤灯生产尚属空白。

碘钨灯就是卤钨灯，但是卤钨灯不一定是碘钨灯。

卤钨灯

白炽灯是将灯丝通电加热到白炽状态而发光的电光源，俗称电灯泡。为提高白炽灯的发光效率，目前白炽灯的灯丝大都做成双螺旋型并充有氩氮混合气，大功率的白炽灯还充有氪气、氙气等惰性气体，以进一步提高白炽灯的发光效率或延长白炽灯的寿命。

白炽灯按用途可分为普通照明灯泡和专用照明灯泡。普通照明灯泡按其结构和外形又可分为无色（透明）灯泡、白色灯泡、乳白色灯泡、磨砂灯泡、彩色灯泡、单螺旋灯泡、双螺旋灯泡、球形灯泡、蘑菇形灯泡、摇曵形灯泡、反射型灯泡、螺口灯泡（灯头型号为E14、E27）、卡口（插口）灯泡（灯头型号为B14、B22）等等。专用照明灯泡有装饰灯泡、局部照明灯泡、道路机车灯泡、军用灯泡、照相摄相灯泡、红外线灯泡、无影灯泡、仪器灯泡、水下灯泡、指示灯泡、矿用灯泡、船用灯泡、飞机用灯泡、聚光灯泡、放映灯泡、励光灯泡、印刷灯泡、防爆灯泡、小型灯泡、超小型灯泡（微型灯泡、米泡）等等。光电参数和外形尺寸极其繁多。

白炽灯的发光效率及其他光点参数远比节能灯、卤钨灯等新光源差，已逐步被节能灯、卤钨灯等新光源取代，但其价格便宜，目前在一些特殊应用场合和落后地区还有一定市场。

2、卤素灯

卤钨灯

由于卤素灯中钨的蒸发受到有效的抑制，加之卤钨循环消除了玻壳发黑，卤素灯灯丝的温度就可大大提高（高达3000℃），使卤素灯的发光效率远比普通白炽灯高。例如，白炽灯需要消耗75W电能才能达到960流明的光通量，而卤素灯仅需50W。卤素灯尤其吸引人的地方是它的体积小巧玲珑，品种规格多种多样，尤其杯灯可把光线集中反射，相对于散射型光源而言，消耗同样电功率，可获得强得多的照度，因此，人们觉得卤素灯“特别明亮”，能使物体的表面色泽更绚丽，光彩更夺目，甚至觉得有迷人的闪烁效果。杯灯的反射角度有从窄到宽多种角度可供选择（越窄越觉明亮），也给专业灯光设计提供很大的创意空间。

同白炽灯一样，卤钨灯按用途、结构和外形也可分成许多类别。

3．荧光灯

荧光灯即低压汞灯，它是利用低气压的汞蒸气在放电过程中辐射紫外线，从而使荧光粉发出可见光的原理发光，因此它属于低气压弧光放电光源。荧光灯内装有两个灯丝。灯丝上涂有电子发射材料三元碳酸盐（碳酸钡、碳酸锶和碳酸钙），俗称电子粉。在交流电压作用下，灯丝交替地作为阴极和阳极。灯管内壁涂有荧光粉。管内充有400Pa-500Pa压力的氩气和少量的汞。通电后，液态汞蒸发成压力为0.8Pa的汞蒸气。在电场作用下，汞原子不断从原始状态被激发成激发态，继而自发跃迁到基态，并辐射出波长253.7nm和185nm的紫外线(主峰值波长是253.7nm，约占全部辐射能的70-80％；次峰值波长是185nm，约占全部辐射能的10％)，以释放多余的能量。荧光粉吸收紫外线的辐射能后发出可见光。荧光粉不同，发出的光线也不同，这就是荧光灯可做成白色和各种彩色的缘由。由于荧光灯所消耗的电能大部分用于产生紫外线，因此，荧光灯的发光效率远比白炽灯和卤钨灯高，是目前最节能的电光源。

发展趋势

1959年人们发现了卤钨循环原理后制造出卤钨灯，它给热辐射光源注入了新的活力，这类灯体积小，光维持率达到95%以上，光效和寿命均明显地优于白炽灯，人们已生产出可直接应用于电网电压220V或110V的卤钨灯，其尺寸可小到Ø

220V卤钨灯的技术参数

卤钨灯是处于发展中的新一代白炽灯。其发展趋势：

①继续发展节能型小功率产品，代替白炽灯全面进入室内照明。

②研究氟、氯化合物充填剂以及防腐工艺，提高发光效率和寿命，使氯、氟钨灯得以实用。

③研究反射红外线透射可见光涂层的节能型卤钨灯。

④逐步采用硬质玻璃灯壳。

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