Magas hőmérsékletű anyagtudományi kutatások kisülőlámpákban Írta: Molnár Balázs Témavezetők: Prof. Dr. Giber János Dobos Gábor Dr. Böröczki Ágoston TDK 2007 Molnár Balázs

Tartalom A fémhalogén lámpákban lezajló degradációs folyamatok A kisülő kamra falában bekövetkező változások vizsgálata A transzportfolyamatok modellezése: Modell minta Kemence Modellmintákkal végzendő vizsgálatok Mérés valódi lámpákon: SIMS mérés Optikai és elektronmikroszkópos vizsgálatok Összegzés Jövőbeli feladatok Molnár Balázs

A fémhalogén lámpákban lezajló degradációs folyamatok Átkristályosodás Ionporlasztás, ionimplantálóció. Adalékanyagok reakcióba lépnek a kisülőcső falával. Transzportfolyamatok Molnár Balázs

A fémhalogén lámpákban lezajló transzport folyamatok Molnár Balázs

A lámpa kisülő kamra falában bekövetkező változások mérése Ha meg akarjuk határozni a falban bekövetkező változásokat, két utat járhatunk be: Modellmintákat készítünk, melyekben hasonló folyamatok zajnak le ellenőrzött körülmények között, mint a valódi lámpákban. Valódi lámpák tanulmányozása, SIMS-el, valamint optikai- és elektronmikroszkóp segítségével. Molnár Balázs

Modell minta CÉL: Modellminták: Paramétereik: A lámpában lezajló anyagtranszport folyamatok felderítése, különböző adalékok estén Modellminták: Adalékoltságuk és a faluk megegyezik a valódi D2-es lámpákban alkalmazottakkal. Paramétereik: külső átmérő: 4,8mm hossz: 120mm Molnár Balázs

Kemence Követelmény: 1000 – 1200 oC működési hőmérséklet A modellmintákon, a valódi lámpákkal közel megegyező hőmérséklet különbség lépjen fel. Több száz órás működési idő Molnár Balázs

Kemence felépítése A kemence „szíve” egy kerámiacsőre feltekert fűtőszál. Áramot egy hőmérsékletszabályozó tápegység szolgáltatja. A hőszigeteléshez kerámiagyapotot és habsamott téglát használtam. Molnár Balázs

Kemence Molnár Balázs

Modellmintákkal végzendő vizsgálatok Hőkezelés Molnár Balázs

Modellmintákkal végzendő vizsgálatok Felszeletelés => A transzportfolyamatok sebessége meghatározható az egyes szeletek tömegének változása alapján. Molnár Balázs

Mérés valódi lámpákon Cél: Módszerek: Eltérő gyártási folyamat hatásának felderítése. Módszerek: SIMS Optikai– és elektronmikroszkóp Molnár Balázs

SIMS mérés 55 percet porlasztott minták: 0 percet porlasztott minták: A szkandium és a szennyeződésből eredő Si-klaszterionok, nagyobb mértékben találhatók a nem mosott lámpák esetén. A lámpában használt adalékanyagok közül csak a szkandium beépülése volt jelentős. 55 percet porlasztott minták: 0 percet porlasztott minták: A lámpa alsó felén összegyűlő magas hőmérsékletű adalékcseppekből az adalékok nagyobb mértékben épülnek be a kisülőkamra falába. Ezt a lámpa alsó részében megjelenő jelentősebb szkandium csúcsok igazolják. Molnár Balázs

SIMS mérés 0 percet porlasztott minták: 55 percet porlasztott minták: A Si klaszter-ion csúcsok arányának eltérése kötésállapotbeli eltérésre utalnak A beépülések mértéke a működtetési idő növelésével nőtt. 0 percet porlasztott minták: 55 percet porlasztott minták: Molnár Balázs

SIMS mérés Nehézfém beépülés is megfigyelhető: volfrám, higany és molibdén csúcsok volfrám molibdén higany Molnár Balázs

Optikai és elektronmikroszkópos vizsgálatok A kisülőkamra felső része: ● Lapos gömbszerű kitüremkedések borítják, melyeken kristályos szilánkok találhatók. ● Ezek finomabb struktúrát alkotnak a kamra két szélén, a középső részen durvább morfológájúak Molnár Balázs

Optikai és elektronmikroszkópos vizsgálatok ● A hosszabb 2000 órát meghaladó égetési idő hatására ezek a képződmények egyre sűrűsödnek, felületük feltöredezik. Alakjuk módosul, ellaposodik, pikkelyszerűvé válik. Molnár Balázs

Optikai és elektronmikroszkópos vizsgálatok ● A kisülőkamra alsó része: ● A felszíne tagolt. ● Félgömbszerű képződmények szabályos hatszöges struktúrát vesznek fel. ● Az égetési idő növekedésével az árkok elmélyülnek és egyes közelebb esők össze is nyílnak. ● A kiemelkedésekre újabb rétegek rakódnak => erodált struktúra Molnár Balázs

Optikai és elektronmikroszkópos vizsgálatok Mosott lámpák Nem mosott lámpák 1500 és 1536 órát égetett lámpák 2455 és 1995 órát égett lámpák Molnár Balázs

Összegzés A lámpa működés következtében fellépő káros degradáló folyamatok kevésbé agresszívan zajlanak le a tisztább lámpák esetén => fémhalogenidek mellett a szennyeződések is fontos szerepet játszanak. A D2-es fémhalogén lámpa élettartalma és paramétereinek a stabilitása megnövelhető, ha a gyártás során az egyik alkatrész tisztaságának megőrzésére nagyobb gondot fordítanak. Molnár Balázs

Jövőbeli feladatok Modellminták: Valódi lámpák: Hőkezelése Vizsgálata (jelenleg 60 óránál tart) Vizsgálata Kiértékelése Kvantitatív eredmények Adalék tesztelés Kisülőcső tesztelés Valódi lámpák: XPS mérések XRD mérések Molnár Balázs

Köszönöm a figyelmüket! Molnár Balázs