
【電】 coated filament
coating
【計】 coating
【化】 coating
filament; glower
【電】 filament; filamentary cathode
塗層燈絲(英文:Coated Filament)是電子技術領域的關鍵組件,特指在鎢絲基底表面施加特殊塗層的電熱發射體。其核心功能是在相對較低的工作溫度下提升電子發射效率,主要應用于真空電子器件如電子管、顯像管及特種光源中。
結構基礎
塗層燈絲以高熔點鎢絲(熔點 3,422°C)為基體,表面覆蓋活性物質塗層。鎢絲提供機械支撐和基礎熱電子發射能力,而塗層通過降低材料逸出功(Work Function)顯著增強電子發射密度。
電子發射機制
塗層中的钍(Th)、铈(Ce)等稀土氧化物在高溫激活後形成原子級活性層,使逸出功從純鎢的 4.52 eV 降至 2.6–3.0 eV。根據理查森-杜什曼公式:
$$ J = ATe^{-W/kT} $$
其中 ( J ) 為發射電流密度,( W ) 為逸出功,降低 ( W ) 可使同等溫度 ( T ) 下的發射電流呈指數級增長。
塗層類型 | 成分 | 工作溫度 | 應用場景 |
---|---|---|---|
钍鎢塗層 | ThO₂ (0.5–2 wt%) | 1,800–2,000K | 大功率發射管、X射線管 |
稀土氧化物塗層 | BaO/SrO/Ce₂O₃ | 1,600–1,800K | 顯像管、陰極射線管 |
碳化塗層 | W₂C/WC (表面處理) | >2,200K | 抗蒸發長壽命燈絲 |
可靠性優勢
塗層燈絲在 1,700K 時的發射效率相當于純鎢絲 2,500K 水平,壽命延長 3–5 倍(真空度 >10⁻⁵ Torr),大幅降低器件能耗 。
标準規範
國際電工委員會(IEC)在IEC 60384-1 中規定了塗層燈絲的逸出功測試方法,美國材料試驗協會(ASTM)的F76-08 标準則定義了其表面塗層均勻性檢測流程 。
權威文獻
當前研究聚焦于納米複合塗層(如 Sc₂O₃/W 體系),通過界面能帶調控進一步降低逸出功至 1.8 eV。美國斯坦福線性加速器中心(SLAC)2023 年實驗表明,該類燈絲在離子源中可實現 10 A/cm² 級穩态發射電流 。
“塗層燈絲”是電子元件中的一種特殊結構,由金屬燈絲和表面塗層組成,主要應用于電燈泡、電子管等領域。以下是詳細解釋:
燈絲
通常指燈泡或電子管内的金屬絲,材質多為細鎢絲(),通電後能發光、發熱或産生電子射線。其核心功能是将電能轉化為光能和熱能。
塗層
指覆蓋在燈絲表面的材料層,常見用途包括提高耐高溫性、減少金屬蒸發或增強電子發射效率。
塗層燈絲的英文譯為“coated filament”,屬于電學領域術語。其發展源于對傳統燈絲性能的改進,例如愛迪生早期試驗的碳化竹絲燈絲即為基礎形态。
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