靜電噴涂主要作用是使LED產(chǎn)品的光線更柔和、更均勻地向空間發(fā)散，而不會產(chǎn)生刺眼的狀況，可以有效保護眼睛，也使LED產(chǎn)品更符合其使用功能。

借助掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、反射率測定儀、空間光譜輻射計（Gonio）等對涂層質(zhì)量和性能進行分析，為尋找合適的材料和噴涂工藝參數(shù)提供有益的參考。

研究結(jié)果表明，采用顆粒度大小為20 nm左右的二氧化硅（SiO2），可制備出透光率＞97%，擴散效果佳且光線柔和的玻璃擴散罩。

近年來，我國LED照明技術(shù)發(fā)展迅速，LED球泡燈作為最常見的照明產(chǎn)品之一，市場需求量正在迅猛發(fā)展。

隨著LED發(fā)光效率不斷提升，LED球泡燈成為替換白熾燈、鹵素燈、電子節(jié)能燈的新型綠色照明產(chǎn)品。

但是，LED球泡燈的燈珠為點光源，這就要求LED球泡燈的擴散罩必須具備透光率高、照度均勻、出光角度大、對眼睛無刺激性等特性。

目前球泡燈的擴散罩主流產(chǎn)品為乳白PC擴散罩、內(nèi)涂白玻璃擴散罩等，而內(nèi)涂白玻璃擴散罩主要為水涂粉擴散罩、靜電涂粉擴散罩。

粉末靜電噴涂技術(shù)因具有用粉量少、效率高、相對環(huán)保、可回收利用等優(yōu)點，被廣泛應用于玻璃泡殼的涂覆。

二氧化硅是極其重要的材料之一，由于其粒徑很小，因此比表面積大，表面吸附力強，表面能大，化學純度高，分散性能好，熱阻、電阻等方面具有特異的性能。

二氧化硅以其優(yōu)越的穩(wěn)定性、補強性、增稠性和觸變性在眾多科學及領(lǐng)域內(nèi)獨具特性，有著不可取代的作用，因此，把它作為玻璃罩殼的光擴散材料是首選。

本文著重從靜電噴涂的工藝參數(shù)控制、環(huán)境因素、粉末材料的選擇等方面詳細闡述，并借助掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、X射線能譜儀（EDX）、反射率測定儀、空間光譜輻射計（Gonio）等對涂層質(zhì)量和性能進行分析，采用靜電噴涂工藝，制得透光率≥97%且出光均勻擴散效果佳的LED球泡燈用擴散罩。

同時，通過對噴涂工藝參數(shù)和技術(shù)經(jīng)驗總結(jié)，希望能為從事該領(lǐng)域工作的研究人員或技術(shù)人員提供有價值的參考。

1 粉末靜電噴涂工藝控制簡述

1.1 粉末靜電噴涂的基本原理

靜電發(fā)生器通過噴槍槍口的電極針向玻璃泡殼方向的空間釋放高壓靜電（負極）。當粉末粒子由噴針口噴出經(jīng)過放電區(qū)時，便捕集了大量的電子，成為帶負電的微粒，在靜電吸引的作用下，被吸附到帶正電荷的泡殼上去。

當粉末附著到一定厚度時，則會發(fā)生“同性相斥”的作用，不能再吸附粉末，從而使其在泡殼表面形成1層均勻的涂層。利用泡殼表面殘留的溫度進一步固化粉層，冷卻后即為均勻牢固的涂層。

1.2 影響涂層質(zhì)量的主要因素

粉末靜電噴涂中，泡殼的潔凈度，噴涂時間，放電針孔徑大小，噴涂電壓，噴粉量，粉末導電率，材料的電阻率，粉末顆粒度，輔助材料壓縮空氣的溫度、濕度、潔凈度等，是影響涂層質(zhì)量的主要因素。

1.3 噴涂作業(yè)的常見問題及解決方法

1.3.1 涂層雜質(zhì)

常見雜質(zhì)主要來源于噴粉環(huán)境中的顆粒，以及其他各種因素引起的雜質(zhì)，現(xiàn)概括如下。

1）泡殼內(nèi)雜質(zhì)：解決方法是清洗泡殼。

2）噴粉室內(nèi)雜質(zhì)：主要是灰塵、衣物纖維、設備磨粒和噴粉系統(tǒng)積垢。解決方法是每天開工前使用壓縮空氣吹掃噴粉系統(tǒng)，用濕布和吸塵器徹底清潔噴粉設備和噴粉室。

3）工位上雜質(zhì)：解決方法是開機前使用壓縮空氣吹掃工位上的粉末或灰塵。

4）粉末雜質(zhì)：主要是粉末分散不均、粉末受擠壓造成的粉點、粉末吸水受潮等。解決方法是提高粉末質(zhì)量，改進粉末儲存方式。

5）壓縮空氣雜質(zhì)：主要是壓縮空氣管道內(nèi)粉塵雜質(zhì)。解決方法是增加過濾器，開機前壓縮空氣管道先排氣。

1.3.2 涂層縮孔

1）壓縮空氣含水量過大而引起的。解決方法是及時排放壓縮空氣冷凝水。

2）粉末受潮而引起的。解決方法是改善粉末在40℃烘箱中恒溫保存，增加除濕機以保證回收粉末及時使用。

1.3.3 涂層不均

1）粉末分散不均勻引起的。解決方法是提高粉末質(zhì)量，保證粉末的顆粒度相差不大而且?guī)щ娬摻y(tǒng)一。

2）泡殼受熱溫度不同引起的。解決方法是調(diào)整煤氣火頭大小及機臺速度，以保持泡殼固化溫度和時間的一致性和穩(wěn)定性。

3）噴粉不均引起的。主要是供粉桶內(nèi)粉末流化不均勻所致。應更換微孔板或調(diào)節(jié)微孔板下的供氣系統(tǒng)，使粉層恢復正常沸騰狀態(tài)，即可消除。

如果供粉桶不是流化床型的，則需改善攪拌器或加裝振蕩器，防止粉層出現(xiàn)空洞，供不上涂料。有的是氣壓偏低，則加大氣壓即可消除。另一可能是管道堵塞，則需清理管路。

4）玻璃壁厚薄不均引起的。解決方法是控制泡殼的壁厚偏差值，做好入庫檢驗。

1.3.4 涂層附著力差

1）泡殼內(nèi)表面污染而引起的。解決方法是加強泡殼清洗。

2）泡殼表面溫度低引起的。解決方法是調(diào)大火頭，提高爐膛內(nèi)的溫度

3）靜電噴涂粉顆粒大引起的。解決方法是更換細粒度的材料。

1.3.5 粉末上粉率低

1）電壓低或無高壓是主要原因之一。需調(diào)高輸出電壓或維修高壓靜電發(fā)生器。

2）工件接地不良引起。應更換接地線。

3）粉末荷電量過大或小也影響上粉率。一般是荷電量影響上粉率，荷電量小的原因，除了不同粉末涂料的自身反電離效應有差別外，主要原因是由于高壓靜電發(fā)生器故障引起，需進行維修，使其恢復高壓。

4）氣壓過大，會抵消靜電引力，使附在泡殼內(nèi)的粉末被吹掉，降低上粉率。

1.4 粉末材料的選擇

粉末靜電噴涂過程中，粉末材料對涂層的質(zhì)量起到?jīng)Q定性作用。本文著重從粉末材料的選擇、涂層質(zhì)量、材料顆粒大小、形貌等方面進行系統(tǒng)地比對分析，并對球泡燈的出光角度、空間光譜分布均勻性等特性進行分析，為生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品提供有用的參考。

2 試驗部分

2.1 原材料

3種不同粒徑的納米SiO2粉（分別記為A、B、C）。

2.2 儀器與設備

靜電涂粉機、透射電子顯微鏡（TEM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線能譜儀、空間光譜輻射計、反射率測定儀。

2.3 試驗內(nèi)容

2.3.1 樣品制作

將A、B、C 3種粉末材料，按照靜電噴涂工藝參數(shù)要求制成擴散罩并裝配成整燈樣品，測試其相應的性能。

2.3.2 樣品測試

1）粉末樣品的形貌采用TEM分析儀測試，成分在特定的區(qū)域內(nèi)采用X射線能譜儀（EDX）附件測試。

2）涂層樣品的形貌采用SEM分析儀測試。

3）反射率采用反射率測定儀，在最大半徑處固定取6個點，求平均值。

4）透光率采用PMS-80光譜分析系統(tǒng)測試（瞬態(tài)法）。透光率定義為LED光源帶罩時光通量與不帶罩時光通量的比值，用百分數(shù)（%）表示。

5）空間光分布采用Gonio型空間光譜輻射計測試，樣燈預熱3h后，進行穩(wěn)態(tài)測試。

3 結(jié)果與討論

3.1 反射率與透光率

不同材料具有不同的反射率，即使相同的材料，因顆粒大小、晶型結(jié)構(gòu)、形狀等不同，反射率也略有差異。LED球泡燈光擴散效果是利用材料的漫反射特性實現(xiàn)的。

為此，我們對比了3種不同粒徑的氧化硅材料反射率與透光率的關(guān)系，如圖1所示。

從圖1中可以得出，反射率與透光率呈線性關(guān)系，且透光率隨著反射率的增加呈線性下降趨勢。在相同反射率的條件下，透光率順序為B＞A＞C。

3.2 透射電鏡（TEM-EDX）分析

漫反射定義為當1束平行的入射光線射到粗糙的表面時，表面會把光線向著四面八方反射。材料的晶型結(jié)構(gòu)、顆粒大小、形狀等對漫反射率有影響。

我們采用高分辨透射電鏡，結(jié)合X射線能譜分析，分析3種材料的晶型結(jié)構(gòu)、粒徑、形貌和成分，結(jié)果如圖2和表1所示。

從圖2中可以看出，3種材料的顆粒大小、晶型結(jié)構(gòu)存在明顯的差異性。A樣品晶型呈類球形，原生粒徑為20 nm左右，且粉體顆粒由多個單元的SiO2晶粒團聚成（圖2中的A1）。

將A樣品進一步放大倍數(shù)，我們發(fā)現(xiàn)在SiO2單晶表面上2~3nm的晶粒材料，且結(jié)晶度高，可能為納米材料對SiO2表面修飾。

B樣品由橢圓形、球形、棒狀結(jié)構(gòu)組成，晶體原生粒徑30~150 nm。C樣品由類球形和類六方形組成，晶體原生粒徑20~30 nm左右。

從EDX分析結(jié)果（表1）看，A樣品Si:O比例＜1:2，說明表面修飾材料富含氧原子，B樣品Si:O=1:2，說明商品粉為純SiO2。

C樣品存在兩種不同晶型結(jié)構(gòu)，類六方型結(jié)構(gòu)晶體和類球形結(jié)構(gòu)晶體Si:O比例接近1:2，說明該物質(zhì)為SiO2。

3.3 球泡燈空間光強分布

我們將3種不同材料噴涂的A19規(guī)格擴散罩制成整燈樣品，并用Gonio型空間光譜輻射計分析，從空間光光強分布統(tǒng)計結(jié)果（如表2、表3）可以看出，B樣品的涂層光均勻度差，均勻度的順序為A＞C＞B。

3.4 涂層SEM分析

為了尋找3種樣品的光擴散效果的差異性，我們采用SEM對涂層的質(zhì)量進行分析，結(jié)果如圖3所示。從結(jié)果可以看出，B樣品涂層有缺陷，存在孔洞，是導致出光均勻性差的原因。

其主要原因可能是因材料粒度范圍相對較廣，涂層不致密。A、C樣品涂層相對致密，出光效果好。

4 結(jié)論

1）粉末靜電噴涂材料粒度級配合理、原生粒徑小，涂層致密，出光均勻性好。

2）透光率隨著反射率的增加而降低。

3）不同的擴散材料，對透光率影響不同。

4）在相同的出光效果下，涂層越致密，出光均勻度效果越好。