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钨丝的设计形状特点

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钨丝的设计形状特点

发布日期:2021-03-13 编辑: 点击:

钨丝的使用性能主要包括高温使用性能、室温使用性能和丝径的一致性。   

     ①高温使用性能。 白炽灯用钨丝的工作温度常在2300~2800℃之间,一般灯泡功率越大,灯丝的工作温度也越高,由此可见,灯丝的工作温度远超过钨丝的再结晶温度,此时,灯丝在其自重的作用下,在两挂钩之间的丝段将产生下垂现象,严重时,灯丝可下垂到与灯泡的玻壳相碰。对于在的粉末冶金过程中掺入了少量的钾硅铝的氧化物的掺杂钨丝,虽然其最终的成品丝中的硅和铝的含量只有百万分之几,钾的含量也不过百万分之几十,但用这种掺杂钨丝作的灯丝其下垂程度却可以有极大的改善。

其原因是由于掺杂钨丝与未掺杂钨丝再结晶的晶体结构有很大的差别。未掺杂钨丝的再结晶晶体基本上是等轴晶体,而掺杂钨丝的再结晶晶体结构是呈长条状互相搭接的粗大晶粒。从金属材料的高温蠕变理论来看,这种粗长搭接结构的再结晶晶体结构能大大地提高其高温抗下垂的能力。根据70年代进行的一系列的透射电镜和俄歇能谱仪的研究分析表明,这种掺杂钨丝所特有的粗长搭接结构的再结晶晶体结构的生成与掺杂钨丝中所含有的钾有密切的关系。残存在掺杂钨条中的微量钾在加工中形成与丝轴平行的钾泡列,它阻碍再结晶过程中晶粒的横向长大,因而生成粗长的搭接结构。    

钨丝

    白炽灯灯丝的下垂既与掺杂钨丝中的添加元素含量及加工工艺有关,也与灯丝制作过程中的处理工艺有关。钨丝在拉制成成品丝时保留了大量的内应力,在绕制成灯丝时又在钨丝的截面上产生新的不均匀变形的内应力。这些内应力必须在灯丝装架进入泡壳前加以完善的消除,否则灯泡在燃点开始的时候就会使灯丝扭曲、变形和下垂。灯丝的下垂会严重地降低灯泡的发光效率。    

    ②室温使用性能。钨丝的室温使用性能表现在绕丝性能上。钨丝由于其加工流程长,如果工艺管理不善,则很容易使钨丝产生很多细小裂纹或局部变脆,以致绕丝时很容易断裂。由于裂纹所造成的绕丝断裂断口呈须毛状,而由于丝材变脆所造成的断口则呈现晶面闪光状。  

    ③丝径的一致性。钨丝丝径一致性差是使白炽灯泡光电参数超差的一个重要原因,有的还会影响到灯泡的使用寿命。

     白炽灯的灯丝很细,是电炉丝的1/10~1/20左右,将灯丝绕成双螺旋状,灯丝间的螺距很小,便于集中热量,这样电流通过灯丝产生的热,很快是灯丝温度达到2500°以上,并保持这个温度,灯丝处于白炽状态,灯丝向外发射白光.虽然灯丝将消耗的电能转化为热,用以维持灯丝的白炽状态,白炽的灯丝只将7%~8%的电能转化为光,但这部分光是可见光,比电炉丝转化的可见光要强很多很多倍

 钨丝除少量用作高温炉的发热材料、电子管的热子和复合材料的加强筋等外,绝大部分都用于制作各种白炽灯和卤钨灯的灯丝以及气体放电灯的电极。对用作气体放电灯阴极的钨丝或钨杆,为降低其电子逸出功,须加入0.5~3%的钍,称为钨钍丝。由于钍是一种放射性元素,污染环境,故有用铈来代替钍作成钨铈丝或钨铈杆的。但铈的蒸发率高,所以钨铈丝或钨铈杆只能用于小功率的气体放电灯。
       
钨丝一旦经高温使用发生再结晶以后就变得很脆,在受冲击或震动的情况下极易断裂。在一些要求高可靠性的电光源产品中,为防止灯丝的断裂,常在掺杂钨丝中加入3~5%的铼,称为钨铼丝,它可以使钨的延脆转变温度下降到室温或室温以下。这是一种很奇特的铼效应,至今还未发现一种元素能代替铼,在钨中产生同样效应。
       
在常温下有较好的耐酸、碱能力,但在潮湿的空气中易被氧化,所以细钨丝不能在潮湿环境中贮存过久。另外钨在1200℃上下就开始与碳起反应生成钨的碳化物,所以对灯丝的烧氢处理要注意这个问题,否则钨与其表面的石墨润滑剂起反应,则灯丝就要变脆断裂。

简单说来,灯丝做成螺旋状是为了增大灯丝的长度。  为什么要增大灯丝的长度呢? 
       确定功率的灯泡的电阻值是确定的,钨丝正常工作时的电阻率也是确定的,如果灯丝是单线,为达到使灯泡正常工作的阻值灯丝就必须非常细,机械强度比较差。为了增大灯丝的机械强度,就要增加灯丝的截面积。但这会使灯丝的电阻减小。为保持阻值不变,就要延长灯丝的长度,这样就必须把灯丝做螺旋状。


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