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鎢絲
用于白熾燈等電光源中的材料
基本信息
| 中文名 | 鎢絲 |
| 外文名 | Tungsten Wire |
| 用途 | 用于燈泡中作各種發(fā)光體 |
| 特點(diǎn) | 熔點(diǎn)高，電阻率大，強(qiáng)度好 |
| 熔點(diǎn) | (3410℃), |
| 電阻率 | 5.3*10^-8 |
| 密度 | 19.3g/cm3 |
| 含量 | W≥99.95% |
收起
簡(jiǎn)介
鎢絲
最佳材料。但鎢的硬度大且脆，很難加工。當(dāng)電流通過(guò)鎢絲被加熱到一定溫度，鎢絲的電阻值也就增加到一定值(一般金屬絲的電阻值隨溫度升高而增加)。在常溫下此物電阻應(yīng)為1370℃-2000℃但是當(dāng)鎢絲的橫截面積長(zhǎng)度發(fā)生改變時(shí)此電阻值既會(huì)變化。1909年，庫(kù)利奇發(fā)明了鎢絲的加工工藝，為白熾燈泡的生產(chǎn)和推廣起了決定性的作用，其基本原理一直沿用到今天。
規(guī)格
牌號(hào) 特性及用途
WB001：繞制性能好，不下垂，適合于普通白熾燈、雙螺旋或三螺旋熒光燈、節(jié)日燈、支架絲等。
WB150：耐高溫性能好，加工性能優(yōu)良，適用于鹵素?zé)?、又螺旋白熾燈等?/span>
制作
三氧化鎢，或在450℃左右的氫氣中輕微還原成藍(lán)色氧化鎢。制作白熾燈燈絲的鎢絲需要在三氧化鎢或藍(lán)色氧化鎢中摻入少量的氧化鉀、氧化硅和氧化鋁，三者用量總和不超過(guò)1%,這就是巴茲在1922年發(fā)明的鎢絲摻雜工藝。經(jīng)過(guò)摻雜處理的鎢的氧化物用氫氣還原成金屬鎢粉。還原過(guò)程一般分兩步進(jìn)行：第一步在630℃左右還原成二氧化鎢（棕色氧化鎢）,第二步在820℃左右還原成金屬鎢粉。兩步還原的目的是使摻入的鉀充分發(fā)揮作用和控制粉末粒度。這樣取得的摻雜鎢粉再在一種特制的模子中壓制成細(xì)長(zhǎng)的方條。把方條在氫氣中通電，用自電阻加熱(溫度達(dá)3000℃左右)的方法進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)后鎢條的密度可達(dá)到理論值的85%以上。這種鎢條便可以用旋鍛方法加工成直徑為3mm左右的鎢桿，然后進(jìn)一步用模子拉拔的方法加工成各種不同粗細(xì)的鎢絲。例如220V、15W的白熾燈用的鎢絲直徑約為15μm，而 10000W的溴鎢燈用的鎢絲直徑約為1.25mm。更細(xì)的鎢絲如 220V、10W的白熾燈鎢絲直徑約為12μm，則要采用電解腐蝕的方法來(lái)制作。
當(dāng)鎢絲的直徑達(dá)到微米級(jí)時(shí)，用常規(guī)的卡尺很難精確地測(cè)定其直徑。因此，國(guó)際上通常將直徑在0.2mm以下的鎢絲用其切長(zhǎng)為200mm絲段的重量來(lái)表示絲的粗細(xì)，例如上述15W白熾燈鎢絲的直徑可以用0.679mg/200mm來(lái)表示。
應(yīng)用
鎢絲
鎢絲一旦經(jīng)高溫使用發(fā)生再結(jié)晶以后就變得很脆，在受沖擊或震動(dòng)的情況下極易斷裂。在一些要求高可靠性的電光源產(chǎn)品中，為防止燈絲的斷裂，常在摻雜鎢絲中加入3～5％的錸，稱為鎢錸絲，它可以使鎢的延脆轉(zhuǎn)變溫度下降到室溫或室溫以下。這是一種很奇特的錸效應(yīng)，至今還未發(fā)現(xiàn)一種元素能代替錸，在鎢中產(chǎn)生同樣效應(yīng)。
鎢在常溫下有較好的耐酸、堿能力，但在潮濕的空氣中易被氧化，所以細(xì)鎢絲不能在潮濕環(huán)境中貯存過(guò)久。另外鎢在1200℃上下就開(kāi)始與碳起反應(yīng)生成鎢的碳化物，所以對(duì)燈絲的燒氫處理要注意這個(gè)問(wèn)題，否則鎢與其表面的石墨潤(rùn)滑劑起反應(yīng)，則燈絲就要變脆斷裂。
熱輻射
物體熱輻射會(huì)產(chǎn)生各種不同頻率（波長(zhǎng)）的電磁波。對(duì)于鎢絲而言，射入表面的電磁波幾乎百分之百會(huì)被吸收。（吸收與輻射系數(shù)為1）對(duì)于鎢絲而言，射入表面的電磁波幾乎百分之百會(huì)被吸收（吸收與輻射系數(shù)為1）因此其熱輻射接近頻譜只與溫度有關(guān)的黑體輻射。因此其熱輻射接近頻譜只與溫度有關(guān)的黑體輻射。
鎢絲燈的優(yōu)缺點(diǎn)
鎢絲
1、生產(chǎn)過(guò)程中和使用廢棄后有汞污染，目前西方國(guó)家對(duì)汞污染是相當(dāng)?shù)闹匾暋?/span>
2、由于是玻璃制品，易破碎，不好運(yùn)輸。不好安裝。
3、其耗電量還是嫌大了些。
4、容易損壞，壽命短，節(jié)能不省錢(qián)這句話就是它的最好寫(xiě)照。
區(qū)別鏑
鎢絲
什么的，一般都在5600K左右。鎢絲燈的色溫是3200K!這是二者最大的區(qū)別，鏑燈是白光，鎢絲燈是黃光，鏑燈用得多，型號(hào)不一樣,，以ARR的燈具為準(zhǔn)，鏑燈包括：200W、575W、2000W、2500W、4000W、6000W、12000W還有新型的PAR燈，也屬于鏑燈類(lèi),200PAR、575PAR、1200PAR、4000PAR、6000PAR、12000PAR鎢絲燈包括：50W、300W、650W、1000W、2000W、5000W、24000W!
化學(xué)成分
型號(hào) | 鎢含量 | 雜質(zhì)元素含量 | 生產(chǎn)廠家 | |
總計(jì) | 每個(gè) | |||
WAL1, WAL2 | ≥99.95% | ≤0.05% | ≤0.01% | |
W1 | ≥99.95% | ≤0.05% | ≤0.01% | |
W2 | ≥99.92% | ≤0.08% | ≤0.01% | |
注：鉀不計(jì)入雜質(zhì)含量。 | ||||
發(fā)展歷史
鎢絲工業(yè)的發(fā)展從一開(kāi)始就是同照明 燈泡工業(yè)緊密聯(lián)系在一起的。1878年，愛(ài)迪生(T．A．Edison)發(fā)明了碳絲燈泡。但這種燈泡存在著嚴(yán)重的缺點(diǎn)，主要是壽命太短。將近20年后(1897年)，碳絲被鋨絲和鉭絲所取代，但由于Os、Ta熔點(diǎn)較低，因而工作溫度和光效低。
1879年愛(ài)迪生曾經(jīng)試用碳燈絲且使用了數(shù)百小時(shí)。雖然“碳”有極高的熔點(diǎn)（3550℃），但是卻有著低的“升華”溫度。在低溫時(shí)直接由固體升華為氣態(tài)，因此很容易消耗，使用壽命短。而且必須完全隔絕空氣（會(huì)在空氣內(nèi)燃燒）。目 前幾乎都是使用熔點(diǎn)為（3410℃）的鎢絲，優(yōu)點(diǎn)是低于熔點(diǎn)時(shí)其“升華”的速率較低。因此可以加熱到較“碳絲”更高的溫度。鎢絲一樣會(huì)在空氣中燃燒，因此需要燈泡抽成真空。
為了避免燈絲的升華，燈泡內(nèi)注入了惰性氣體，這些氣體主要為氬氣（argon）并且不包含氧氣。借由碰撞使部份氣化的鎢原子能夠重回?zé)艚z。雖然惰性氣體增 加了燈絲的使用壽命，但是也付出了一些代價(jià)。原本真空的燈泡內(nèi)由于惰性氣體的存在增加了熱的傳導(dǎo)與對(duì)流，帶走了能量，于是降低了平衡的溫度。升華的鎢氣于 惰性氣體內(nèi)形成微弱的粒子也借由對(duì)流在燈泡內(nèi)表面形成黑點(diǎn)。
1903年，根據(jù)杰司特(A．Just)和漢納門(mén)(F．Hannaman)的專(zhuān)利，匈牙利首次制造出鎢燈絲。它是將碳絲在含有自由氫的鎢的鹵氧化物蒸汽中通過(guò)電流加熱到高溫，使碳完全被鎢置換。這樣制得的白熾燈絲或多或少地含有碳，不僅脆性相當(dāng)嚴(yán)重，而且燈泡在使用時(shí)，燈絲不斷致密化，因而燈絲的電參數(shù)會(huì)發(fā)生變化。
1904年，杰司特和漢納門(mén)認(rèn)識(shí)到了碳對(duì)脆性的影響，采用無(wú)碳的粘結(jié)劑與鎢的化合物混合，再擠壓成絲，然后在氫中加熱還原成金屬。這種方法制得的鎢絲非常脆，但由于它的光效要好得多，還是取代了碳絲、鋨絲和鉭絲用于制作燈泡。
上述這些方法都不能制備細(xì)鎢絲。為了解決這個(gè)問(wèn)題，1907年，一種低鎳含量的 鎢合金問(wèn)世，它是通過(guò)機(jī)械加工方法制備的，但是嚴(yán)重的脆性妨礙了它的應(yīng)用。直到1909年，美國(guó)通用電器公司的庫(kù)利奇(w．D．Coolidge)通過(guò)粉末冶金法制得鎢坯條，再利用機(jī)械加工生產(chǎn)出在室溫下具有延性的鎢絲，從而奠定了鎢絲加工業(yè)的基礎(chǔ)，也奠定了粉末冶金的基礎(chǔ)。
然而這種“延性”鎢燈絲在燈泡點(diǎn)燃后表現(xiàn)出明顯的脆性。1913年，平奇(Pintsch)發(fā)明了釷鎢絲(ThO2的含量為1%～2%)，從而使白熾燈絲的脆性大大降低。起初，燈絲的下垂(見(jiàn)鎢絲的抗下垂性能)并不是一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)榇藭r(shí)的燈絲是直絲，但1913年以后，蘭米爾(Langmuir)將直絲改為螺旋絲，這樣，當(dāng)燈泡使用時(shí)，高的工作溫度和自重的作用使燈絲下垂，因而純鎢和釷鎢都難以滿足使用要求。
為了解決鎢絲下垂和壽命短等問(wèn)題，1917年，柏斯(A．Pacz)發(fā)明了高溫下“不變形”的鎢絲。起初，他在制備純鎢時(shí)采用耐火坩堝焙燒WO3，無(wú)意中發(fā)現(xiàn)用這種WO3還原所得鎢粉制成的鎢絲螺旋，經(jīng)再結(jié)晶后異常神秘地不再下垂。隨后，經(jīng)過(guò)218次反復(fù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，他終于發(fā)現(xiàn)在鎢酸(WO3·H2O)中添加鉀和鈉的硅酸鹽，經(jīng)過(guò)還原、壓制、燒結(jié)、加工等制得的鎢絲，再結(jié)晶后形成相當(dāng)粗的晶粒結(jié)構(gòu)，既不軟又抗下垂，這是最早的不下垂鎢絲。柏斯的發(fā)現(xiàn)奠定了不下垂鎢絲的生產(chǎn)基礎(chǔ)，直到現(xiàn)在美國(guó)仍稱不下垂鎢絲為“218鎢絲”，以紀(jì)念柏斯的這項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)。
不過(guò)，最早生產(chǎn)的不下垂鎢絲的脆性比釷鎢絲嚴(yán)重，以致有些燈泡廠堅(jiān)持使用釷鎢絲作燈絲。但隨著不下垂鎢絲生產(chǎn)工藝的不斷發(fā)展和完善，人們逐漸認(rèn)識(shí)到在氧化鎢中同時(shí)添加K、Si、Al的化合物，可以使鎢燈絲在高溫下具有良好的抗下垂性能，同時(shí)經(jīng)再結(jié)晶后又具有滿意的室溫延性。這就是現(xiàn)在人們常說(shuō)的“AKS鎢絲”，即“不下垂鎢絲”或“摻雜鎢絲”，米爾摻chan納(T．Millner)在1931年將這種改進(jìn)的不下垂效應(yīng)稱為“GK效應(yīng)”。
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