Volframo vielos savitoji varža yra 5,3*10^-8. Volframas turi aukštą lydymosi temperatūrą, didelę varžą, gerą stiprumą ir mažą garų slėgį. Tai geriausia medžiaga tarp visų grynų metalų kaitinamųjų siūlų gamybai. Tačiau volframas yra kietas ir trapus, todėl jį sunku apdoroti. Kai srovė praeina per volframo laidą ir įkaista iki tam tikros temperatūros, volframo vielos varžos vertė taip pat padidėja iki tam tikros vertės (paprastai metalinės vielos varžos vertė didėja didėjant temperatūrai). 1909 m. Coolidge'as išrado volframo gijų apdorojimo technologiją, kuri suvaidino lemiamą vaidmenį gaminant ir reklamuojant kaitrines lemputes. Pagrindiniai jos principai taikomi ir šiandien.
Didžioji dalis volframo vielos gamybos kaip žaliava naudojama amonio paratungstatas (APT). Bendras procesas yra skrudinti amonio paratungstatą į volframo trioksidą ore maždaug 500 laipsnių temperatūroje arba šiek tiek redukuoti iki mėlynojo volframo oksido vandenilyje maždaug 450 laipsnių temperatūroje. Norint pagaminti volframo siūlą kaitinamųjų lempų siūlams, nedidelį kiekį kalio oksido, silicio oksido ir aliuminio oksido reikia sumaišyti su volframo trioksidu arba mėlynuoju volframo oksidu. Bendra trijų suma neviršija 1 proc. Tai 1922 m. Bazo išrastas volframas. Šilko dopingo procesas. Legiruotas volframo oksidas su vandenilio dujomis redukuojamas į metalinius volframo miltelius. Redukcijos procesas paprastai atliekamas dviem etapais: pirmasis žingsnis yra redukuojamas iki volframo dioksido (rudojo volframo oksido) maždaug 630 laipsnių, o antrasis žingsnis - iki metalinių volframo miltelių maždaug 820 laipsnių. Dviejų etapų redukcijos tikslas – leisti įterptam kaliui visiškai išnaudoti savo poveikį ir kontroliuoti miltelių dalelių dydį. Tokiu būdu gauti legiruoti volframo milteliai specialioje formoje suspaudžiami į pailgus kvadratinius strypus. Kvadratinė juosta maitinama vandeniliu ir sukepinama naudojant savaiminį kaitinimą (temperatūra siekia apie 3000 laipsnių). Po sukepinimo volframo strypo tankis gali siekti daugiau nei 85% teorinės vertės. Tokios rūšies volframo juostelės gali būti apdirbamos į maždaug 3 mm skersmens volframo strypus sukamojo kalimo būdu, o vėliau traukiant štampavimo būdu į įvairaus storio volframo laidus. Pavyzdžiui, 220 V, 15 W kaitrinėje lempoje naudojamo volframo siūlelio skersmuo yra apie 15 µm, o volframo siūlelio, naudojamo 10 000 W bromo volframo lempoje, skersmuo yra apie 1,25 mm. Plonesni volframo laidai, tokie kaip 220 V, 10 W kaitinamųjų lempų volframo laidai, kurių skersmuo yra apie 12 µm, turi būti pagaminti naudojant elektrolitinę koroziją.
Kai volframo vielos skersmuo pasiekia mikronų lygį, sunku tiksliai išmatuoti jo skersmenį naudojant įprastus suportus. Todėl tarptautiniu mastu volframo vielos, kurios skersmuo mažesnis nei {{0}},2 mm, svoris paprastai išreiškiamas 200 mm ilgio vielos segmento svoriu. Pavyzdžiui, minėtos 15W kaitinamosios lempos volframo vielos skersmuo gali būti išreikštas 0,679mg/200mm.
Naudojimo našumas
① Aukštos temperatūros našumas. Kaitrinėse lempose naudojamų volframo siūlų darbinė temperatūra dažnai yra nuo 2300 iki 2800 laipsnių. Paprastai kuo didesnė lemputės galia, tuo aukštesnė kaitinamojo siūlo darbinė temperatūra. Matyti, kad kaitinamojo siūlelio darbinė temperatūra gerokai viršija volframo gijos rekristalizacijos temperatūrą. Šiuo metu, veikiant savo svoriui, siūlų segmentas tarp dviejų kabliukų nukris. Sunkiais atvejais kaitinamasis siūlas gali nukristi, kol susidurs su stikliniu lemputės apvalkalu. Volframo miltelinės metalurgijos proceso metu legiruotiems volframo laidams, kurie sumaišomi su nedideliu kiekiu kalio, silicio ir aliuminio oksidų, nors silicio ir aliuminio kiekis galutinėje gatavoje vieloje yra tik kelios milijoninės dalys, kalio yra tik dešimtys milijonų dalių, tačiau iš šio legiruoto volframo gijos pagaminto siūlelio nusvirimą galima labai pagerinti. Priežastis ta, kad labai skiriasi legiruoto volframo vielos ir neleguoto volframo vielos perkristalizuotų kristalų struktūra. Perkristalizuotas nelegiruotos volframo vielos kristalas iš esmės yra lygiašiai kristalas, o legiruoto volframo vielos perkristalizuotų kristalų struktūra yra ilga stambių grūdelių, persidengiančių vienas kitą, juosta. Metalinių medžiagų aukštos temperatūros šliaužimo teorijos požiūriu, šios storos ir ilgos persidengimo struktūros perkristalizuota kristalinė struktūra gali labai pagerinti jos gebėjimą atsispirti slinkimui esant aukštai temperatūrai. Remiantis septintajame dešimtmetyje atliktų perdavimo elektronų mikroskopijos ir Augerio energijos spektrometro tyrimų ir analizės serija, buvo įrodyta, kad storos ir ilgos persidengimo struktūros, būdingos tik legiruotai volframo vielai, perkristalizuotos kristalinės struktūros susidarymas yra glaudžiai susijęs su turiniu. legiruoto volframo vielos. Kalis yra glaudžiai susijęs. Kalio pėdsakai, likę legiruotose volframo juostelėse, apdorojimo metu sudaro lygiagrečias vielos ašiai kalio burbuliukų eilutes, kurios trukdo grūdelių šoniniam augimui perkristalizacijos procese, todėl susidaro stora ir ilga persidengimo struktūra.
Kaitinamųjų lempų gijų sulenkimas yra susijęs ne tik su pridėtų elementų kiekiu ir apdorojimo technologija legiruotame volframo siūlelyje, bet ir su apdorojimo technologija kaitinamųjų siūlų gamybos procese. Įtraukus į gatavą siūlą volframo viela išlaiko didelį vidinį įtempį, o suvyniojus į siūlą, volframo vielos skerspjūvyje susidaro nauji vidiniai nelygios deformacijos įtempiai. Šie vidiniai įtempimai turi būti visiškai pašalinti prieš įdedant kaitinimo siūlą į lemputę. Priešingu atveju kaitinamasis siūlas susisuks, deformuosis ir nuslūgs, kai lemputė pradės užsidegti. Kaitinamojo siūlelio nukritimas labai sumažins lemputės šviesos efektyvumą.
② Kambario temperatūros našumas. Volframo vielos eksploatacinės savybės kambario temperatūroje atsispindi vielos apvijos veikime. Dėl ilgo volframo vielos apdorojimo srauto, jei proceso valdymas nėra geras, volframo viela gali lengvai susidaryti daug mažų įtrūkimų arba tapti trapi, todėl vyniojant ją lengva nutrūkti. Apvijos vielos lūžis, atsiradęs dėl įtrūkimų, atsiranda ūsų pavidalu, o lūžis dėl laido trapumo – kristalų plokštumų pavidalu.
③ Vielos skersmens nuoseklumas. Prasta volframo vielos skersmens konsistencija yra svarbi pernelyg didelių kaitinamųjų lempučių fotoelektrinių parametrų nuokrypių priežastis, o kai kurios taip pat turės įtakos lemputės tarnavimo laikui.
Vystymosi istorija
Volframo gijų pramonės plėtra nuo pat pradžių buvo glaudžiai susijusi su apšvietimo lempučių pramone. Po beveik 30 metų trukusių tyrimų britų elektros inžinierius Josephas Swanas 1878 m. gruodžio mėn. pagamino vakuuminę lemputę, kuri naudoja anglies siūlus, kad įjungtų energiją ir išspinduliuotų šviesą. Tačiau tokios lemputės turi rimtų trūkumų, visų pirma trumpą tarnavimo laiką. 1879 m. spalį Edisonas sėkmingai pagamino kaitrinę lemputę, naudodamas anglies pluoštą kaip kaitinimo siūlą. Beveik po 20 metų (1897 m.) anglies viela buvo pakeista osmio viela ir tantalo viela. Tačiau dėl žemesnių Os ir Ta lydymosi taškų darbinė temperatūra ir šviesos efektyvumas buvo žemi.
1879 m. Edisonas eksperimentavo su anglies siūlu ir naudojo jį šimtus valandų. Nors "anglies" lydymosi temperatūra yra labai aukšta (3550 laipsnių), ji turi žemą "sublimacijos" temperatūrą. Jis tiesiogiai sublimuojasi iš kietos būsenos į dujinę būseną žemoje temperatūroje, todėl yra lengvai suvartojamas ir turi trumpą tarnavimo laiką. Ir jis turi būti visiškai izoliuotas nuo oro (jis sudegs ore). Šiuo metu beveik visi volframo laidai naudojami, kurių lydymosi temperatūra yra (3410 laipsnių). Privalumas yra tas, kad jo „sublimacijos“ greitis yra mažesnis, kai jis yra žemesnis už lydymosi temperatūrą. Todėl jis gali būti kaitinamas iki aukštesnės temperatūros nei „anglies siūlas“. Volframo siūlas taip pat degs ore, todėl lemputę reikia evakuoti.
Siekiant išvengti kaitinamojo siūlo sublimacijos, į lemputę įpurškiamos inertinės dujos. Šios dujos daugiausia yra argonas ir jose nėra deguonies. Iš dalies išgarinti volframo atomai gali grįžti į giją susidūrimo metu. Nors inertinės dujos padidina kaitinimo siūlelio tarnavimo laiką, tai daroma brangiai. Inertinių dujų buvimas originalioje vakuuminėje lemputėje padidina šilumos laidumą ir konvekciją, atima energiją ir taip sumažina pusiausvyros temperatūrą. Sublimuotos volframo dujos inertinėse dujose sudaro silpnas daleles, taip pat konvekcijos būdu susidaro juodos dėmės ant lemputės vidinio paviršiaus.
1903 m., remdamasi A. Just ir F. Hannaman patentais, Vengrija pirmą kartą pagamino volframo siūlus. Jis įkaitina anglies laidą volframo oksihalogenido garuose, kuriuose yra laisvo vandenilio, iki aukštos temperatūros per elektros srovę, kad anglis būtų visiškai pakeista volframu. Tokiu būdu pagamintame kaitinamajame siūlelyje yra daugiau ar mažiau anglies, kuri ne tik yra gana trapi, bet ir tampa vis tankesnė, kai naudojama lemputė, todėl keisis elektriniai siūlelio parametrai.
1904 m. Jesteris ir Hannamenas atpažino anglies poveikį trapumui, sumaišė anglies neturintį rišiklį su volframo junginiu, išspaudė jį į gijas ir kaitino vandenilyje, kad pavirstų į metalą. Šiuo metodu pagaminta volframo viela yra labai trapi, bet kadangi jos šviesos efektyvumas daug geresnis, elektros lemputėms gaminti ji pakeitė anglinę, osmio ir tantalo vielą.
Nė vienas iš aukščiau pateiktų metodų negali paruošti smulkios volframo vielos. Siekiant išspręsti šią problemą, 1907 m. buvo sukurtas volframo lydinys su mažu nikelio kiekiu. Jis buvo paruoštas mechaniniu būdu, tačiau didelis trapumas trukdė jį naudoti. Tik 1909 m. WD Coolidge iš General Electric Company Jungtinėse Amerikos Valstijose gamino volframo ruošinius miltelinės metalurgijos būdu, o vėliau panaudojo mechaninį apdorojimą, kad pagamintų volframo laidus, kurie kambario temperatūroje buvo plastiški, taip padėdami pagrindą volframo vielos apdirbimo pramonei. Pamatai padėjo pagrindą ir miltelinei metalurgijai.
Tačiau šis „plastiškas“ volframo siūlas labai trapūs po to, kai lemputė užsidega. 1913 m. Pintsch išrado toriuotą volframo siūlą (ThO2 kiekis nuo 1% iki 2%), kuris labai sumažino kaitinamųjų gijų trapumą. Iš pradžių kaitinamojo siūlelio nusmigimas (žr. volframo gijos atsparumą įdubimui) nebuvo problema, nes šiuo metu siūlas buvo tiesus siūlas, tačiau po 1913 m. Langmuiras tiesų siūlą pakeitė į spiralinį, todėl kad kai lemputė Naudojimo metu dėl aukštos darbinės temperatūros ir savo svorio kaitinimo siūlas nusmunka, todėl tiek grynam volframui, tiek toriuotam volframui sunku atitikti naudojimo reikalavimus.
Siekdamas išspręsti volframinės vielos smukimo ir trumpo tarnavimo problemas, 1917 metais A. Paczas išrado volframinę vielą, kuri „nesideformuoja“ esant aukštai temperatūrai. Iš pradžių jis naudojo ugniai atsparų tiglį WO3 skrudinimui ruošdamas gryną volframą. Jis atsitiktinai atrado, kad volframo vielos spiralė, pagaminta iš volframo miltelių, gauta sumažinus WO3, paslaptingai nebesmunka po perkristalizavimo. Vėliau, po 218 pakartotinių eksperimentinių patikrinimų, jis galiausiai išsiaiškino, kad volframo viela, pagaminta į volframo rūgštį (WO3·H2O) pridedant kalio ir natrio silikatų, redukuojant, presuojant, sukepinant, apdorojant ir kt., po to susidarė nemažas kiekis volframo vielos. perkristalizacija. Stambiagrūdė struktūra nėra nei minkšta, nei nukarusi. Tai yra ankstyviausia volframo viela, kuri nenuslinkusi. Perto atradimas padėjo pagrindus nenusileidžiančios volframo vielos gamybai. Iki šios dienos Jungtinės Valstijos vis dar vadina nenusiliejančią volframo laidą „218 volframo viela“, siekdamos paminėti šį svarbų Perto atradimą.
Tačiau anksčiausiai pagaminti volframo siūlai, kurie nesusmigdavo, buvo trapesni nei toriuoti volframo siūlai, todėl kai kurie lempučių gamintojai primygtinai reikalavo kaip siūlus naudoti toriuotus volframo siūlus. Tačiau nuolat tobulinant ir tobulinant volframo gijų gamybos procesą, kuris nesusmigęs, žmonės pamažu suprato, kad į volframo oksidą tuo pačiu metu pridėjus K, Si ir Al junginių, volframo siūlas gali gerai apsaugoti nuo nuslinkimo. aukšta temperatūra, ir tuo pačiu metu, po pakartotinio Po kristalizacijos, jis turi patenkinamą plastiškumą kambario temperatūroje. Tai žmonės dažnai vadina „AKS volframo viela“, tai yra „nesulenkiama volframo viela“ arba „legiruota volframo viela“. T. Millneris 1931 metais šį patobulintą nenusmukimo efektą pavadino „GK efektu“.
