Gwrthedd gwifren twngsten yw 5.3*10 ^-8. Mae gan twngsten bwynt toddi uchel, gwrthedd uchel, cryfder da, a phwysedd anwedd isel. Dyma'r deunydd gorau ymhlith yr holl fetelau pur ar gyfer gwneud ffilamentau gwynias. Fodd bynnag, mae twngsten yn galed ac yn frau, gan ei gwneud hi'n anodd ei brosesu. Pan fydd y cerrynt yn mynd trwy'r wifren twngsten ac yn cael ei gynhesu i dymheredd penodol, mae gwerth gwrthiant y wifren twngsten hefyd yn cynyddu i werth penodol (yn gyffredinol, mae gwerth gwrthiant y wifren fetel yn cynyddu wrth i'r tymheredd gynyddu). Ym 1909, dyfeisiodd Coolidge y dechnoleg prosesu ffilament twngsten, a chwaraeodd ran bendant wrth gynhyrchu a hyrwyddo bylbiau golau gwynias. Mae ei egwyddorion sylfaenol yn dal i gael eu defnyddio heddiw.
Mae'r rhan fwyaf o gynhyrchu gwifren twngsten yn defnyddio amoniwm paratungstate (APT) fel deunydd crai. Y broses gyffredinol yw rhostio amoniwm paratungstate yn twngsten triocsid mewn aer tua 500 gradd, neu ei leihau ychydig yn ocsid twngsten glas mewn hydrogen tua 450 gradd. I wneud ffilament twngsten ar gyfer ffilamentau lamp gwynias, rhaid cymysgu swm bach o potasiwm ocsid, silicon ocsid ac alwminiwm ocsid â twngsten triocsid neu glas twngsten ocsid. Nid yw cyfanswm y tri yn fwy na 1%. Dyma'r twngsten a ddyfeisiwyd gan Baz ym 1922. Proses dopio sidan. Mae'r ocsid twngsten doped yn cael ei leihau i bowdr twngsten metelaidd â nwy hydrogen. Yn gyffredinol, cynhelir y broses leihau mewn dau gam: mae'r cam cyntaf yn cael ei leihau i twngsten deuocsid (ocsid twngsten brown) tua 630 gradd, ac mae'r ail gam yn cael ei leihau i bowdr twngsten metelaidd tua 820 gradd. Pwrpas y gostyngiad dau gam yw caniatáu i'r potasiwm corfforedig gael ei effaith yn llawn a rheoli maint gronynnau powdr. Yna caiff y powdr twngsten dop a geir yn y modd hwn ei wasgu i fariau sgwâr hirgul mewn mowld arbennig. Mae'r bar sgwâr yn cael ei fywiogi mewn hydrogen a'i sintro gan ddefnyddio gwresogi hunan-ymwrthedd (tymheredd yn cyrraedd tua 3000 gradd). Ar ôl sintering, gall dwysedd y bar twngsten gyrraedd mwy na 85% o'r gwerth damcaniaethol. Gellir prosesu'r math hwn o stribed twngsten yn wiail twngsten â diamedr o tua 3mm trwy gofannu cylchdro, ac yna ei brosesu ymhellach i wifrau twngsten o wahanol drwch trwy farw-lun. Er enghraifft, mae diamedr y ffilament twngsten a ddefnyddir mewn lamp gwynias 220V, 15W tua 15µm, tra bod diamedr y ffilament twngsten a ddefnyddir mewn lamp twngsten bromin 10000W tua 1.25mm. Rhaid i wifrau twngsten deneuach, megis gwifrau twngsten lamp gwynias 220V, 10W â diamedr o tua 12µm, gael eu gwneud trwy gyrydiad electrolytig.
Pan fydd diamedr y wifren twngsten yn cyrraedd y lefel micron, mae'n anodd mesur ei diamedr yn gywir gan ddefnyddio calipers confensiynol. Felly, yn rhyngwladol, mae pwysau'r wifren twngsten â diamedr o lai na {{0}}.2mm fel arfer yn cael ei fynegi gan bwysau'r segment gwifren wedi'i dorri i hyd o 200mm. Er enghraifft, gellir mynegi diamedr y wifren twngsten lamp gwynias 15W uchod gan 0.679mg / 200mm.
Perfformiad defnydd
① Perfformiad tymheredd uchel. Mae tymheredd gweithio ffilament twngsten a ddefnyddir mewn lampau gwynias yn aml rhwng 2300 a 2800 gradd. Yn gyffredinol, po fwyaf yw pŵer y bwlb, yr uchaf yw tymheredd gweithio'r ffilament. Gellir gweld bod tymheredd gweithio'r ffilament yn llawer uwch na thymheredd ailgrisialu'r ffilament twngsten. Ar yr adeg hon, o dan weithred ei bwysau ei hun, bydd y segment ffilament rhwng y ddau fachau yn disgyn. Mewn achosion difrifol, gall y ffilament ddisgyn nes ei fod yn gwrthdaro â chragen wydr y bwlb. Ar gyfer gwifrau twngsten doped sy'n cael eu cymysgu â swm bach o ocsidau potasiwm, silicon ac alwminiwm yn ystod y broses meteleg powdr o twngsten, er mai dim ond ychydig o rannau y filiwn yw cynnwys silicon ac alwminiwm yn y wifren orffenedig derfynol, mae'r cynnwys Dim ond Degau o rannau y filiwn yw potasiwm, ond gellir gwella'n fawr y ffilament a wneir o'r ffilament twngsten doped hwn. Y rheswm yw bod gwahaniaeth mawr yn strwythur grisial wedi'i ailgrisialu o wifren twngsten doped a gwifren twngsten heb ei dopio. Mae'r grisial wedi'i hailgrisialu o wifren twngsten heb ei dopio yn grisial hafal yn y bôn, tra bod strwythur grisial wedi'i ailgrisialu o wifren twngsten dop yn stribed hir o grawn bras sy'n gorgyffwrdd â'i gilydd. O safbwynt theori ymgripiad tymheredd uchel deunyddiau metel, gall strwythur grisial wedi'i ailgrisialu'r strwythur gorgyffwrdd trwchus a hir hwn wella'n fawr ei allu i wrthsefyll sagio ar dymheredd uchel. Yn ôl cyfres o ficrosgopeg electron trawsyrru ac ymchwil a dadansoddiad sbectromedr ynni Auger a gynhaliwyd yn y 1970au, dangoswyd bod ffurfio strwythur grisial wedi'i ailgrisialu o'r strwythur gorgyffwrdd trwchus a hir sy'n unigryw i'r wifren twngsten dop yn perthyn yn agos i'r cynnwys. o'r wifren twngsten doped. Mae cysylltiad agos rhwng potasiwm. Mae'r symiau hybrin o botasiwm sy'n weddill yn y stribedi twngsten dop yn ffurfio rhesi swigen potasiwm yn gyfochrog â'r echelin gwifren wrth brosesu, sy'n rhwystro twf ochrol y grawn yn ystod y broses ailgrisialu, gan ffurfio strwythur gorgyffwrdd trwchus a hir.
Mae sagio ffilamentau lamp gwynias nid yn unig yn gysylltiedig â chynnwys elfennau ychwanegol a thechnoleg prosesu yn y ffilament twngsten doped, ond hefyd â'r dechnoleg prosesu yn ystod y broses gynhyrchu ffilament. Mae'r wifren twngsten yn cadw llawer iawn o straen mewnol pan gaiff ei dynnu i mewn i ffilament gorffenedig, a phan gaiff ei dirwyn i mewn i ffilament, cynhyrchir straen mewnol newydd o anffurfiad anwastad ar drawstoriad y wifren twngsten. Rhaid dileu'r pwysau mewnol hyn yn llwyr cyn gosod y ffilament yn y bwlb. Fel arall, bydd y ffilament yn troi, yn dadffurfio ac yn ysigo pan fydd y bwlb yn dechrau tanio. Bydd sagio'r ffilament yn lleihau effeithlonrwydd goleuol y bwlb yn ddifrifol.
② Perfformiad tymheredd ystafell. Adlewyrchir perfformiad tymheredd ystafell gwifren twngsten yn y perfformiad dirwyn gwifren. Oherwydd y llif prosesu hir o wifren twngsten, os nad yw rheolaeth y broses yn dda, mae'n hawdd i'r wifren twngsten gynhyrchu llawer o graciau bach neu ddod yn frau yn lleol, fel ei bod hi'n hawdd ei thorri wrth ddirwyn i ben. Mae toriad y wifren weindio a achosir gan graciau yn ymddangos yn siâp wisgers, tra bod y toriad a achosir gan brau y wifren yn ymddangos ar ffurf awyrennau grisial.
③ Cysondeb diamedr gwifren. Mae cysondeb gwael diamedr gwifren twngsten yn rheswm pwysig dros y gwyriad gormodol o baramedrau ffotodrydanol bylbiau gwynias, a bydd rhai hefyd yn effeithio ar fywyd gwasanaeth y bwlb.
Hanes Datblygiad
Mae datblygiad y diwydiant ffilament twngsten wedi'i gysylltu'n agos â'r diwydiant bylbiau goleuo o'r dechrau. Ar ôl bron i 30 mlynedd o ymchwil, gwnaeth peiriannydd trydanol Prydain Joseph Swan fwlb golau gwactod sy'n defnyddio ffilamentau carbon i fywiogi ac allyrru golau ym mis Rhagfyr 1878. Fodd bynnag, mae gan y math hwn o fwlb golau ddiffygion difrifol, yn bennaf ei fywyd byr. Ym mis Hydref 1879, cynhyrchodd Edison fwlb golau gwynias yn llwyddiannus gan ddefnyddio ffibr carbon fel ffilament. Bron i 20 mlynedd yn ddiweddarach (1897), disodlwyd gwifren garbon gan wifren osmiwm a gwifren tantalwm. Fodd bynnag, oherwydd pwyntiau toddi is Os a Ta, roedd y tymheredd gweithredu a'r effeithlonrwydd ysgafn yn isel.
Ym 1879, arbrofodd Edison â ffilament carbon a'i ddefnyddio am gannoedd o oriau. Er bod gan "carbon" bwynt toddi uchel iawn (3550 gradd), mae ganddo dymheredd "sulimation" isel. Mae'n sublimates yn uniongyrchol o gyflwr solet i nwyol ar dymheredd isel, felly mae'n hawdd ei fwyta ac mae ganddo fywyd gwasanaeth byr. Ac mae'n rhaid ei ynysu'n llwyr o'r awyr (bydd yn llosgi yn yr awyr). Ar hyn o bryd, defnyddir bron pob gwifren twngsten gyda phwynt toddi o (3410 gradd). Y fantais yw bod ei gyfradd "sublimation" yn is pan fydd yn is na'r pwynt toddi. Felly, gellir ei gynhesu i dymheredd uwch na "ffilament carbon". Bydd ffilament twngsten hefyd yn llosgi yn yr aer, felly mae angen gwacáu'r bwlb.
Er mwyn osgoi sychdarthiad y ffilament, mae nwyon anadweithiol yn cael eu chwistrellu i'r bwlb. Argon yw'r nwyon hyn yn bennaf ac nid ydynt yn cynnwys ocsigen. Gall yr atomau twngsten sydd wedi'u hanweddu'n rhannol ddychwelyd i'r ffilament trwy wrthdrawiad. Er bod nwy anadweithiol yn cynyddu bywyd gwasanaeth y ffilament, mae'n gwneud hynny am gost. Mae presenoldeb nwy anadweithiol yn y bwlb gwactod gwreiddiol yn cynyddu dargludiad gwres a darfudiad, gan dynnu egni i ffwrdd a thrwy hynny ostwng y tymheredd ecwilibriwm. Mae'r nwy twngsten sublimated yn ffurfio gronynnau gwan yn y nwy anadweithiol a hefyd yn ffurfio smotiau du ar wyneb mewnol y bwlb trwy ddarfudiad.
Ym 1903, yn seiliedig ar batentau A. Just a F. Hannaman, cynhyrchodd Hwngari ffilamentau twngsten am y tro cyntaf. Mae'n gwresogi'r wifren garbon yn yr anwedd oxyhalide twngsten sy'n cynnwys hydrogen rhydd i dymheredd uchel trwy gerrynt trydan, fel bod twngsten yn disodli'r carbon yn llwyr. Mae'r ffilament gwynias a gynhyrchir yn y modd hwn yn cynnwys mwy neu lai o garbon, sydd nid yn unig yn eithaf brau, ond hefyd yn dod yn fwyfwy trwchus pan fydd y bwlb yn cael ei ddefnyddio, felly bydd paramedrau trydanol y ffilament yn newid.
Ym 1904, cydnabu Jester a Hannamen effaith carbon ar freuder, cymysgodd rhwymwr di-garbon gyda chyfansoddyn twngsten, ei allwthio i ffilamentau, ac yna ei gynhesu mewn hydrogen i'w leihau i fetel. Mae'r wifren twngsten a gynhyrchir gan y dull hwn yn frau iawn, ond oherwydd bod ei heffeithlonrwydd golau yn llawer gwell, mae wedi disodli gwifren garbon, gwifren osmiwm a gwifren tantalwm ar gyfer gwneud bylbiau golau.
Ni all yr un o'r dulliau uchod baratoi gwifren twngsten dirwy. Er mwyn datrys y broblem hon, datblygwyd aloi twngsten â chynnwys nicel isel ym 1907. Fe'i paratowyd trwy brosesu mecanyddol, ond roedd ei freuder difrifol yn rhwystro ei gymhwyso. Nid tan 1909 y cynhyrchodd WD Coolidge o General Electric Company yn yr Unol Daleithiau biledau twngsten trwy feteleg powdr, ac yna defnyddio prosesu mecanyddol i gynhyrchu gwifrau twngsten a oedd yn hydwyth ar dymheredd ystafell, gan osod y sylfaen ar gyfer y diwydiant prosesu gwifren twngsten. Roedd y sylfaen hefyd yn gosod y sylfaen ar gyfer meteleg powdr.
Fodd bynnag, mae'r ffilament twngsten "hydwyth" hwn yn dangos brau sylweddol ar ôl i'r bwlb gael ei danio. Ym 1913, dyfeisiodd Pintsch ffilament twngsten thoriated (cynnwys ThO2 o 1% i 2%), a oedd yn lleihau brau ffilamentau gwynias yn fawr. Ar y dechrau, nid oedd sagging y ffilament (gweler perfformiad gwrth-sag ffilament twngsten) yn broblem, oherwydd bod y ffilament ar yr adeg hon yn ffilament syth, ond ar ôl 1913, newidiodd Langmuir y ffilament syth i ffilament troellog, felly pan fydd y bwlb golau Yn ystod y defnydd, mae'r tymheredd gweithredu uchel a'r pwysau marw yn achosi'r ffilament i ysigo, gan ei gwneud hi'n anodd i twngsten pur a thwngsten thoriated fodloni'r gofynion defnydd.
Er mwyn datrys problemau sagio gwifren twngsten a bywyd byr, ym 1917, dyfeisiodd A. Pacz wifren twngsten nad yw "yn dadffurfio" o dan dymheredd uchel. Ar y dechrau, defnyddiodd grwsibl anhydrin i rostio WO3 wrth baratoi twngsten pur. Darganfu ddamweiniol bod y troellog gwifren twngsten gwneud o bowdr twngsten a gafwyd drwy leihau WO3 dirgel mwyach sags ar ôl recrystallization. Yn dilyn hynny, ar ôl 218 o wiriadau arbrofol dro ar ôl tro, darganfu o'r diwedd fod y wifren twngsten a wnaed trwy ychwanegu silicadau potasiwm a sodiwm at asid twngstig (WO3·H2O), gostyngiad, gwasgu, sintro, prosesu, ac ati, yn ffurfio cryn dipyn o wifren twngsten ar ôl ailgrisialu. Nid yw'r strwythur grawn bras yn feddal nac yn sagging. Dyma'r wifren twngsten di-sag cynharaf. Gosododd darganfyddiad Perth y sylfaen ar gyfer cynhyrchu gwifren twngsten di-sag. Hyd heddiw, mae'r Unol Daleithiau yn dal i alw gwifren twngsten di-sag "218 twngsten wire" i goffáu'r darganfyddiad pwysig hwn o Perth.
Fodd bynnag, roedd y ffilamentau twngsten di-sag cynharaf a gynhyrchwyd yn fwy brau na ffilamentau twngsten toriated, felly mynnodd rhai gweithgynhyrchwyr bylbiau golau ddefnyddio ffilamentau twngsten thoriated fel ffilamentau. Fodd bynnag, gyda datblygiad parhaus a gwelliant y broses gynhyrchu ffilament twngsten di-sag, sylweddolodd pobl yn raddol y gall ychwanegu cyfansoddion o K, Si, ac Al at twngsten ocsid ar yr un pryd wneud i'r ffilament twngsten gael perfformiad gwrth-sag da yn tymheredd uchel, ac ar yr un pryd, ar ôl ailadrodd Ar ôl crisialu, mae ganddo hydwythedd tymheredd ystafell boddhaol. Dyma'r hyn y mae pobl yn aml yn ei alw'n "wifren twngsten AKS", hynny yw, "gwifren twngsten di-sag" neu "wifren twngsten doped". Galwodd T. Millner yr effaith di-sag hon yn 1931 yn "effaith GK".
