关于白炽灯丝断裂问题的浅析

关于白炽灯丝断裂问题的浅析浙江工业高级技术学校绍兴 王子夫 白炽灯在照明工程、照射技术和科学研究中都有广泛的应用，是最重要的热辐射光源。但由于它的某些不足之处，严重地阻碍了其进一步发展和应用，白炽灯寿

关于白炽灯丝断裂问题的浅析 浙江工业高级技术学校绍兴王子夫白炽灯在照明工程、照射技术和科学研究中都有广泛的 应用，是最重要的热辐射光源。但由于它的某些不足之处，严重地阻碍了其进一步发展和应 100001000 用，白炽灯寿命短就是其中之一。荧光灯的寿命为小时，而白炽灯只有小时， 110 仅为荧光灯寿命的／，从而成为关注白炽灯发展状况的学者所重视的焦点问题之一。 97 年《物理教学》上刊登了王广清的《频繁开关白炽灯会影响灯泡寿命吗》及王新智等人 的《关于白炽灯丝熔断问题的再讨论》两篇均对灯泡寿命问题有所论述，本人学习思索之余， 就白炽灯断丝问题，从金属物理、金属力学。金属化学的角度提出一些见解，供同行参考。 一、灯丝的制作金属钨具有熔点高、蒸发率低，在可见光区有较高的选择辐射、高温下机 械强度高、电阻系数大、较易加工成型等优点，故此，现代白炽灯都采用金属钨作为发光体。 灯用钨丝是用粉末冶金方法加工制作的。先将钨砂经氢气还原制得金属钨粉，压制成钨条放 在氢气炉中直接通电进行烧结制成钨的金属棒，然后用旋锤机锻造，通过金刚石细孔，多次 拉拔成细丝，并卷曲成螺纹状钨丝。拉制出来的钨丝具有纤维结构，但其温度到 1100—1300℃1500—1600℃ ，会发生再结晶现象，使纤维结构遭到破坏。当温度达到时， 则晶粒发生长大，使钨变脆，并引起高温下垂。由于实际应用中钨丝的工作温度一般高达 2400K—2600KNa2K2Si2Th 以上，为改进钨丝质量，在烧结过程中常加添加剂，如，，， 等，以改变钨丝的再结晶组织，提高高温抗蠕变能力与钨丝的高温抗下垂能。根据钨丝制 作工艺可知，钨丝烧结温度低于熔点，钨原子扩散不很充分，添加剂的使用及钨粉的纯度不 可能百分之百的纯净，就势必造成晶间夹杂，存在成分结构不均匀。又经多次拉拔，产生过 量塑变，使钨丝内部存在大量的空位和位错。虽经退火处理，但位错仍以状存在于灯丝之中。 又钨系体心立方晶格，电子层分布不对称，使原子结合力具有方向性，其位错阻力较大。又 晶体本身脆性较大金属的力学性能，对温度急变与应变速度极为敏感，故钨丝在点燃前就是 1 一个存在着随机缺陷敏感组织的裂纹体。二、灯丝正常发光时，断裂机理的分析、灯丝 “” “”“” 的升华变细机制灯丝在高温下升华变细的原因主要有两个方面，一个是水循环破 坏作用造成，另一个由钨本身的物理性质蒸气压所致。灯泡经抽气后，不可能达到绝对真 a 空，不免有残留氧气和水蒸气吸附在灯丝上，在白炽的情况下发生化学反应。．水蒸气 b 在白炽灯丝上离解为氢和氧．氧和钨反应，能形成易挥发的氧化物，从灯丝上蒸发出来， H 而沉积在泡壁上。．从灯丝上扩散出来的与泡壁上的氧化钨进行还原反应这些过程的 “ 进行，其结果使钨从灯丝迁移；到泡壁上，而水始终保持恒定，与钨丝不断作用形成水循 ”“” 环的破坏作用，灯丝就这样变细，又由于升华的随机性，使钨丝表面变得粗糙甚至带 有缺口，进一步加强了钨丝的脆性敏感，最后变细的灯丝不能承受机械载荷或震动而断裂， 或者在局部处因灯丝变细、电阻相对。变大，温度变高，易达到熔点而烧断。钨丝在高温