钨丝

简介

    钨丝的电阻率是5.3*10^-8，钨的熔点高，电阻率大，强度好，蒸气压低，是所有纯金属中制作白炽灯丝的材料。但钨的硬度大且脆，很难加工。当电流通过钨丝被加热到一定温度，钨丝的电阻值也就增加到一定值(一般金属丝的电阻值随温度升高而增加)。在常温下此物电阻应为1370℃-2000℃但是当钨丝的横截面积长度发生改变时此电阻值既会变化。1909年，库利奇发明了钨丝的加工工艺，为白炽灯泡的生产和推广起了决定性的作用，其基本原理一直沿用到今天。

规格

    牌号 特性及用途
    WB001：绕制性能好，不下垂，适合于普通白炽灯、双螺旋或三螺旋荧光灯、节日灯、支架丝等。
    WB150：耐高温性能好，加工性能优良，适用于卤素灯、又螺旋白炽灯等。
    WB584：再结晶温度高，高温抗下垂性能好，适用于耐震灯丝、高色温灯丝等特种灯。

制作

    钨丝的生产大都用仲钨酸铵 （APT）作原料。一般的工艺过程是将仲钨酸铵在 500℃左右的空气中焙烧成
    三氧化钨,或在450℃左右的氢气中轻微还原成蓝色氧化钨。制作白炽灯灯丝的钨丝需要在三氧化钨或蓝色氧化钨中掺入少量的氧化钾、氧化硅和氧化铝，三者用量总和不超过1%,这就是巴兹在1922年发明的钨丝掺杂工艺。经过掺杂处理的钨的氧化物用氢气还原成金属钨粉。还原过程一般分两步进行:步在630℃左右还原成二氧化钨（棕色氧化钨）,第二步在820℃左右还原成金属钨粉。两步还原的目的是使掺入的钾充分发挥作用和控制粉末粒度。这样取得的掺杂钨粉再在一种特制的模子中压制成细长的方条。把方条在氢气中通电，用自电阻加热(温度达3000℃左右)的方法进行烧结，烧结后钨条的密度可达到理论值的85%以上。这种钨条便可以用旋锻方法加工成直径为3mm左右的钨杆,然后进一步用模子拉拔的方法加工成各种不同粗细的钨丝。例如220V、15W的白炽灯用的钨丝直径约为15?m，而 10000W的溴钨灯用的钨丝直径约为1.25mm。更细的钨丝如 220V、10W的白炽灯钨丝直径约为12?m，则要采用电解腐蚀的方法来制作。
    当钨丝的直径达到微米级时，用常规的卡尺很难精确地测定其直径。因此,国际上通常将直径在0.2mm以下的钨丝用其切长为200mm丝段的重量来表示丝的粗细,例如上述15W白炽灯钨丝的直径可以用0.679mg/200mm来表示。

使用性能

    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。对于在钨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。
    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。

应用

    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。
    钨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。

热辐射

    物体热辐射会产生各种不同频率（波长）的电磁波。对于钨丝而言，射入表面的电磁波几乎百分之百会被吸收。（吸收与辐射系数为1）对于钨丝而言，射入表面的电磁波几乎百分之百会被吸收（吸收与辐射系数为1）因此其热辐射接近频谱只与温度有关的黑体辐射。因此其热辐射接近频谱只与温度有关的黑体辐射。

灯

    节能灯的两极是普通的钨丝钨丝通，发热后，就能发射出电子，在灯管两侧加上比较高的电压,形成电场，这些电子就会在灯管里被加速，形成有一定速度和能量的电子流，灯管是被抽成真空的，里面充有汞，就是水银电子流中的电子以一定速度打在汞原子上，使汞原子受到激发，变成激发状态的电离子，称为发生了阶跃，激发状态的汞过了很短的时间就自发地回落到原来的状态。同时释放出紫外线光，紫外线光不能用来照明。常见的节能灯管有一般的普通灯管及渐为主流的三基色灯管，和白炽灯泡相比都有省电的优点。所不同的是普通灯管的显色性偏低，而三基色的灯管则呈现出自然的阳光色，并且在显色性及光效率上都更胜过一般的普通灯管。节能灯光源都含有汞。由于汞的沸点很低，在常温下即可蒸发，废弃的荧光灯管破碎后，立即向周围散发汞蒸气，瞬时可使周围空气中的汞浓度达到每立方米10～20毫克，国家规定的汞在空气中的允许浓度为每立方米0.01毫克。汞进入人体后很难被排除。
    1、生产过程中和使用废弃后有汞污染，西方国家对汞污染是相当的重视。
    2、由于是玻璃制品,易破碎，不好运输。不好安装。
    3、其耗电量还是嫌大了些。
    4、容易损坏，寿命短,节能不省钱这句话就是它的写照。

区别镝

    最简单的方法：有两种材料做的灯有很大的区别，镝灯色色温大概是5600，上下会有浮动，因为灯泡老化
    什么的，一般都在5600K左右。钨丝灯的色温是3200K!这是二者的区别，镝灯是白光，钨丝灯是黄光，镝灯用得多，型号不一样,，以ARR的灯具为准，镝灯包括：200W、575W、2000W、2500W、4000W、6000W、12000W还有新型的PAR灯，也属于镝灯类,200PAR、575PAR、1200PAR、4000PAR、6000PAR、12000PAR钨丝灯包括：50W、300W、650W、1000W、2000W、5000W、24000W!

化学成分

发展历史

    钨丝工业的发展从一开始就是同照明灯泡工业紧密联系在一起的。1878年，爱迪生(T．A．Edison)发明了碳丝灯泡。但这种灯泡存在着严重的缺点，主要是寿命太短。将近20年后(1897年)，碳丝被锇丝和钽丝所取代，但由于Os、Ta熔点较低，因而工作温度和光效低。
    1879年爱迪生曾经试用碳灯丝且使用了数百小时。虽然“碳”有极高的熔点 （3550℃），但是却有着低的“升华”温度。在低温时直接由固体升华为气态，因此很容易消耗，使用寿命短。而且必须完全隔绝空气（会在空气内燃烧）。目 前几乎都是使用熔点为（3410℃）的钨丝，优点是低于熔点时其“升华”的速率较低。因此可以加热到较“碳丝”更高的温度。钨丝一样会在空气中燃烧，因此需要灯泡抽成真空。
    为了避免灯丝的升华，灯泡内注入了惰性气体，这些气体主要为氩气（argon）并且不包含氧气。藉由碰撞使部份气化的钨原子能够重回灯丝。虽然惰性气体增 加了灯丝的使用寿命，但是也付出了一些代价。原本真空的灯泡内由于惰性气体的存在增加了热的传导与对流，带走了能量，于是降低了平衡的温度。升华的钨气于 惰性气体内形成微弱的粒子也藉由对流在灯泡内表面形成黑点。
    1903年，根据杰司特(A．Just)和汉纳门(F．Hannaman)的专利，匈牙利首次制造出钨灯丝。它是将碳丝在含有自由氢的钨的卤氧化物蒸汽中通过电流加热到高温，使碳完全被钨置换。这样制得的白炽灯丝或多或少地含有碳，不仅脆性相当严重，而且灯泡在使用时，灯丝不断致密化，因而灯丝的电参数会发生变化。
    1904年，杰司特和汉纳门认识到了碳对脆性的影响，采用无碳的粘结剂与钨的化合物混合，再挤压成丝，然后在氢中加热还原成金属。这种方法制得的钨丝非常脆，但由于它的光效要好得多，还是取代了碳丝、锇丝和钽丝用于制作灯泡。
    上述这些方法都不能制备细钨丝。为了解决这个问题，1907年，一种低镍含量的钨合金问世，它是通过机械加工方法制备的，但是严重的脆性妨碍了它的应用。直到1909年，美国通用电器公司的库利奇(w．D．Coolidge)通过粉末冶金法制得钨坯条，再利用机械加工生产出在室温下具有延性的钨丝，从而奠定了钨丝加工业的基础，也奠定了粉末冶金的基础。
    然而这种“延性”钨灯丝在灯泡点燃后表现出明显的脆性。1913年，平奇(Pintsch)发明了钍钨丝(ThO2的含量为1%～2%)，从而使白炽灯丝的脆性大大降低。起初，灯丝的下垂(见钨丝的抗下垂性能)并不是一个问题，因为此时的灯丝是直丝，但1913年以后，兰米尔(Langmuir)将直丝改为螺旋丝，这样，当灯泡使用时，高的工作温度和自重的作用使灯丝下垂，因而纯钨和钍钨都难以满足使用要求。
    为了解决钨丝下垂和寿命短等问题，1917年，柏斯(A．Pacz)发明了高温下“不变形”的钨丝。起初，他在制备纯钨时采用耐火坩埚焙烧WO3，无意中发现用这种WO3还原所得钨粉制成的钨丝螺旋，经再结晶后异常神秘地不再下垂。随后，经过218次反复实验验证，他终于发现在钨酸(WO3·H2O)中添加钾和钠的硅酸盐，经过还原、压制、烧结、加工等制得的钨丝，再结晶后形成相当粗的晶粒结构，既不软又抗下垂，这是最早的不下垂钨丝。柏斯的发现奠定了不下垂钨丝的生产基础，直到现在美国仍称不下垂钨丝为“218钨丝”，以纪念柏斯的这项重大发现。
    不过，最早生产的不下垂钨丝的脆性比钍钨丝严重，以致有些灯泡厂坚持使用钍钨丝作灯丝。但随着不下垂钨丝生产工艺的不断发展和完善，人们逐渐认识到在氧化钨中同时添加K、Si、Al的化合物，可以使钨灯丝在高温下具有良好的抗下垂性能，同时经再结晶后又具有满意的室温延性。这就是现在人们常说的“AKS钨丝”，即“不下垂钨丝”或“掺杂钨丝”，米尔掺chan纳(T．Millner)在1931年将这种改进的不下垂效应称为“GK效应”。