关于白炽灯丝断裂问题的浅析（ X页）.doc

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1、关于白炽灯丝断裂问题的浅析白炽灯在照明工程、照射技术（加热干燥等）和科学研究中都有广泛的应用，是最重要的热辐射光源。但山于它的某些不足Z处，严亜:地阻碍了其进一步发展和应用，白炽灯寿命短就是其中之荧光灯的寿命为10000小时，而白炽灯只冇1000小时，仅为荧光灯寿命的1/10,从而成为关注门炽灯发展状况的学者所垂视的焦点问题Z—。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》两篇文章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、

2、金属力学、金属化学的角度提出一些见解，供同行参考。一、灯丝的制作金属倚（W）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鸭作为发光体。灯用钙丝是用粉末冶金方法加工制作的。先将鴨砂（WO3）经氢气还原制得金属钩粉，圧制成钩条放在氢气炉中直接通电进行烧结（烧结温度在3100°C左右）制成鸨的金属棒，然后用旋锤机锻造，通过金刚右细孔，多次拉拔成细丝，并卷曲成螺纹状钙丝。拉制出来的餌丝具有纤维结构，但其温度到1100-1300°0,会发生再结晶现象，

3、使纤维结构遭到破坏。当温度达到1500-1600°C时，贝9晶粒发生长大，使钙变脆，并引起高温下垂。山于实际应用中钙丝的工作温度一般高达2400K-2600K以上，为改进鴨丝质量，在烧结过程中常加添加剂，如NaQ，K2O,SiO2,ThO等，以改变鹄丝的再结晶组织，提高高温抗蠕变能力与鸭丝的高温抗下垂能力。根据餌丝制作工艺可知，鸭丝烧结温度低于熔点，餌原子扩散不很充分，添加剂的使用及钩粉的纯度不可能百分Ztf的纯净，就势必造成晶间夹杂，存在成分结构不均匀。乂经多次拉拔，产生过量塑变，使钙丝内部存在大量的空位和位错。虽经退火

4、处理，但位错仍以网状存在于钙丝之中。乂餌系体心立方晶格，电子层分布不对称,使原子结合力具有方向性，其位错阻力（Peteres应力）较大。乂晶体木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，故鹄丝在点燃前就是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1、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，另一个山钙木身的物理性质蒸气压所致。（1）灯泡经抽气后，不可能达到绝对真空，不免有残留氧气（0）和水蒸气（战0）吸附在灯丝上，在白炽的情况

5、下发生化学反应。a.水蒸气在白炽灯丝上离解为氢和氧MQTQ+2虽b.氧和钩反应，能形成易挥发的氧化物，从灯丝上蒸发岀来，而沉积在泡壁上。c.从灯丝上扩散出来的H与泡壁上的氧化餌进行还原反应珈：TJF+3WJ。这些过程的进行，其结果使钩从灯丝迁移到泡壁上，而水始终保持恒定，与钩丝不断作用形成“水循环”的破坏作用，灯丝就这样变细，乂山于"升华”的随机性，使餌丝表面变得粗糙甚金带有缺口（毛刺），进一步加强了钙丝的脆性敏感，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I大I灯丝变细、电阻相对变大，温度变高，易达到熔点而

6、烧断。（2）餌丝在高温工作时，熬发速度大大上升，表1给出了餌在各种温度下的蒸发率和直径为0.1mm的直线钩丝在真空中工作时的寿命。温度T(K)蒸发率V(g/cm2•s)直径为0・1mm铸丝的寿命H（h）200015.5X10'151.00X107220022.4X10-237.20X104240013.8X10-111.11X103260041.7X10-103.86X10280083.3X10-91.9300010.5X10-70.15山表中数据可看出当灯丝工作温度从2400K提高到3000K时，蒸发率增加了约7600倍

7、，寿命从1000小时下降不到一小时，山此可见，在高温下鸭的熬发对灯丝寿命的影响非常重要。山于白炽灯丝的不均勻性，当灯丝通电工作时，在钩丝直径较细和螺距较密处的温度较高，钩的蒸发就比其他部分剧烈，这样一来该处的钩丝变得更细，则温度变得更高，产生恶性循环，最终导致该处灯丝烧毁。2.晶体点缺陷对鸭丝断裂现象的影响。除餌“升华”使钙丝变细机械断裂或热点熔断外，另一影响钩丝寿命的主要因素是点缺陷，其中主要是空位的影响。用电子扫描显微技术观察灯丝，在晶粒表面有黑色的圆形点子，这些点子是空穴而不是实心，而且空穴成线性排列与鸭丝轴线大致平

8、行，另外在晶粒内部和晶粒边界处都会观察到空穴，但这种空穴数量往往沿晶粒边界，特别是边界核处要多一些。另外，空位平衡浓度C与温度T的关系呈指数规律变化G=Aexp（—u/kT）（u为空位形成能）山上式可知，灯泡正常发光时（T约为2400K12600K）的空位浓度将增到常温时空位浓度的数十亿倍。（1）山于高