Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Эффективность использования электрической энергии в лампах накаливания зависит от температуры тела накала. Так, повышение температуры вольфрамовой проволоки от 2200 до 2600° снижает расход электроэнергии на единицу света (люмен) примерно в 2 раза. Поэтому задача максимально возможного повышения температуры тела накала в осветительных электролампах имеет очень важное народнохозяйственное значение.
Однако повышению температуры накала вольфрамовой проволоки в вакууме препятствует заметное испарение вольфрама при высоких температурах, близких к 3000°, приводящее к преждевременному искажению сечения и перегоранию проволоки.
Для уменьшения скорости испарения вольфрама колбы ламп наполняют аргоном, но при этом увеличиваются потери электроэнергии конвекционной теплопередачей через газ. Для сокращения конвекционных потерь тепла телу накала придают спиральную или даже биспиральную форму.
В обычной проволоке из чистого вольфрама после рекристаллизации при ее накале в лампе вырастают равноосные кристаллы, и вследствие их скольжения по межкристаллическим границам при высокой температуре спиральная проволока провисает под действием собственного веса.
Для создания так называемой «непровисающей» вольфрамовой проволоки к исходной вольфрамовой кислоте или ангидриду добавляют искусственные присадки, например SiO2+К2О+Na2O в количестве около 1%, иногда с добавкой и более тугоплавких и нелетучих окислов, как ThO2, Al2O3.
Установлено, что в процессе рекристаллизации проволоки из такого металла при первичном накале в лампе, происходит бурный рост зерен, в результате чего образуются большие кристаллы, захватывающие по несколько десятков витков спирали в один кристалл. Вследствие быстрого роста границы между такими выросшими крупными кристаллами имеют извилистый характер (рис. 62). Такая структура проволоки делает ее более прочной при высокой температуре и устраняет провисание спирали.
В результате многочисленных исследований, проводившихся в бывш. СССР и в других странах, установлено, что при данном составе и количестве присадки эффект «непровисаемости» достигается применением более мелкозернистого порошка и мелкозернистой структуры сваренного штабика (7000—10000 зерен на 1 мм2), что, по-видимому, связано с более равномерным распределением присадки, сосредоточивающейся, главным образом, по межкристаллическим границам.
Роль тугоплавких и инертных по отношению к вольфраму присадок, как Al2O3. оставшихся следов неулетучивающейся части SiО2 и т. п., по-видимому, аналогична роли ThO2 в процессе бурного роста кристаллов при сварке штабиков или в процессе получения монокристального вольфрама методом Пинча.
Улетучивающиеся присадки (большая часть SiО2 и щелочных окислов) способствуют очистке вольфрама от случайных примесей, что благоприятствует сращиванию мелких кристаллов протянутой вольфрамовой проволоки в крупные кристаллы при рекристаллизации спирали в лампе.
Высказывались также предположения, что некоторая часть щелочных окислов в форме вольфрамовых бронз остается в твердом растворе в кристаллах вольфрама. Вследствие того что металл не доводится до расплавления, концентрация твердого раствора в различных кристаллах вольфрама не одинакова, и это усиливает различие в термодинамической устойчивости различных кристаллов, благоприятствуя поглощению одних кристаллов другими при рекристаллизации в спирали.
Чтобы достичь свойства непровисаемости вольфрама, требуется кроме того хорошая очистка водорода (в атмосфере которого осуществляют сварку штабика) от примесей кислорода и влаги.
Отрицательное влияние примесей кислорода и влаги в этом случае можно, пожалуй, объяснить тем, что, как указано выше, присутствие следов воды в водороде приводит к образованию двуокиси вольфрама в порах штабика при его сварке, пары которой, частично испаряясь, увлекают из межзерновых зазоров пары оставшихся искусственно введенных присадок.
Некоторые исследователи высказывают такую точку зрения, что в штабиках непровисающего вольфрама с соответствующими присадками после сварки, а также в первичные моменты рекристаллизации спирали образующиеся новые кристаллы имеют в большинстве случаев одинаково направленную ориентацию кристаллических плоскостей, что также благоприятствует их быстрому сращиванию в крупные кристаллы при развитии процесса рекристаллизации в спирали.
Еще одним фактором, благоприятствующим поглощению одних кристаллов другими в процессе рекристаллизации спирали, является неравномерность распределения напряжений, созданных в протянутой проволоке в результате ее завивания в спираль. Подтверждением этому служит то, что прямолинейная не спирализованная проволока непровисающегося вольфрама не показывает при рекристаллизации такого бурного роста кристаллов, как спираль из этой же проволоки.
Приведенные высказывания представляют собой попытки объяснить механизм образования структуры непровисающей вольфрамовой проволоки, требующие еще дальнейшей проверки и уточнения.