Volfram simining qarshiligi 5,3*10^-8. Volfram yuqori erish nuqtasiga, yuqori qarshilikka, yaxshi quvvatga va past bug' bosimiga ega. Bu cho'g'lanma filamentlarni tayyorlash uchun barcha sof metallar orasida eng yaxshi materialdir. Biroq, volfram qattiq va mo'rt bo'lib, uni qayta ishlashni qiyinlashtiradi. Oqim volfram simidan o'tib, ma'lum bir haroratgacha qizdirilganda, volfram simining qarshilik qiymati ham ma'lum bir qiymatga oshadi (umuman, harorat oshishi bilan metall simning qarshilik qiymati ortadi). 1909 yilda Coolidge volfram filamentini qayta ishlash texnologiyasini ixtiro qildi, bu akkor lampochkalarni ishlab chiqarish va targ'ib qilishda hal qiluvchi rol o'ynadi. Uning asosiy tamoyillari bugungi kunda ham qo'llaniladi.
Volfram simini ishlab chiqarishning ko'pchiligi xom ashyo sifatida ammoniy paratungstat (APT) dan foydalanadi. Umumiy jarayon, ammoniy paratungstatni havoda volfram trioksidiga taxminan 500 daraja qovurish yoki taxminan 450 daraja vodorodda ko'k volfram oksidiga bir oz kamaytirishdir. Akkor chiroq filamentlari uchun volfram filamentini tayyorlash uchun oz miqdorda kaliy oksidi, kremniy oksidi va alyuminiy oksidi volfram trioksidi yoki ko'k volfram oksidi bilan aralashtirilishi kerak. Uchtasining umumiy miqdori 1% dan oshmaydi. Bu 1922 yilda Baz tomonidan ixtiro qilingan volfram. Ipakni doping qilish jarayoni. Doplangan volfram oksidi vodorod gazi bilan metall volfram kukuniga qaytariladi. Qaytarilish jarayoni odatda ikki bosqichda amalga oshiriladi: birinchi bosqich taxminan 630 daraja haroratda volfram dioksidiga (jigarrang volfram oksidi) tushiriladi va ikkinchi bosqich 820 daraja atrofida metall volfram kukuniga tushiriladi. Ikki bosqichli pasayishning maqsadi - qo'shilgan kaliyning o'z ta'sirini to'liq ko'rsatishiga imkon berish va kukun zarralari hajmini nazorat qilish. Shu tarzda olingan qo'shimchali volfram kukuni maxsus qolipda cho'zilgan kvadrat barlarga bosiladi. Kvadrat bar vodorod bilan quvvatlanadi va o'z-o'zidan qarshilik bilan isitish yordamida sinterlanadi (harorat taxminan 3000 darajaga etadi). Sinterlashdan so'ng, volfram barining zichligi nazariy qiymatning 85% dan ko'prog'iga yetishi mumkin. Ushbu turdagi volfram tasmasi aylanadigan zarb bilan diametri taxminan 3 mm bo'lgan volfram novdalariga qayta ishlanishi mumkin, so'ngra qolip chizish orqali turli qalinlikdagi volfram simlariga qayta ishlanishi mumkin. Masalan, 220 V, 15 Vt cho'g'lanma lampada ishlatiladigan volfram filamentining diametri taxminan 15 mikron, 10000 Vt bromli volfram lampasida ishlatiladigan volfram filamentining diametri taxminan 1,25 mm. 220V, 10 Vt cho'g'lanma lampaning volfram simlari kabi ingichka volfram simlari, diametri taxminan 12 mikron bo'lgan volfram simlari elektrolitik korroziya bilan amalga oshirilishi kerak.
Volfram simining diametri mikron darajasiga yetganda, an'anaviy kalibrlar yordamida uning diametrini aniq o'lchash qiyin. Shuning uchun xalqaro miqyosda diametri {0}}.2 mm dan kam bo'lgan volfram simining og'irligi odatda 200 mm uzunlikdagi kesilgan sim segmentining og'irligi bilan ifodalanadi. Misol uchun, yuqorida aytib o'tilgan 15 Vt akkor chiroq volfram simining diametri 0,679 mg / 200 mm bilan ifodalanishi mumkin.
Foydalanish samaradorligi
①Yuqori haroratli ishlash. Akkor lampalarda ishlatiladigan volfram filamentining ish harorati ko'pincha 2300 va 2800 daraja orasida. Odatda, lampochkaning kuchi qanchalik katta bo'lsa, filamanning ish harorati shunchalik yuqori bo'ladi. Ko'rinib turibdiki, filamentning ish harorati volfram filamentining qayta kristallanish haroratidan ancha yuqori. Bu vaqtda, o'z og'irligi ta'sirida, ikkita ilgak orasidagi filament segmenti cho'kadi. Og'ir holatlarda, filament lampochkaning shisha qobig'i bilan to'qnashguncha cho'kishi mumkin. Volframning kukunli metallurgiya jarayonida oz miqdorda kaliy, kremniy va alyuminiy oksidlari bilan aralashtirilgan doplangan volfram simlari uchun, garchi yakuniy tayyor simdagi kremniy va alyuminiy miqdori millionga bir necha qismni tashkil etsa ham, kaliy millionga atigi o'nlab qismlarni tashkil qiladi, ammo bu qo'shilgan volfram filamentidan yasalgan filamentning cho'kishi sezilarli darajada yaxshilanishi mumkin. Buning sababi, qo'shilgan volfram simi va qo'shilmagan volfram simining qayta kristallangan kristalli tuzilishida katta farq bor. Qo'shilmagan volfram simining qayta kristallangan kristalli asosan teng o'qli kristall bo'lib, qo'shilgan volfram simining qayta kristallangan kristalli strukturasi bir-birining ustiga qo'yilgan qo'pol donalarning uzun chizig'idir. Metall materiallarning yuqori haroratli emirilish nazariyasi nuqtai nazaridan, ushbu qalin va uzun qoplamali strukturaning qayta kristallangan kristalli tuzilishi uning yuqori haroratlarda sarkmaga qarshi turish qobiliyatini sezilarli darajada yaxshilashi mumkin. O'tgan asrning 70-yillarida o'tkazilgan elektron mikroskop va Auger energiya spektrometrining bir qator tadqiqotlari va tahlillariga ko'ra, qo'shilgan volfram simiga xos bo'lgan qalin va uzun qoplama strukturasining qayta kristallangan kristalli tuzilishining shakllanishi tarkib bilan chambarchas bog'liqligi ko'rsatilgan. qo'yilgan volfram simidan. Kaliy chambarchas bog'liq. Doplangan volfram chiziqlarida qolgan kaliyning iz miqdori ishlov berish jarayonida sim o'qiga parallel ravishda kaliy pufakchalari qatorlarini hosil qiladi, bu esa qayta kristallanish jarayonida donalarning lateral o'sishiga to'sqinlik qiladi va shu bilan qalin va uzun bir-biriga yopishgan strukturani hosil qiladi.
Cho'g'lanma chiroq filamentlarining sarkması nafaqat qo'shilgan elementlarning mazmuni va qo'shilgan volfram filamentidagi ishlov berish texnologiyasi, balki filament ishlab chiqarish jarayonida qayta ishlash texnologiyasi bilan ham bog'liq. Volfram simi tayyor filamentga tortilganda katta hajmdagi ichki kuchlanishni saqlab qoladi va filamentga o'ralganida volfram simining kesimida notekis deformatsiyaning yangi ichki kuchlanishlari hosil bo'ladi. Filamani lampochkaga o'rnatishdan oldin bu ichki stresslarni butunlay yo'q qilish kerak. Aks holda, lampochkaning yonishi boshlanganda filament burishadi, deformatsiyalanadi va cho'kadi. Filamentning sarkması lampochkaning yorug'lik samaradorligini jiddiy ravishda kamaytiradi.
② Xona haroratining ishlashi. Volfram simining xona haroratining ishlashi simni o'rash ko'rsatkichida aks etadi. Volfram simining uzoq ishlov berish oqimi tufayli, agar jarayonni boshqarish yaxshi bo'lmasa, volfram simi ko'plab kichik yoriqlar hosil qilishi yoki mahalliy darajada mo'rt bo'lib qolishi oson, shuning uchun uni o'rash paytida sindirish oson. Yoriqlar natijasida hosil bo'lgan o'rash simining sinishi mo'ylov shaklida namoyon bo'ladi, simning mo'rtligidan kelib chiqqan sinish esa kristall tekisliklar shaklida namoyon bo'ladi.
③Sim diametrining izchilligi. Volfram simining diametrining yomon konsistensiyasi akkor lampalarning fotoelektrik parametrlarining haddan tashqari og'ishining muhim sababidir va ba'zilari lampochkaning xizmat qilish muddatiga ham ta'sir qiladi.
Rivojlanish tarixi
Volfram filament sanoatining rivojlanishi boshidanoq yorug'lik lampochkasi sanoati bilan chambarchas bog'liq. Taxminan 30 yillik izlanishlardan so'ng britaniyalik elektrotexnika muhandisi Jozef Svan 1878 yil dekabr oyida uglerod filamentlaridan energiya berish va yorug'lik chiqarish uchun vakuumli lampochka yasadi. Biroq, bunday lampochkaning jiddiy kamchiliklari, asosan uning qisqa umri bor. 1879 yil oktyabr oyida Edison filament sifatida uglerod tolasidan foydalangan holda akkor lampochkani muvaffaqiyatli ishlab chiqardi. Taxminan 20 yil o'tgach (1897) uglerod simi osmiy sim va tantal sim bilan almashtirildi. Biroq, Os va Ta ning quyi erish nuqtalari tufayli ish harorati va yorug'lik samaradorligi past edi.
1879 yilda Edison uglerod filamenti bilan tajriba o'tkazdi va uni yuzlab soat davomida ishlatdi. "Uglerod" juda yuqori erish nuqtasiga (3550 daraja) ega bo'lsa-da, u past "sublimatsiya" haroratiga ega. Past haroratlarda qattiq holatdan gazsimon holatga to'g'ridan-to'g'ri sublimatsiya qilinadi, shuning uchun u oson iste'mol qilinadi va qisqa xizmat muddatiga ega. Va u havodan butunlay ajratilgan bo'lishi kerak (u havoda yonib ketadi). Hozirgi vaqtda deyarli barcha volfram simlari erish nuqtasi (3410 daraja) bilan qo'llaniladi. Afzalligi shundaki, uning "sublimatsiya" darajasi erish nuqtasidan pastroq bo'lganda past bo'ladi. Shuning uchun uni "uglerod filamenti" dan yuqori haroratgacha qizdirish mumkin. Volfram filamenti ham havoda yonadi, shuning uchun lampochkani evakuatsiya qilish kerak.
Filamentning sublimatsiyasini oldini olish uchun lampochkaga inert gazlar yuboriladi. Bu gazlar asosan argon bo'lib, kislorodni o'z ichiga olmaydi. Qisman bug'langan volfram atomlari to'qnashuv orqali filamentga qaytishi mumkin. Garchi inert gaz filamentning xizmat qilish muddatini oshirsa-da, u qimmatga tushadi. Asl vakuum lampochkasida inert gazning mavjudligi issiqlik o'tkazuvchanligini va konvektsiyani oshiradi, energiyani olib tashlaydi va shu bilan muvozanat haroratini pasaytiradi. Sublimatsiyalangan volfram gazi inert gazda kuchsiz zarrachalar hosil qiladi, shuningdek, konveksiya orqali lampochkaning ichki yuzasida qora dog'lar hosil qiladi.
1903 yilda A. Just va F. Hannaman patentlari asosida Vengriya birinchi marta volfram filamentlarini ishlab chiqardi. U tarkibida erkin vodorod bo'lgan volfram oksihalid bug'idagi uglerod simini elektr toki orqali yuqori haroratgacha qizdiradi, shuning uchun uglerod butunlay volfram bilan almashtiriladi. Shu tarzda ishlab chiqarilgan akkor filament ko'proq yoki kamroq uglerodni o'z ichiga oladi, bu nafaqat juda mo'rt, balki lampochkadan foydalanilganda tobora zichroq bo'ladi, shuning uchun filamanning elektr parametrlari o'zgaradi.
1904 yilda Jester va Xannamen uglerodning mo'rtlikka ta'sirini tan oldilar, uglerodsiz bog'lovchini volfram birikmasi bilan aralashtirdilar, uni filamentlarga ekstrudirovka qildilar va keyin uni metallga qaytarish uchun vodorodda qizdirdilar. Ushbu usul bilan ishlab chiqarilgan volfram simi juda mo'rt, lekin uning yorug'lik samaradorligi ancha yaxshi bo'lgani uchun u lampochkalarni tayyorlash uchun uglerod simini, osmiy simni va tantal simni almashtirdi.
Yuqoridagi usullarning hech biri nozik volfram simini tayyorlay olmaydi. Ushbu muammoni hal qilish uchun 1907 yilda nikel miqdori past bo'lgan volfram qotishmasi ishlab chiqilgan, u mexanik ishlov berish orqali tayyorlangan, ammo uning qattiq mo'rtligi uni qo'llashga to'sqinlik qilgan. Faqat 1909 yilga kelib, Amerika Qo'shma Shtatlaridagi General Electric kompaniyasining WD Coolidge chang metallurgiyasi orqali volfram ignalarini ishlab chiqardi va keyin xona haroratida egiluvchan bo'lgan volfram simlarini ishlab chiqarish uchun mexanik ishlov berishdan foydalandi va shu bilan volfram simlarini qayta ishlash sanoati uchun poydevor qo'ydi. Poydevor chang metallurgiyaga ham asos solgan.
Biroq, bu "egiluvchan" volfram filamenti lampochka yoqilgandan keyin sezilarli darajada mo'rtlikni namoyon qiladi. 1913 yilda Pintsch torilangan volfram filamentini ixtiro qildi (ThO2 miqdori 1% dan 2% gacha), bu cho'g'lanma filamentlarning mo'rtligini sezilarli darajada kamaytirdi. Dastlab, filamentning sarkması (volfram filamentining sarkmaga qarshi ishlashini ko'ring) muammo emas edi, chunki bu vaqtda filament to'g'ridan-to'g'ri filament edi, lekin 1913 yildan keyin Langmuir to'g'ri filamentni spiral filamentga o'zgartirdi, shuning uchun lampochkani ishlatish paytida yuqori ish harorati va o'lik og'irlik filamentning cho'kishiga olib keladi, bu esa sof volfram va torilangan volframning foydalanish talablariga javob berishini qiyinlashtiradi.
Volfram simining cho'kishi va qisqa umr ko'rish muammolarini hal qilish uchun 1917 yilda A. Pacz yuqori haroratlarda "deformatsiyalanmaydigan" volfram simini ixtiro qildi. Dastlab u sof volfram tayyorlashda WO3 ni qovurish uchun o'tga chidamli tigeldan foydalangan. U tasodifan WO3 ni sirli ravishda kamaytirish natijasida olingan volfram kukunidan yasalgan volfram simli spirali qayta kristallanishdan keyin endi tushmasligini aniqladi. Keyinchalik, 218 marta takroriy eksperimental tekshiruvlardan so'ng, u nihoyat volfram simini kaliy va natriy silikatlarini volfram kislotasiga (WO3 · H2O) qo'shib, qayta ishlash, presslash, sinterlash, qayta ishlash va hokazolardan so'ng katta miqdorda volfram simini hosil qilishini aniqladi. qayta kristallanish. Dag'al don tuzilishi yumshoq ham, sarkma ham emas. Bu eng qadimgi cho'kmagan volfram simidir. Pertning kashfiyoti cho'kmaydigan volfram simini ishlab chiqarish uchun asos yaratdi. Bugungi kunga qadar Qo'shma Shtatlar Pertning ushbu muhim kashfiyotini xotirlash uchun cho'kmaydigan volfram simini "218 volfram simi" deb ataydi.
Biroq, ishlab chiqarilgan eng qadimgi volfram filamentlari torilangan volfram filamentlariga qaraganda mo'rtroq edi, shuning uchun ba'zi lampochka ishlab chiqaruvchilari torilangan volfram filamentlarini filament sifatida ishlatishni talab qilishdi. Biroq, cho'kmagan volfram filamentini ishlab chiqarish jarayonining doimiy rivojlanishi va takomillashtirilishi bilan odamlar asta-sekin volfram oksidiga K, Si va Al birikmalarini qo'shish volfram filamentini yaxshi anti-sarkma ko'rsatkichlariga ega bo'lishini tushunishdi. yuqori haroratlar va shu bilan birga, takroriy kristallanishdan so'ng, xona haroratida qoniqarli egiluvchanlikka ega. Buni odamlar ko'pincha "AKS volfram simi", ya'ni "sarkmaydigan volfram sim" yoki "doplangan volfram sim" deb atashadi. T. Millner 1931 yilda bu yaxshilangan cho'kmaslik effektini "GK effekti" deb atagan.
