为什么这个白炽灯就这么容易坏呢?

2021-04-22 11:07:07 lighting 2

灯丝的制作材料是钨,是典型的难熔金属,熔点高达3410摄氏度。但作为灯丝,为了显色性和色温好,工作温度通常都高达3000K左右,在这个温度下即使是钨,其升华作用也是不可忽视的了,灯丝上的钨会升华成蒸汽,而升华的钨蒸汽会在温度相对低温的玻璃壳上凝华,大家如果留心看的话,会发现用久了的白炽灯泡玻璃会变黑,其实就是凝华的钨蒸镀在了玻璃上。

在持续升华作用下,灯丝会逐渐变细,而因为灯丝本身的制造工艺,本来就不能保证处处粗细均匀,这样一来,就会造成较细较密的部分工作温度较高,升华作用更明显,形成了一个正反馈——越热的地方变细更快,越细的地方就更热。持续下去,总有一个地方会薄弱到经受不起点灯时热冲击的作用,在热应力下拉开,并在拉断前快速变细熔融。

简而言之,是热升华造成的灯丝变细。

这是白炽灯的宿命,有没有延寿的办法呢?有的,为了延长白炽灯寿命,人们发明了卤素灯这种新型白炽灯。一般的白炽灯内是充氮气的或抽真空的。而卤素灯,内部填充的是卤素元素,常见的是碘(碘钨灯)和溴(溴钨灯),那它们都有什么作用呢?

卤素灯泡与其他白炽灯的差别在于一点,就是卤素灯的玻璃外壳中充有一些卤族元素气体(通常是碘或溴),其工作原理为:当灯丝发热时,钨原子被蒸发后向玻璃管壁方向移动,当接近玻璃管壁时,钨蒸气被冷却到大约800℃并和卤素原子结合在一起,形成卤化钨(碘化钨或溴化钨)。

卤化钨向玻璃管继续移动,又重新回到被氧化的灯丝上,由于卤化钨是一种很不稳定的化合物,其遇热后又会重新分解成卤素蒸气和钨,这样钨又在灯丝上沉积下来,弥补被蒸发掉的部分。通过这种再生循环过程,灯丝的使用寿命不仅得到了大大延长(几乎是白炽灯的4倍),同时由于灯丝可以工作在更高温度下,从而得到了更高的亮度,更高的色温和更高的发光效率。

卤钨灯的基本发光原理和白炽灯相同,都是热辐射光源。不同的地方在于卤钨灯里面充入了特殊的工作气体,其成分是95%的混合气(二溴甲烷和氪气)以及5%的高纯氮,这些气体在灯泡内卤素灯泡建立了卤钨循环。

具体过程是灯丝中的钨挥发出来后,会向温度较低的地方移动,然后在管壁处和Br2结合生成WBr2;而在温度较高处,WBr2又会分解,生成的W会回到灯丝上,Br回到工作气体中,这就是整个卤钨循环的过程。通过这样的卤钨循环,灯丝上的钨不会逐渐挥发,由于“热点”效应而使灯丝烧断,也不会因为钨在灯泡壳上沉积而发黑,其寿命得到大大延长。


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