Đèn halogen cũng giống như đèn sợi đốt phải có cấu tạo kín để tránh khí được hàn kín rò rỉ ra bên ngoài. Ở đèn halogen, nhiệt độ của bóng đèn phải từ 250°C trở lên mới là điều kiện để xảy ra chu trình halogen, vì vậy người ta sử dụng thủy tinh có khả năng chịu nhiệt cao như thủy tinh thạch anh cho bóng đèn. Thủy tinh thạch anh có hệ số giãn nở nhiệt nhỏ hơn 10 lần so với thủy tinh soda được sử dụng trong bóng đèn nói chung. Thủy tinh silic sử dụng dây dẫn làm bằng hợp kim sắt và niken gọi là dây Dumet, và vì hệ số giãn nở nhiệt tương đối gần nên nó có thể được bịt kín như vốn có. Do thủy tinh thạch anh được sử dụng trong đèn halogen nên để phù hợp với hệ số giãn nở nhiệt, dây dẫn thẳng vào không được bịt kín bằng thủy tinh mà là một lá molypden kim loại siêu mỏng có độ dày từ 20 đến 30 μm (0,02 mm đến 0,03 mm). Được sử dụng. Nếu lá molypden dày hơn mức này, các vết nứt sẽ xuất hiện trong thủy tinh thạch anh do sự khác biệt về hệ số giãn nở nhiệt, khiến nó không thể duy trì độ kín khí. Trở nên.
Dây dẫn vào được làm bằng molypden hoặc vonfram.
Giống như lá molypden ở bộ phận bịt kín, dây dẫn vào này không có cùng hệ số giãn nở nhiệt như thủy tinh thạch anh nên nó được bịt kín lại nhưng không được kết dính chặt chẽ. Chỉ có phần lá molypden tiếp xúc gần với thủy tinh thạch anh và điều này giữ cho cấu trúc kín khí. Dây dẫn đi ra từ phần kín của bóng đèn luôn tiếp xúc với không khí bên ngoài và ở trong môi trường có nhiệt độ cao khi nó được thắp sáng. trong môi trường có nhiệt độ cao. Dây đầu vào bị oxy hóa dần dần và cuối cùng chuyển thành lá molypden của con dấu. Khi quá trình oxy hóa diễn ra, nhiệt độ tăng và ứng suất nhiệt do giá trị điện trở tăng sẽ làm hỏng bộ phận làm kín.
Một cách để ngăn chặn thiệt hại này là xử lý lá molypden để ngăn chặn quá trình oxy hóa. Đầu tiên là phương pháp nhúng một chất bao gồm crom, nhôm, silicon, titan, tantali, palladi, v.v. bằng cách cấy ion vào chính lá molypden hoặc chính dây dẫn bên ngoài. Phương pháp thứ hai là phủ lên bề mặt của lá molypden một lớp màng chống oxy hóa làm từ oxit silic.
Lá molypden oxy hóa trong môi trường có nhiệt độ cao và bắt đầu oxy hóa dần ở 200°C hoặc cao hơn trong không khí. Như một biện pháp chống oxy hóa, có hiệu quả là làm mát cưỡng bức bộ phận bịt kín bằng khí nén hoặc lắp đặt bộ tản nhiệt để tản nhiệt từ bộ phận bịt kín.
Tại công ty chúng tôi, chúng tôi lấp đầy đế nhôm của máy sưởi điểm halogen bằng bột oxit kim loại, loại bột có tính dẫn nhiệt tốt, nhằm đẩy nhanh quá trình tản nhiệt của bộ tản nhiệt.
Do thuộc chu trình halogen nên bóng đèn halogen phải được làm bằng thủy tinh chịu nhiệt với nhiệt độ khi thắp sáng từ 250°C trở lên. Ngoài ra, khí trơ và khí halogen bên trong bóng đèn được đóng kín ở áp suất cao 1×10^5~4×10^5Pa, áp suất trong quá trình chiếu sáng đạt từ 1,3 đến 7,0 lần. Thủy tinh thạch anh được sử dụng vì lý do này. Thủy tinh silic là vật liệu có hệ số giãn nở nhiệt cực thấp nên ngay cả khi có sự chênh lệch nhiệt độ trên bề mặt kính thì ứng suất nhiệt cũng nhỏ, có thể chịu được sự thay đổi nhiệt độ đột ngột. Thủy tinh thạch anh là một chất có độ tinh khiết cao, nhưng nó chứa một lượng nhỏ tạp chất. Quá trình lọc tạp chất này có liên quan chặt chẽ với nhiệt độ, và trong trường hợp thủy tinh thạch anh, quá trình lọc tạp chất và sự xâm nhập của khí đã nạp bắt đầu ở khoảng 800°C. Lý do tại sao nhiệt độ bóng đèn halogen nên được giữ dưới 800°C, tốt nhất là dưới 700°C, là mối quan hệ giữa tạp chất và nhiệt độ. Nếu cân bằng khí bên trong đèn halogen bị thay đổi sẽ gây ra hiện tượng đen bóng và giảm tuổi thọ của đèn.
Trong số các tạp chất này có lẫn một lượng nhỏ nước. Kính là vật liệu chống nước và bạn không thể nhìn thấy nước bên trong kính và điều này thường không có vấn đề gì. Loại nước này tồn tại dưới dạng nhóm hydroxyl (nhóm hydroxy) ở nhiệt độ cao. Khi nhiệt độ tăng trên 600°C, nhóm hydroxyl sẽ hòa tan vào đèn và thậm chí một lượng nước nhỏ cũng gây ra vòng tuần hoàn nước, đẩy nhanh quá trình tiêu thụ vonfram. Trong “vòng tuần hoàn nước”, hơi nước bị phân hủy trên bề mặt vonfram ở nhiệt độ cao để trở thành oxit vonfram và hydro nguyên tử. Vonfram oxit bay hơi và bám vào thành kính, và hydro nguyên tử tước đi oxit oxy này và trở lại thành hơi nước. Điều này được hiểu rằng sự bay hơi lặp đi lặp lại này của vonfram làm tăng tốc độ tiêu thụ của nó.
Lúc này, một chu trình halogen cũng đồng thời xảy ra ở đèn halogen. Sự tái định vị của dây tóc vonfram do chu trình halogen và sự bay hơi của dây tóc vonfram do chu trình nước khiến bề mặt của dây tóc vonfram trở nên không bằng phẳng trong một khoảng thời gian ngắn, dẫn đến hiện tượng ngắt kết nối. Do đó, tốt nhất là sử dụng thủy tinh thạch anh có hàm lượng nước thấp. Ngoài ra, lý tưởng nhất là sử dụng quy trình sản xuất ngăn nước (oxy) xâm nhập trong quá trình xử lý thành đèn halogen. Nếu nó bị lẫn vào, nó có thể được loại bỏ bằng cách xử lý nhiệt ở 800 độ trở lên, hoặc bằng cách đặt một bộ thu oxy bên trong đèn để hấp thụ nó.
Xử lý làm sạch bề mặt kính thạch anh
Nếu bề mặt thủy tinh thạch anh được làm nóng với dù chỉ một lượng nhỏ bụi bẩn bám vào, bụi bẩn sẽ thấm vào thủy tinh, gây giảm độ bền, ức chế chu trình halogen và hiện tượng thủy tinh hóa làm mất độ trong suốt của thủy tinh.
Do đó, cần phải thực hiện quá trình làm sạch. . Hòa tan bề mặt thủy tinh thạch anh bằng axit flohydric để loại bỏ bụi bẩn. Ngâm trong axit flohydric 5% đến 10% trong vài phút và rửa kỹ axit flohydric bằng nước tinh khiết. Axit flohydric là một hóa chất rất nguy hiểm đối với cơ thể con người, vì vậy amoni florua ít nguy hiểm hơn thường được sử dụng.
Để giảm thiểu sự xuất hiện của hiện tượng lệch pha, không xử lý thủy tinh thạch anh bằng tay không.
Giới thiệu về chế biến thủy tinh thạch anh
Thủy tinh thạch anh được xử lý bằng cách nung nóng nó ở nhiệt độ cao (khoảng 2000°C) bằng vòi đốt khí, v.v., và ép nó bằng một thanh carbon hoặc kim loại để làm biến dạng nó, hoặc bằng cách ép nó bằng khuôn kim loại.
Đầu đốt khí lý tưởng là ngọn lửa oxy-hydro. Trong vòi đốt khí, oxy và hydro được trộn sẵn, sau đó nó được thổi ra từ vòi với tốc độ cao để đốt cháy. , Có một “đầu đốt khí hỗn hợp tiên tiến” đốt cháy. Loại thứ hai có tốc độ ngọn lửa nhỏ hơn và phù hợp để xử lý các khu vực thạch anh rộng lớn.
Kiểu trộn gốc ngăn không cho quá trình đốt cháy đi vào vòi phun bằng cách tạo ra dòng chảy tốc độ cao bên trong vòi phun, vì vậy về cơ bản ngọn lửa cũng trở thành dòng chảy tốc độ cao. Định dạng đầu đốt gas này phù hợp để sưởi ấm các khu vực nhỏ.
Nếu tốc độ dòng chảy của vòi của vòi đốt khí hỗn hợp gốc này giảm, quá trình đốt cháy sẽ đi vào vòi (hiện tượng hồi lưu) và khí hỗn hợp oxy-hydro trong vòi đốt khí sẽ phát nổ và đốt cháy ngay lập tức, tạo ra tiếng nổ lớn . Nếu để ở trạng thái này, quá trình đốt cháy có thể tiếp tục trong bộ trộn khí và vùng lân cận bộ trộn sẽ bị cháy.
Ngọn lửa hỗn hợp của khí metan hoặc khí propan và oxy đôi khi được sử dụng trong chế biến thạch anh vì lý do kinh tế. Trong trường hợp này, các khí nhiên liệu này không trộn lẫn với oxy nhanh như hydro và có nhiệt độ đốt cháy thấp hơn. Do đó, hầu hết chúng là “đầu đốt khí kiểu trộn gốc”.
Một vòi đốt khí có nhiều lỗ phun được sử dụng để sưởi ấm một khu vực rộng lớn. Điểm gia nhiệt khá gần vòi phun, tốc độ dòng chảy của ngọn lửa nhanh nên có xu hướng đẩy và làm biến dạng kính được làm nóng và làm mềm. Nếu bạn đột ngột ngừng cấp gas từ vòi đốt gas này, tốc độ dòng chảy của vòi sẽ giảm và xảy ra hiện tượng cháy ngược, gây ra tiếng nổ.
Để tránh điều đó, bạn có thể tắt oxy từ từ trước rồi mới tắt khí nhiên liệu hoặc tắt khí nhiên liệu trước rồi thổi ra. Dù bằng cách nào, tốc độ dòng chảy sẽ giảm xuống, do đó, hiện tượng hồi tưởng sẽ dễ dàng xảy ra và thao tác ngắt nhanh sẽ không thể thực hiện được. Để thực hiện thao tác ngắt nhanh, ngừng khí đốt đồng thời thổi khí vào bộ trộn để thổi ra mà không làm giảm vận tốc dòng chảy của vòi.
Đầu đốt gas này cũng cần chú ý đến việc đánh lửa. Thông thường, trước tiên hãy dập tắt khí nhiên liệu để đốt lửa và sau đó dập tắt oxy, nhưng không thể bắt lửa nhanh chóng. Việc đánh lửa thường xuyên có thể được xử lý bằng cách đốt cháy bằng đầu đốt đánh lửa chuyên dụng (ngọn lửa hydro) bằng cách đồng thời phát ra khí nhiên liệu và oxy ở tốc độ dòng chảy đặt trước.
Khi thủy tinh trở nên nóng và đủ mềm, nó có thể được xử lý. Thủy tinh thạch anh có thể dính vào kim loại trong quá trình ép làm việc với khuôn kim loại. Carbon có hiệu quả như một vật liệu giải phóng để ngăn chặn điều này. Khi carbon tiếp xúc với thạch anh ở nhiệt độ cao, nó sẽ khử nó để tạo ra COx và phá hủy mạnh mẽ. Dầu thường được sử dụng như một phương pháp bổ sung carbon.
Khi thạch anh được nung ở nhiệt độ cao và làm mềm, silica sẽ bám vào khu vực xung quanh và chuyển sang màu trắng đục. Điều này là do thạch anh bay hơi do nung nóng và bám vào phần nhiệt độ thấp. Để ngăn chặn điều này càng nhiều càng tốt, có một phương pháp đưa không khí hoặc đèn đốt khí vào bộ phận mà silica có xu hướng bám vào.
Sự bay hơi của thạch anh rất nghiêm trọng trong việc giảm ngọn lửa. Điều này được cho là do thạch anh bị khử thành SiO, khiến nó dễ bay hơi hơn. Do đó, silica sẽ ít có khả năng bám dính hơn nếu ngọn lửa chế biến được đặt ở ngọn lửa dư thừa oxy. Tuy nhiên, loại ngọn lửa này có công suất đốt nóng yếu hơn so với tốc độ dòng chảy và vì nó không có tác dụng khử nên lá molypden có xu hướng bị oxy hóa và vỡ trong quá trình hàn kín.
Silica bám dính nên được đốt cháy bằng ngọn lửa oxy dư hoặc loại bỏ bằng axit flohydric. Tuy nhiên, nó không thể được sử dụng như một chiếc đèn sau khi niêm phong.
Việc nhấn nên được thực hiện trong thời gian càng ngắn càng tốt. Khi bị ép lâu, nhiệt độ của thạch anh giảm nhanh, để lại các vết nứt và biến dạng mạnh.
Loại bỏ biến dạng sau khi xử lý thủy tinh thạch anh
Khi thủy tinh thạch anh được xử lý, sự biến dạng xảy ra do sự phân bố nhiệt độ trong quá trình xử lý. Căng là trạng thái tồn tại lực nén hoặc lực kéo giữa các phân tử bên trong thạch anh. Độ méo có thể được xác nhận trực quan bằng “máy đo độ méo” sử dụng ánh sáng phân cực.
Do biến dạng dư này làm giảm độ bền của thủy tinh thạch anh, không chịu được áp suất bên trong khi đèn hoạt động nên bị vỡ hoặc nứt, dẫn đến hỏng đèn ban đầu do rò rỉ khí làm kín. Ngoài ra, khi thay thế đèn, nó có thể bị gãy ngay cả khi bạn không tác dụng nhiều lực.
Ủ được thực hiện để loại bỏ căng thẳng còn lại. Có thể giảm đáng kể biến dạng dư bằng cách giữ bộ phận đã xử lý ở nhiệt độ cao hơn điểm ủ, làm nóng lại và sau đó làm nguội từ từ để biến dạng không xảy ra nữa. Thời gian giữ tối ưu và tốc độ làm mát phụ thuộc vào hình dạng của vật liệu. Làm nóng ở nhiệt độ cao cũng có ưu điểm là đốt cháy và làm tròn các vết nứt nhỏ xuất hiện trong quá trình ép làm việc để khiến chúng trở nên vô hại.
Ngay cả khi bạn không có lò loại bỏ biến dạng đặc biệt, nếu bạn làm việc cẩn thận với những điểm này, biến dạng có thể được loại bỏ đến mức không có thiệt hại thực tế. Tuy nhiên, rất khó để loại bỏ hoàn toàn biến dạng đến mức không thể phát hiện được bằng máy đo biến dạng.
Đèn halogen sử dụng thủy tinh không phải thủy tinh thạch anh
Bóng đèn thủy tinh thạch anh không phải là yêu cầu bắt buộc đối với chất liệu bóng đèn của đèn halogen. Đèn halogen sử dụng thủy tinh (thủy tinh aluminosilicate hoặc thủy tinh borosilicate có hệ số giãn nở phù hợp với molypden) có thể chịu được nhiệt độ cao vừa phải, ngay cả khi nhiệt độ không cao bằng thủy tinh thạch anh và sử dụng phương pháp bịt kín thông thường không sử dụng giấy bạc. cũng tồn tại. Đây là những giống được sản xuất hàng loạt và được sử dụng như một phương tiện để giảm chi phí. Tuy nhiên, nó không thể áp dụng cho đèn halogen công suất cao và không thích hợp cho sản xuất lô nhỏ.
Điểm nóng chảy của vonfram là 3422°C, đây là điểm nóng chảy cao nhất trong số các kim loại. Từ quan điểm xử lý, nó có nhiệt độ chuyển tiếp từ dẻo sang giòn cao và độ giòn ở nhiệt độ thấp ở nhiệt độ phòng. Nó là một kim loại khó gia công vì độ bền liên kết ở ranh giới hạt yếu và dễ bị nứt ra khỏi ranh giới hạt.
Việc bổ sung rheni (Re) được biết là cải thiện độ dẻo của vonfram ở nhiệt độ thấp, nhưng nó là kim loại đắt nhất và không thực tế.
Một giải pháp thay thế là sàng lọc cấu trúc hạt bằng quá trình luyện kim bột và xử lý nhiệt. Được khai thác từ mỏ và ở dạng bột, vonfram được tạo hình bằng phương pháp luyện kim bột. Trong vonfram nén này, kích thước và hình dạng của bột thiêu kết (hình dạng hạt đồng trục) bị nghiền nát và kéo dài bằng cách gia công nhựa như cán và kéo dây, tạo ra một lượng lớn sự sai lệch và giảm kích thước hạt tinh thể. và hình dạng của hạt cũng kéo dài theo một hướng cụ thể.
Kết quả là, có thể giảm nhiệt độ chuyển tiếp dẻo-giòn xuống gần nhiệt độ phòng bằng cách thúc đẩy quá trình hoàn thiện cấu trúc hạt nhiệt. Gia công nhựa được phân loại theo nhiệt độ trong quá trình gia công. Nếu nhiệt độ gần bằng nhiệt độ phòng thì đó là làm việc lạnh”, nếu cao hơn một nửa điểm nóng chảy thì đó là “làm việc nóng” và nếu thấp hơn một nửa thì đó là “làm việc ấm”.Trong quá trình gia công nóng, rất khó để xử lý các sản phẩm mỏng và mỏng một cách đồng đều do nhiệt độ giảm trong quá trình xử lý, vì vậy dây tóc được sản xuất bằng phương pháp gia công nguội. Ủ giảm căng thẳng là cần thiết vì căng thẳng vẫn còn trong cấu trúc trong quá trình làm việc lạnh. Gia công nguội tạo ra nhiều biến dạng đàn hồi, do đó có khả năng xảy ra quá trình kết tinh lại và thậm chí việc tiếp xúc tạm thời với nhiệt độ cao sẽ gây ra quá trình kết tinh lại, làm tăng tốc độ giòn giữa các hạt ở vùng nhiệt độ thấp. Quá trình kết tinh lại gây ra hiện tượng chảy xệ do dây tóc bị biến dạng rão.
Về kết tinh lại
Kết tinh lại đề cập đến sự hình thành và phát triển của các hạt tinh thể mới, hoàn toàn khác với các hạt tinh thể được tạo ra trong quá trình xử lý và không chứa các khuyết tật như trật khớp, để tạo thành cấu trúc hạt tinh thể hoàn toàn khác với cấu trúc đã xử lý. Được gọi là.
Kết tinh lại là một quá trình riêng biệt với quá trình phục hồi, trong đó các hạt mới được tạo ra bao quanh bởi các ranh giới hạt có góc cao không chứa các khuyết tật như thành tế bào hoặc sự sai lệch, và các hạt này phát triển bằng cách ăn các hạt liền kề. Làm. Khi các hạt tinh thể phát triển và ranh giới hạt di chuyển, các khuyết tật như thành tế bào và sự sai lệch trong các hạt tinh thể hiện có sẽ biến mất.
Người ta tin rằng những tinh thể mới này bắt nguồn từ những nơi tập trung sức căng đàn hồi trong cấu trúc hạt hiện có (nội hạt hoặc ranh giới hạt). Các hạt nhân tái kết tinh có nhiều khả năng xảy ra trong các vật liệu được gia công nguội với mức độ hoạt động cao, tạo ra nhiều biến dạng đàn hồi và quá trình tái kết tinh bắt đầu ở 900 đến 1000°C. Càng nhiều hạt nhân tái kết tinh được tạo ra, số lượng hạt tái kết tinh sau khi sinh trưởng càng nhiều, vì vậy kích thước hạt tái kết tinh có xu hướng nhỏ hơn. Do đó, nếu độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp được cải thiện bằng cách tinh chế các hạt tinh thể bằng cách gia công nguội, thì quá trình kết tinh lại có thể xảy ra, do đó, ngay cả khi nó tạm thời tiếp xúc với nhiệt độ cao, quá trình kết tinh lại xảy ra và sự giòn ranh giới hạt được thúc đẩy ở vùng nhiệt độ thấp. Cần lưu ý rằng Một cuộn dây tóc làm bằng dây vonfram nguyên chất sẽ bị biến dạng (biến dạng rão) do một ngoại lực nhỏ chẳng hạn như trọng lượng của chính nó do hiện tượng trượt tại các ranh giới thớ kéo dài theo hướng xuyên tâm của dây tóc khi sử dụng ở tốc độ cao. nhiệt độ. Dây tóc bị biến dạng gây ra hiện tượng quá nhiệt cục bộ và dễ bị ngắt kết nối.
Giới thiệu về vonfram pha tạp
“Để đối phó, có một phương pháp pha tạp kali trong đó kali (K), silic (Si) và nhôm (Al) được thêm vào trong quá trình luyện kim bột. Trong quá trình xử lý nhiệt, silic và nhôm bay hơi, và kali bay hơi thành vonfram, tạo ra bong bóng. Những bong bóng này dẫn đến sự ổn định của cấu trúc vi mô và gây khó khăn cho quá trình kết tinh lại. Dây tóc được sử dụng trong đèn halogen là vonfram pha tạp này.
Các tính chất cũng thay đổi tùy thuộc vào lượng kali được thêm vào. Nếu lượng lớn, nhiệt độ kết tinh lại tăng lên, nhưng độ dẻo ở nhiệt độ thấp sẽ giảm đi và quá trình xử lý trở nên khó khăn. Theo cách này, chất lượng và số lượng rất quan trọng để ổn định hiệu suất và chất lượng. ”
Tuy nhiên, sau một thời gian dài, các bong bóng do pha tạp này gây ra dần dần tập trung lại và tạo thành các bong bóng lớn bên trong dây tóc. Đây là một yếu tố hạn chế tuổi thọ của đèn, nhưng áp suất cao của khí chứa đầy trong đèn halogen sẽ ngăn chặn sự phát triển và mở rộng của các bong bóng này (lỗ pha tạp). Về mặt này, khí kín áp suất cao được cho là góp phần kéo dài tuổi thọ của đèn. Ngoài ra, các tạp chất trong các bong bóng này cuối cùng sẽ phun vào khí chứa đầy đèn, khiến cân bằng halogen của khí được nạp bị phá vỡ và có thể gây ra hiện tượng đen. , ức chế chu trình halogen). Đây là một trong những nguyên nhân gây ra hiện tượng tối đen xảy ra vài trăm giờ sau khi bắt đầu chiếu sáng.
Xử lý bề mặt cuộn vonfram
Cuộn dây tóc có thể được sử dụng nguyên trạng mà không cần xử lý bề mặt, nhưng nó được làm sạch trước khi lắp vào đèn để loại bỏ tạp chất và ngăn quá trình oxy hóa. Cuối cùng, xử lý nhiệt khí quyển được thực hiện bằng hydro.
Xử lý làm sạch thường được thực hiện bằng cách đun sôi cuộn dây vonfram trong dung dịch natri hydroxit 10% (NaOH) trong khoảng 10 phút. Nếu cần phải ăn mòn bề mặt, xử lý axit flohydric (HF) 5% được thực hiện và bề mặt bị ăn mòn bằng dung dịch nước kali ferricyanua kiềm. Cuối cùng, rửa kỹ bằng nước tinh khiết.
Sau đó, một giá đỡ (neo hoặc giá đỡ) được gắn vào dây tóc cuộn dây, đồng thời hàn lá molypden và các thanh chì bên ngoài. Sau đó, bề mặt có thể được xử lý lại bằng dung dịch natri hydroxit (NaOH) trong nước.
Cuối cùng, xử lý nhiệt khí quyển được thực hiện bằng hydro. Hydro có phương pháp đốt cháy bằng hydro khô và hydro ướt.
Dây tóc sử dụng vonfram, có nhiệt độ nóng chảy cao nhất trong số các kim loại. Để triệt tiêu sự mất nhiệt do khí halogen bao quanh, dây tóc cuộn được sử dụng thay vì dây tóc thẳng. Vì dây tóc được đặt trong bóng đèn chứa đầy khí trơ nên nó được bao phủ bởi khí trơ và bị mất nhiệt (giảm nhiệt độ trong dây tóc). Mất nhiệt ảnh hưởng đến chiều dài dây tóc, vì vậy hãy cuộn dây tóc và điều chỉnh độ dài để giảm tổn thất nhiệt. Dây tóc thẳng sẽ uốn cong do giãn nở nhiệt khi bật, nhưng bằng cách biến nó thành cuộn dây, nó sẽ mềm dẻo ngay cả khi giãn ra khi bật, vì vậy nó sẽ trở lại hình dạng cuộn dây sau khi tắt và có thể duy trì hình dạng ban đầu.
Hơn nữa, khi dây tóc được cuộn lại, một hốc được hình thành bên trong cuộn dây và ánh sáng phát ra từ khoảng trống giữa các cuộn dây gần với bức xạ vật đen.
Các đặc tính bức xạ (độ phát xạ quang phổ) của vonfram tương đối cao trong vùng ánh sáng khả kiến và độ phát xạ có xu hướng giảm dần khi bước sóng tăng. Do đó, ở cùng nhiệt độ, hiệu suất phát sáng cao hơn đáng kể so với vật thể đen. Đây là một trong những lý do tại sao vonfram thích hợp làm vật liệu dây tóc cho chiếu sáng. Ngay cả ở cùng nhiệt độ, sợi carbon gần với vật đen, do đó hiệu suất phát sáng thấp hơn đáng kể.
Điện trở suất của vonfram tương đối lớn.
Trong thời gian bóng đèn đang sáng, nhiệt độ của sợi đốt (2500～3200K) thể hiện tỷ lệ khá cao của hệ số kháng, nhưng ở nhiệt độ phòng thường chỉ còn dưới 1/10 của hệ số kháng. Nghĩa là, trong thời gian bóng đèn sáng, có tình trạng dòng điện khởi động lớn tạm thời chảy dễ dàng.
Dòng điện khởi động này tạo ra việc tăng nhiệt độ của sợi đốt lên một cách nhanh chóng, và có thể làm cho bóng sáng tạm thời. Tuy nhiên, dòng điện khởi động này có tác động trực tiếp lên tuổi thọ của bóng đèn. Khi bật máy sưởi, cần phải làm tăng dần điện áp nguồn cung cấp càng nhanh càng tốt.
Giới thiệu về phương pháp sản xuất cuộn dây tóc đơn
Một dây vonfram được cuộn quanh một trục gá. Trong hầu hết các trường hợp, sau khi quấn quanh trục gá, nó sẽ lò xo trở lại và có thể tháo trục gá ra.
Nếu đường kính dây vonfram là d và đường kính cuộn dây là MD, thì MD/d≒3 là phù hợp. Khi MD/d<2 thì dễ bị biến dạng do giãn nở nhiệt, còn khi MD/d>8 thì độ bền yếu đi. Ngoài ra, nếu bước cuộn dây của cuộn dây là P, thì P/d≒1,5 là phù hợp. Tại P/d < 1,2, có nguy cơ xảy ra thiếu hụt giữa các bước. Nếu P/d > 1,8 thì tổn thất nhiệt lớn, bất lợi về hiệu suất phát sáng.
Để ổn định kích thước, nếu xử lý nhiệt được áp dụng trong khi gắn vào trục gá, dây lõi sẽ không thể kéo ra được. Trong trường hợp này, lõi dây được hòa tan bằng axit và được loại bỏ. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi thiết bị và chi phí để xử lý khí và dung dịch sinh ra trong quá trình hòa tan.
Nếu dây tóc cuộn dây được làm theo cách này có thiết kế chắc chắn, thì nó có thể được chế tạo thành đèn như hiện tại, nhưng trong nhiều trường hợp, nó sẽ biến dạng sau khi được chế tạo thành đèn trừ khi phần méo được loại bỏ bằng cách xử lý nhiệt. Hơn nữa, các cuộn dây có cường độ yếu hơn được tích hợp vào đèn sau khi trải qua quá trình hoàn thành quá trình tái kết tinh thứ cấp.
Về phương pháp sản xuất dây tóc cuộn đôi
Phương pháp chung để sản xuất dây tóc cuộn đôi là quấn một dây vonfram quanh một dây lõi molypden ở bước xác định cho cuộn sơ cấp. Sau đó, xử lý nhiệt được thực hiện một lần (trong lò khí quyển hydro ở 1000°C đến 1600°C). Điều này sẽ ngăn lò xo bật lại ngay cả khi bạn cắt một cuộn liên tục thành một đoạn ngắn hơn.
Tiếp theo, thực hiện một cuộn dây thứ hai. Sau khi quấn nó quanh thanh lõi ở một bước xác định, hãy kéo nó ra.
Tiếp theo, sau khi định hình phần cuối thành hình dạng tùy ý, nó được xử lý nhiệt ở 1600°C đến 1900°C (làm nóng trong lò khí quyển hydro, làm nóng bằng dòng điện một chiều, v.v.). Sau đó, dây lõi molypden được hòa tan và loại bỏ bằng hỗn hợp axit (2 phần nước: 2 phần axit nitric: 1 phần axit sunfuric) để tạo ra dây tóc cuộn đôi.
Trong phương pháp này, một lượng lớn NOx, dung dịch axit dư, muối molypden, v.v. được tạo ra trong quá trình loại bỏ dây lõi molypden, vì vậy các phương tiện loại bỏ và khử độc rất tốn kém. Ngoài ra, vì molypden được sử dụng cho dây lõi cuộn sơ cấp, nên việc xử lý nhiệt ở nhiệt độ quá cao sẽ khiến molypden ngấm vào vonfram và ảnh hưởng xấu đến đèn halogen.
Do đó, quá trình xử lý nhiệt tối đa là khoảng 1900°C và quá trình tái kết tinh thứ cấp của vonfram không thể hoàn thành. Nếu để nguyên như vậy, quá trình tái kết tinh thứ cấp sẽ xảy ra ngay khi bật đèn và dây tóc có thể bị biến dạng.
Là một phương pháp sản xuất cuộn dây kép không có nhược điểm là không đủ quá trình tái kết tinh thứ cấp của vonfram, cuộn dây quấn sơ cấp (đã loại bỏ dây lõi) được định hình thành cuộn dây kép bằng một số phương pháp và được xử lý nhiệt ở 2200°C. Có một cách để tạo dây tóc cuộn đôi.
Là một phương pháp tạo hình dạng cuộn dây đôi này, một thanh vonfram mỏng hơn một chút so với dây lõi sơ cấp được tạo thành hình dạng vết thương thứ cấp (trục hình cuộn dây) và một cuộn dây một vòng được đưa vào nó để tạo thành hình dạng cuộn dây đôi . Nó là một phương pháp làm cứng bằng cách xử lý nhiệt. Sau khi xử lý nhiệt, thanh vonfram lõi cuộn được kéo ra và tái sử dụng.
Tuy nhiên, phương pháp này không linh hoạt, khó cơ giới hóa như phương pháp sản xuất hàng loạt, có những cuộn dây kép khó chế tạo.
Đèn halogen là bóng đèn sợi đốt trong đó một khí trơ và một lượng nhỏ khí halogen được bịt kín trong đèn.
Khí trơ
Khí trơ bao gồm heli (He 4,00g/mol), neon (Ne 20,18g/mol), (nitơ (N2 28,02/mol)), argon (Ar 39,95g/mol), (cacbon dioxit (CO2 44,01g/mol) mol)), krypton (Kr 83,80/mol), xenon (Xe 131,29g/mol) và radon (222,000 Rn/mol).
Helium, neon, argon, krypton, xenon và radon còn được gọi là khí hiếm và khí hiếm vì chúng chứa một lượng rất nhỏ trong không khí.
Hiệu ứng khử hơi của vonfram được sử dụng trong dây tóc hiệu quả hơn khi trọng lượng nguyên tử tăng lên. Trọng lượng nguyên tử càng cao thì độ dẫn nhiệt càng thấp và càng hạn chế được sự mất nhiệt của dây tóc. Hiệu suất phát sáng sẽ tăng 5-10%.
“Về mặt lý thuyết, radon, có trọng lượng nguyên tử cao nhất, là hiệu quả nhất. Tuy nhiên, radon là khí phóng xạ độc hại phát ra tia alpha với chu kỳ bán rã ngắn nên không thể sử dụng nó. Khi carbon dioxide đạt tới 1000°C hoặc cao hơn, nó bị phân hủy thành carbon monoxide và oxy. Không thể sử dụng do phân hủy nhiệt.
Do đó, có thể nói rằng xenon là hiệu quả nhất để làm bay hơi vonfram.
Tuy nhiên, vì xenon và krypton đắt tiền nên chúng không được sử dụng nhiều và argon, rẻ hơn các loại khí trơ khác, được sử dụng. ”
Tuy nhiên, một mình argon không cung cấp đủ cách điện, vì vậy nếu dây tóc bị đứt trong quá trình chiếu sáng, phóng điện hồ quang sẽ xảy ra. Như một biện pháp đối phó, một lượng nhỏ nitơ, có khả năng cách điện cao, được trộn lẫn. . Đèn nhỏ hơn với dây tóc ngắn hơn có tải điện cao hơn, dẫn đến tuổi thọ ngắn hơn.
Người bắt được
Máy hút bụi là một vật liệu hóa học được sử dụng để loại bỏ tạp chất khỏi các sản phẩm sử dụng chân không.
Với bóng đèn sợi đốt, nếu trong bóng đèn có lẫn một lượng nhỏ hơi ẩm, oxy hoặc các tạp chất khác sẽ gây ra vòng tuần hoàn nước, làm tiêu hao vonfram và giảm tuổi thọ của bóng đèn, vì vậy cần phải loại bỏ nước. bên trong bóng đèn. Nhiều getters khác nhau đang được nghiên cứu và phát triển như là biện pháp đối phó. Bóng đèn sợi đốt sử dụng phương pháp tạo chân không bằng cách sử dụng chất thu gom phốt pho trong quá trình sản xuất. Trong phương pháp này, dây tóc vonfram được ngâm trong hỗn hợp phốt pho và nước, và sau khi bóng đèn cạn kiệt, điện sẽ được đưa vào để tạo ra sự phóng điện phát sáng và loại bỏ khí dư. Bộ thu gom phốt pho được sử dụng để tăng mức độ chân không và các nguyên tố halogen cũng được bao bọc dưới dạng bộ thu gom để tránh bị đen.
Phương pháp giảm hiện tượng hóa đen bằng cách sử dụng nguyên tố halogen làm chất kích thích đã được sử dụng từ lâu, và vào năm 1892, bóng đèn dây tóc carbon chứa clo đã được đưa ra thị trường. Năm 1933, một bằng sáng chế đã được đề xuất cho ý tưởng bọc i-ốt để biến vonfram bay hơi thành vonfram i-ốt để ngăn chất này bám vào bóng đèn. Bằng cách này, phương pháp bao bọc hợp chất halogen trong bóng đèn thông thường có hiệu quả trong việc ngăn bóng đèn bị đen, nhưng nó phản ứng với dây tóc vonfram ở phần nhiệt độ thấp, làm giảm tuổi thọ của bóng đèn. Tôi đã làm. Ngoài ra, iốt cần được hóa hơi và đưa vào bóng đèn trong quá trình sản xuất, và có những nhược điểm như phạm vi hẹp mà chu trình halogen hoạt động ổn định, vì vậy các loại khí halogen khác đang được xem xét. Năm 1965 T’. Jampens và van der Weijer của Philips đã giới thiệu một loại bóng đèn sử dụng hợp chất hữu cơ của brom. Các hợp chất brom (CHBr3, CH2Br2, v.v.) có áp suất hơi cao nên chúng có thể được bao bọc dưới dạng khí. Sau đó, các hợp chất clo cũng được đưa vào sử dụng và được sử dụng trong đèn phơi sáng của máy photocopy.
Zirconia thường được sử dụng làm chất thu sáng trong bóng đèn. Tuy nhiên, trong trường hợp máy sưởi đèn halogen, điều này khó sử dụng, vì vậy tantalum (Ta) thường được sử dụng. Tantali là một kim loại mềm, nóng chảy cao tương tự như chì và hấp thụ hydro gấp hàng trăm lần thể tích của nó ở trạng thái nhiệt đỏ sẫm (khoảng 700°C). Tôi đây.
Tất nhiên, một số đèn sưởi dưới 2200K có chứa halogen. Nếu thêm halogen, nó hoạt động theo hướng ức chế vòng tuần hoàn nước, vì vậy nếu có ít hơi ẩm dư, có thể làm cho máy sưởi có tuổi thọ cao. Điều này thường là do halogen rẻ hơn. Để tạo ra một bộ sưởi đèn có độ tin cậy cao với tuổi thọ thiết kế từ 5000 giờ đến 20000 giờ, việc lắp bộ thu nhiệt không có halogen sẽ an toàn hơn so với lắp halogen.
Khí halogen
“Có bốn loại khí halogen: flo (F 19,00g/mol), clo (CL 35,45/mol), brom (Br 79,90g/mol) và iốt (I 126,90g/mol). Khối lượng nguyên tử càng nhỏ , Iodine phản ứng càng mạnh thì càng ít phản ứng, vì nó phản ứng mạnh hơn.Trong những ngày đầu của đèn halogen, iốt được bao bọc dưới dạng một chất halogen. Tuy nhiên, iốt có những nhược điểm như cần bay hơi và đưa vào bóng đèn trong quá trình sản xuất, phạm vi mà chu trình halogen hoạt động ổn định là hẹp.
“””Brôm phản ứng mạnh hơn iốt và góp phần vào hiệu quả của chu trình halogen.
Ngay cả trong trường hợp chu trình halogen của iốt không thể xử lý sự bay hơi và làm đen vonfram, chu trình halogen hiện có thể xử lý nó và có thể mở rộng các loại đèn halogen. “””
Có sự thay đổi trong đó chu trình halogen kết thúc với vonfram quay trở lại dây tóc. Sự bay hơi được thúc đẩy cục bộ, nhiệt độ của bộ phận đó tăng với tốc độ nhanh và sự ngắt kết nối xảy ra tại một điểm được gọi là điểm nóng.
Tùy thuộc vào lượng khí halogen, hiện tượng hóa đen có thể xảy ra. Cần nạp lượng khí halogen tối thiểu không gây hóa đen. Bằng cách giảm thiểu lượng khí halogen, chu kỳ halogen được điều tiết dẫn đến tuổi thọ và độ ổn định của bóng đèn dài hơn. Nồng độ yêu cầu tối thiểu là khoảng 0,1% mol đối với khí trơ.
Đèn sưởi có nhiệt độ màu khoảng 2200K (K → Kelvin: đơn vị đo nhiệt độ tuyệt đối, cộng 273 độ C) trở xuống thì không cần chứa halogen. Ở nhiệt độ màu như vậy, sự bay hơi vonfram là không đáng kể trong thời gian thiết lập của lò sưởi (5000 hoặc 20000 giờ) và không cần chu trình halogen. (Do đó dây tóc rất ít hao mòn -> tuổi thọ không bị giới hạn bởi điều này)
Chu trình halogen
Đèn halogen là một loại bóng đèn sợi đốt trong đó một lượng nhỏ khí halogen được niêm phong trong khí trơ như argon hoặc nitơ.
Bằng cách bao quanh khí halogen, có thể ngăn ngừa sự mài mòn của vonfram, là vật liệu của dây tóc và có thể tăng nhiệt độ của dây tóc lên nhiệt độ cao hơn. Điều này là do chu trình halogen. Dây tóc vonfram trở nên nóng lên khi đèn bật sáng, bay hơi thành các nguyên tử và di chuyển bên trong đèn. Khi nó di chuyển, nó kết hợp với các halogen trong đèn để tạo thành halogenua vonfram. Halogen vonfram di chuyển gần dây tóc bằng sự đối lưu và khuếch tán. Khi dây tóc nóng lên trong quá trình chiếu sáng, halogenua vonfram sẽ tách ra khi nó đạt đến 1400°C hoặc cao hơn, và vonfram quay trở lại dây tóc, và halogen lại bốc hơi và tạo thành halogenua vonfram. Chu trình này được gọi là chu trình halogen.
Để thực hiện chu trình halogen, cần sử dụng vật liệu giữ cho thành trong của bóng đèn ở nhiệt độ trên 250°C trong quá trình chiếu sáng. Do đó, thủy tinh thạch anh chịu nhiệt được sử dụng cho bóng đèn.
Vonfram bay hơi trở lại dây tóc, nhưng không hoàn toàn. Có sự thay đổi trong đó chu trình halogen kết thúc với vonfram quay trở lại dây tóc. Sự bay hơi được thúc đẩy cục bộ, nhiệt độ của bộ phận đó tăng với tốc độ nhanh và sự ngắt kết nối xảy ra tại một điểm được gọi là điểm nóng. Các chu kỳ halogen lặp đi lặp lại tạo ra sự không đồng đều trong dây tóc, cuối cùng gây ra đứt dây.
W+(Om+Xn) →(WX+WO+WOX+WO2+X2)→WX→W+O
Nạp gas cao áp vào bóng đèn
Áp suất khí nạp càng cao, tuổi thọ của bóng đèn càng dài so với hiệu suất của nó. Điều áp làm tăng mật độ của các phân tử khí, vonfram bay hơi va chạm với các phân tử khí và sự di chuyển của vonfram bị triệt tiêu. Áp suất hơi xung quanh dây tóc tăng lên và đạt đến mức bão hòa, do đó sự bay hơi bị triệt tiêu.
Là một phương pháp nạp khí vào đèn halogen, người ta sử dụng một bóng đèn có ống xả thủy tinh hàn và sau khi hút chân không bên trong bóng đèn, khí kín được làm đầy trong khi làm mát bằng nitơ lỏng. Khí đầy được hóa lỏng bằng nitơ lỏng, thể tích giảm và áp suất bên trong giảm.
Khí đã nạp được nạp ở áp suất cao 1×10^5~4×10^5Pa. Áp suất trong quá trình chiếu sáng đạt từ 1,3 đến 7,0 lần so với mức này.
Đèn halogen phát triển từ bóng đèn sợi đốt. Sợi carbon được sử dụng cho dây tóc của bóng đèn tạo nhiệt thời kỳ đầu. Các sợi kim loại như osmium và tantalum đang được phát triển, nhưng chúng không được sử dụng rộng rãi do giá cả và các vấn đề với ánh sáng dòng điện xoay chiều. Tiến sĩ W. R. Whitney của Hoa Kỳ đã phát hiện ra rằng bóng đèn bị đen không chỉ do carbon bay hơi mà còn do sự hiện diện của một số oxit tro. Như một biện pháp đối phó, xử lý nhiệt được thực hiện ở nhiệt độ cao hơn nhiều so với nhiệt độ hoạt động của dây tóc để giảm oxit tro và ngăn chặn hiện tượng đen trong quá trình sử dụng. Quá trình xử lý nhiệt này làm cho bề mặt của dây tóc cứng và chắc, tạo cho nó một đặc tính giống như kim loại và nhiệt độ hoạt động tăng thêm 200°C, cho phép sử dụng nó lên đến 1900°C. Mặc dù carbon có nhiệt độ nóng chảy cao khoảng 3500°C, nhưng nó không thể được sử dụng ở nhiệt độ cao do áp suất hơi cao và sự bay hơi nhanh (thăng hoa). Bóng đèn sợi đốt sợi carbon được xử lý nhiệt này là dòng chính cho đến khi bóng đèn vonfram được phát triển.
Phát minh ra dây tóc vonfram
Kể từ đó, các loại dây tóc mới ngoài carbon đã liên tục được phát triển và vonfram, có nhiệt độ nóng chảy 3360°C, đã thu hút sự chú ý. Người ta đã cố gắng chuyển đổi vonfram ở dạng rắn hoặc từ dạng bột thành dạng sợi, nhưng điều này đã không thành hiện thực. Năm 1905, A.Just và F.Hanaman người Úc đã chế tạo thành công vonfram để sản xuất vonfram bằng phương pháp hóa học. Chúng ta có thể thu được hiệu suất carbon gấp đôi, nhưng có nhược điểm là dây tóc rất dễ gãy và khó xử lý. Năm 1908, W. Dcoolidge phát hiện ra rằng độ bền cơ học của vonfram được cải thiện bằng cách áp dụng nhiều loại quy trình xử lý khác nhau để giải quyết vấn đề về độ giòn của vonfram.
Phát minh ra bóng đèn khí gas
Hiện tượng hóa đen xảy ra ở bóng đèn vonfram cũng như ở dây tóc cacbon. I.Langmuir của Hoa Kỳ đã phát hiện ra rằng hiện tượng bóng đèn bị đen đi là do sự bay hơi của dây tóc vonfram và phát hiện ra rằng có thể giảm lượng bay hơi bằng cách đặt một khí trơ bên trong bóng đèn. Hơn nữa, người ta cũng phát hiện ra rằng khí trơ khiến dây tóc được bọc trong một lớp khí trơ, gây thất thoát nhiệt. Tóm lại, bóng đèn chứa đầy khí tạo ra tổn thất năng lượng do dẫn nhiệt và đối lưu, nhưng chúng ngăn chặn sự bay hơi của vonfram. Nó chỉ ra rằng có khả năng nó sẽ lớn hơn và cuối cùng là hiệu quả hơn. Vì sự mất nhiệt này ảnh hưởng đến chiều dài của dây tóc, nên chúng tôi đã thành công trong việc giảm tổn thất nhiệt bằng cách thay đổi dây tóc từ dạng thẳng sang dạng cuộn và bóng đèn một cuộn chứa đầy khí đã ra đời. Trong những ngày đầu, nitơ được sử dụng làm khí trơ. Sau đó, argon, có độ dẫn nhiệt thấp và trọng lượng phân tử lớn (hiệu quả ức chế bay hơi cao) với một lượng nhỏ nitơ được bao bọc trong nó, đã trở thành xu hướng chủ đạo.
Phát minh ra dây tóc hai cuộn dây
Năm 1921, Junichi Miura đã phát minh ra dây tóc hai cuộn giúp tăng hiệu suất bằng cách cuộn lại dây tóc một cuộn. Dây tóc hai cuộn dây ban đầu được định hướng vuông góc với bóng đèn, nhưng người ta phát hiện ra rằng định hướng thẳng đứng dẫn đến tổn thất nhiệt ít hơn và tăng hiệu suất lên 5%.
Phát minh ra đèn halogen
Năm 1959, E.G.Zebler người Mỹ đã phát minh ra bóng đèn halogen. Bóng đèn halogen có đặc điểm là đặc tính làm việc (tốc độ ánh sáng duy trì trong suốt thời gian sử dụng) hầu như không thay đổi. Việc sử dụng các nguyên tố halogen đã được nghiên cứu vào năm 1915, nhưng nó không được thương mại hóa do thiếu công nghệ xử lý thủy tinh thạch anh và làm rõ nhiệt động lực học. Khí halogen chứa trong đèn phân ly thành các nguyên tử ở nhiệt độ cao và kết hợp với vonfram hóa hơi để tạo thành halogenua vonfram có áp suất hơi cao, ngăn không cho vonfram bay hơi trên bề mặt bên trong của bóng đèn thủy tinh. đang làm. Nếu bóng đèn được giữ trong phạm vi nhiệt độ mà các hợp chất vonfram không bay hơi và phân ly nhiệt, thì hiện tượng hóa đen sẽ không xảy ra. Ngoài ra, khi dây tóc nóng lên trong quá trình chiếu sáng, halogenua vonfram sẽ tách ra khi nhiệt độ đạt tới 1400°C trở lên và vonfram quay trở lại dây tóc, vì vậy chúng tôi có thể giảm độ mài mòn của dây tóc. Để đáp ứng những điều kiện này, cần phải có kích thước nhỏ và hiệu suất cao, và thủy tinh thạch anh chịu nhiệt được sử dụng cho bầu thủy tinh. Bóng đèn halogen, được đưa vào sử dụng thực tế vào năm 1959, là loại bóng đèn hai cực chứa đầy iốt và được công bố là đèn pha. Gần đây, brom được bao bọc để ổn định các đặc tính cuộc sống. Sau đó, loại đèn hai đầu được cải tiến và loại đèn một đầu được phát triển. Bóng đèn halogen và bóng đèn sợi đốt dùng cho chiếu sáng chung hiện đang bị loại bỏ dần ở châu Âu c
