Resistiviteten af wolframtråd er 5,3*10^-8. Wolfram har et højt smeltepunkt, høj resistivitet, god styrke og lavt damptryk. Det er det bedste materiale blandt alle rene metaller til fremstilling af glødetråde. Wolfram er dog hårdt og skørt, hvilket gør det vanskeligt at behandle. Når strømmen passerer gennem wolframtråden og opvarmes til en vis temperatur, stiger modstandsværdien af wolframtråden også til en vis værdi (generelt stiger modstandsværdien af metaltråden, når temperaturen stiger). I 1909 opfandt Coolidge wolframfilamentbehandlingsteknologien, som spillede en afgørende rolle i produktionen og promoveringen af glødepærer. Dens grundlæggende principper bruges stadig i dag.
Det meste af produktionen af wolframtråd bruger ammoniumparawolframat (APT) som råmateriale. Den generelle proces er at riste ammoniumparawolframat til wolframtrioxid i luft ved omkring 500 grader, eller at reducere det lidt til blåt wolframoxid i brint ved omkring 450 grader. For at lave wolframglødetråd til glødelamper skal en lille mængde kaliumoxid, siliciumoxid og aluminiumoxid blandes med wolframtrioxid eller blåt wolframoxid. Det samlede beløb af de tre overstiger ikke 1%. Dette er wolframen opfundet af Baz i 1922. Silkedopingproces. Det doterede wolframoxid reduceres til metallisk wolframpulver med brintgas. Reduktionsprocessen udføres generelt i to trin: det første trin reduceres til wolframdioxid (brunt wolframoxid) ved omkring 630 grader, og det andet trin reduceres til metallisk wolframpulver ved omkring 820 grader. Formålet med totrinsreduktionen er at tillade det inkorporerede kalium fuldt ud at udøve sin virkning og at kontrollere pulverpartikelstørrelsen. Det på denne måde opnåede doterede wolframpulver presses derefter til aflange firkantede stænger i en speciel form. Den firkantede stang tilføres brint og sintres ved hjælp af selvmodstandsdygtig opvarmning (temperaturen når omkring 3000 grader). Efter sintring kan tætheden af wolframstangen nå mere end 85% af den teoretiske værdi. Denne form for wolframstrimler kan forarbejdes til wolframstænger med en diameter på omkring 3 mm ved rotationssmedning og derefter viderebearbejdes til wolframtråde af forskellige tykkelser ved dysetrækning. For eksempel er diameteren af wolframglødetråden, der anvendes i en 220V, 15W glødelampe, omkring 15µm, mens diameteren af wolframglødetråden, der anvendes i en 10000W bromwolframlampe, er omkring 1,25 mm. Tyndere wolframtråde, såsom 220V, 10W glødelampewolframtråde med en diameter på ca. 12µm, skal fremstilles ved elektrolytisk korrosion.
Når diameteren af wolframtråden når mikronniveauet, er det vanskeligt at måle dens diameter nøjagtigt ved hjælp af konventionelle kalibere. Derfor, internationalt set, er vægten af wolframtråden med en diameter på mindre end {{0}},2 mm normalt udtrykt ved vægten af trådsegmentet skåret i en længde på 200 mm. For eksempel kan diameteren af den ovennævnte 15W glødelampe wolframtråd udtrykkes med 0,679 mg/200 mm.
Brugsydelse
① Ydeevne ved høj temperatur. Arbejdstemperaturen for wolframglødetråd, der bruges i glødelamper, er ofte mellem 2300 og 2800 grader. Generelt gælder det, at jo større effekt pæren har, desto højere er arbejdstemperaturen for glødetråden. Det kan ses, at arbejdstemperaturen for filamentet langt overstiger rekrystallisationstemperaturen for wolframfilamentet. På dette tidspunkt, under påvirkning af sin egen vægt, vil filamentsegmentet mellem de to kroge hænge ned. I alvorlige tilfælde kan glødetråden hænge, indtil den kolliderer med pærens glasskal. For doterede wolframtråde, der blandes med en lille mængde kalium-, silicium- og aluminiumoxider under pulvermetallurgiprocessen af wolfram, selvom indholdet af silicium og aluminium i den endelige færdige tråd kun er nogle få ppm, er indholdet af kalium er kun titusindvis af dele pr. million, men faldet af filamentet lavet af denne dopede wolframfilament kan forbedres betydeligt. Årsagen er, at der er stor forskel på den omkrystalliserede krystalstruktur af doteret wolframtråd og udopet wolframtråd. Den omkrystalliserede krystal af udopet wolframtråd er grundlæggende en ligeakset krystal, mens den omkrystalliserede krystalstruktur af doteret wolframtråd er en lang strimmel af grove korn, der overlapper hinanden. Fra perspektivet af højtemperaturkrybeteori af metalmaterialer kan den omkrystalliserede krystalstruktur af denne tykke og lange overlapningsstruktur i høj grad forbedre dens evne til at modstå nedbøjning ved høje temperaturer. Ifølge en række transmissionselektronmikroskopi og Auger energispektrometer forskning og analyse udført i 1970'erne, blev det vist, at dannelsen af den omkrystalliserede krystalstruktur af den tykke og lange overlapningsstruktur unik for den doterede wolframtråd er tæt forbundet med indholdet af den dopede wolframtråd. Kalium er nært beslægtet. De spormængder af kalium, der er tilbage i de doterede wolframstrimler, danner kaliumboblerækker parallelt med trådaksen under bearbejdningen, hvilket hindrer kornenes laterale vækst under omkrystallisationsprocessen og danner således en tyk og lang overlapningsstruktur.
Nedbøjningen af glødelampetråde er ikke kun relateret til indholdet af tilsatte elementer og procesteknologi i den doterede wolframglødetråd, men også til procesteknologien under glødetrådsproduktionsprocessen. Wolframtråden bevarer en stor mængde indre spænding, når den trækkes ind i en færdig filament, og når den vikles ind i en filament, genereres nye indre spændinger af ujævn deformation på tværsnittet af wolframtråden. Disse indre spændinger skal elimineres fuldstændigt, før glødetråden installeres i pæren. Ellers vil glødetråden vrides, deformeres og synke, når pæren begynder at antænde. Nedbøjning af glødetråden vil alvorligt reducere pærens lyseffektivitet.
② Rumtemperaturydelse. Rumtemperaturydelsen af wolframtråd afspejles i trådviklingens ydeevne. På grund af det lange bearbejdningsflow af wolframtråd, hvis processtyringen ikke er god, er det let for wolframtråden at producere mange små revner eller blive lokalt skør, så den er let at knække under opvikling. Bruddet af viklingstråden forårsaget af revner vises i form af knurhår, mens bruddet forårsaget af trådens skørhed fremstår i form af krystalplaner.
③ Konsistens af tråddiameter. Den dårlige konsistens af wolframtrådsdiameter er en vigtig årsag til den overdrevne afvigelse af fotoelektriske parametre for glødepærer, og nogle vil også påvirke pærens levetid.
Udviklingshistorie
Udviklingen af wolframfilamentindustrien har været tæt knyttet til pæreindustrien fra begyndelsen. Efter næsten 30 års forskning lavede den britiske elektriske ingeniør Joseph Swan en vakuumpære, der bruger kultråde til at aktivere og udsende lys i december 1878. Denne slags pære har dog alvorlige mangler, primært dens korte levetid. I oktober 1879 producerede Edison med succes en glødepære med kulfiber som glødetråd. Næsten 20 år senere (1897) blev kultråd erstattet af osmiumtråd og tantaltråd. På grund af de lavere smeltepunkter for Os og Ta var driftstemperaturen og lyseffektiviteten imidlertid lav.
I 1879 eksperimenterede Edison med kulfilament og brugte det i hundredvis af timer. Selvom "carbon" har et meget højt smeltepunkt (3550 grader), har det en lav "sublimations" temperatur. Det sublimerer direkte fra fast til gasformig tilstand ved lave temperaturer, så det er let at forbruge og har en kort levetid. Og det skal være fuldstændig isoleret fra luften (det vil brænde i luften). På nuværende tidspunkt bruges næsten alle wolframtråde med et smeltepunkt på (3410 grader). Fordelen er, at dens "sublimations"-hastighed er lavere, når den er lavere end smeltepunktet. Derfor kan det opvarmes til en højere temperatur end "kulfilament". Tungsten filament vil også brænde i luften, så pæren skal evakueres.
For at undgå sublimering af glødetråden sprøjtes inerte gasser ind i pæren. Disse gasser er hovedsageligt argon og indeholder ikke ilt. De delvist fordampede wolframatomer kan vende tilbage til filamentet gennem kollision. Selvom inert gas øger glødetrådens levetid, gør det det til en pris. Tilstedeværelsen af inert gas i den originale vakuumpære øger varmeledning og konvektion, fjerner energi og dermed sænker ligevægtstemperaturen. Den sublimerede wolframgas danner svage partikler i den inerte gas og danner også sorte pletter på pærens indre overflade gennem konvektion.
I 1903, baseret på patenterne fra A. Just og F. Hannaman, producerede Ungarn wolframfilamenter for første gang. Den opvarmer kulstoftråden i wolframoxyhalogeniddampen indeholdende frit brint til en høj temperatur gennem elektrisk strøm, så kulstoffet erstattes fuldstændigt af wolfram. Den på denne måde fremstillede glødetråd indeholder mere eller mindre kulstof, som ikke kun er ret skørt, men også bliver stadig tættere, når pæren er i brug, så glødetrådens elektriske parametre vil ændre sig.
I 1904 genkendte Jester og Hannamen kulstofs virkning på skørhed, blandede et kulfrit bindemiddel med en wolframforbindelse, ekstruderede det til filamenter og opvarmede det derefter i brint for at reducere det til metal. Wolframtråden fremstillet ved denne metode er meget skør, men fordi dens lyseffektivitet er meget bedre, har den erstattet kultråd, osmiumtråd og tantaltråd til fremstilling af pærer.
Ingen af de ovennævnte metoder kan forberede fin wolframtråd. For at løse dette problem blev en wolframlegering med lavt nikkelindhold udviklet i 1907. Den blev fremstillet ved mekanisk bearbejdning, men dens alvorlige skørhed forhindrede dens anvendelse. Det var først i 1909, at WD Coolidge fra General Electric Company i USA producerede wolfram-bars gennem pulvermetallurgi, og derefter brugte mekanisk bearbejdning til at fremstille wolframtråde, der var formbare ved stuetemperatur, og dermed lagde grundlaget for wolframtrådsindustrien. Fonden lagde også grundlaget for pulvermetallurgi.
Imidlertid udviser dette "duktile" wolframglødetråd betydelig skørhed, efter at pæren er antændt. I 1913 opfandt Pintsch thoriated wolframfilament (ThO2-indhold på 1% til 2%), hvilket i høj grad reducerede sprødheden af glødende filamenter. Til at begynde med var nedbøjningen af glødetråden (se anti-sag ydeevnen af wolframfilament) ikke et problem, fordi glødetråden på dette tidspunkt var en lige filament, men efter 1913 ændrede Langmuir den lige filament til en spiralfilament, så at når pæren Under brug får den høje driftstemperatur og egenvægt glødetråden til at synke, hvilket gør det svært for både ren wolfram og thoriated wolfram at opfylde brugskravene.
For at løse problemerne med tungstentrådssænkning og kort levetid opfandt A. Pacz i 1917 en wolframtråd, der "ikke deformeres" under høje temperaturer. Først brugte han en ildfast digel til at stege WO3, når han tilberedte ren wolfram. Han opdagede ved et uheld, at wolframtrådspiralen lavet af wolframpulver opnået ved at reducere WO3 på mystisk vis ikke længere synker efter omkrystallisation. Efterfølgende, efter 218 gentagne eksperimentelle verifikationer, opdagede han endelig, at wolframtråden fremstillet ved at tilsætte kalium og natriumsilikater til wolframsyre (WO3·H2O), reduktion, presning, sintring, forarbejdning osv., dannede en betydelig mængde wolframtråd efter omkrystallisation. Den grove kornstruktur er hverken blød eller hængende. Dette er den tidligste ikke-sag wolframtråd. Perths opdagelse lagde grundlaget for produktionen af ikke-sag wolframtråd. Den dag i dag kalder USA stadig ikke-sag wolframtråd for "218 wolframtråd" for at fejre denne vigtige opdagelse af Perth.
De tidligste producerede ikke-sag wolframfilamenter var dog mere skøre end thoriated wolframfilamenter, så nogle pæreproducenter insisterede på at bruge thoriated wolframfilamenter som filamenter. Men med den kontinuerlige udvikling og forbedring af produktionsprocessen for ikke-sag wolframfilament indså folk gradvist, at tilsætning af forbindelser af K, Si og Al til wolframoxid på samme tid kan få wolframfilamentet til at have en god anti-sag ydeevne ved høje temperaturer, og på samme tid, efter gentagen Efter krystallisation, har den tilfredsstillende stuetemperatur duktilitet. Dette er, hvad folk ofte kalder "AKS wolframtråd", det vil sige "ikke-sag wolframtråd" eller "dopet wolframtråd". T. Millner kaldte denne forbedrede ikke-sag effekt i 1931 "GK effekt".
