Lampu halogen, seperti lampu pijar, harus memiliki struktur kedap udara untuk mencegah gas yang tersegel bocor ke luar. Pada lampu halogen, suhu bohlam harus 250°C atau lebih tinggi sebagai syarat terjadinya siklus halogen, sehingga kaca dengan ketahanan panas yang tinggi seperti kaca kuarsa digunakan untuk bohlam. Kaca kuarsa memiliki koefisien muai panas yang lebih dari 10 kali lebih kecil daripada kaca soda yang digunakan pada bola lampu pada umumnya. Kaca silika menggunakan kawat timah yang terbuat dari paduan besi dan nikel yang disebut kawat Dumet, dan karena koefisien muai panasnya relatif dekat, kaca ini dapat disegel apa adanya. Karena kaca kuarsa digunakan dalam lampu halogen, agar sesuai dengan koefisien pemuaian termal, kawat timah lurus tidak disegel dengan kaca, tetapi foil logam molibdenum ultra tipis dengan ketebalan 20 hingga 30 μm (0,02 mm hingga 0,03 mm). digunakan. Jika molybdenum foil lebih tebal dari ini, retakan akan terjadi pada kaca kuarsa karena perbedaan koefisien muai panas, sehingga tidak mungkin mempertahankan kedap udara. Menjadi.
Kawat timah terbuat dari molibdenum atau tungsten.
Seperti molibdenum foil di bagian penyegelan, kawat timah ini tidak memiliki koefisien muai panas yang sama dengan kaca kuarsa, sehingga disegel rapat, tetapi tidak dipatuhi dengan ketat. Hanya bagian foil molibdenum yang bersentuhan erat dengan kaca kuarsa, dan ini menjaga struktur kedap udara. Kabel timah yang keluar dari bagian bohlam yang disegel selalu terpapar ke udara luar dan berada dalam atmosfer bersuhu tinggi saat dinyalakan. di atmosfer bersuhu tinggi. Kawat timah secara bertahap teroksidasi dan akhirnya berkembang menjadi foil molibdenum segel. Saat oksidasi berlangsung, kenaikan suhu dan tekanan termal karena nilai resistansi yang meningkat akan merusak bagian penyegelan.
Salah satu cara untuk mencegah kerusakan ini adalah dengan merawat molibdenum foil itu sendiri untuk mencegah oksidasi. Yang pertama adalah metode menanamkan zat yang terdiri dari kromium, aluminium, silikon, titanium, tantalum, paladium, dll. Dengan implantasi ion ke dalam foil molibdenum itu sendiri atau konduktor luar itu sendiri. Metode kedua adalah melapisi permukaan molibdenum foil dengan film tahan oksidasi yang terbuat dari silikon oksida.
Molybdenum foil teroksidasi dalam atmosfer bersuhu tinggi, dan mulai teroksidasi secara bertahap pada suhu di atas 200°C di udara. Sebagai tindakan anti-oksidasi, pendinginan paksa bagian penyegelan dengan udara terkompresi atau memasang heat sink untuk menghilangkan panas dari bagian penyegelan adalah efektif.
Di perusahaan kami, kami mengisi dasar aluminium dari pemanas titik halogen dengan bubuk oksida logam, yang memiliki konduktivitas termal yang baik, untuk mempercepat pembuangan panas dari heat sink.
Karena siklus halogen, bola lampu halogen harus terbuat dari kaca tahan panas dengan suhu 250°C atau lebih tinggi saat dinyalakan. Selain itu, gas lembam dan gas halogen di dalam bohlam disegel pada tekanan tinggi 1×10^5~4×10^5Pa, dan tekanan selama penerangan mencapai 1,3 hingga 7,0 kali ini. Kaca kuarsa digunakan untuk alasan ini. Kaca silika adalah bahan dengan koefisien muai panas yang sangat rendah, sehingga meskipun ada perbedaan suhu pada permukaan kaca, tekanan panasnya kecil, dan dapat mengatasi perubahan suhu yang tiba-tiba. Kaca kuarsa adalah zat dengan kemurnian tinggi, tetapi mengandung sedikit pengotor. Pencucian pengotor ini terkait erat dengan suhu, dan dalam kasus kaca kuarsa, pencucian pengotor dan penetrasi gas yang terisi dimulai sekitar 800°C. Alasan mengapa suhu bola lampu halogen harus dijaga di bawah 800°C, sebaiknya di bawah 700°C, adalah hubungan antara pengotor dan suhu. Jika keseimbangan gas di dalam lampu halogen berubah, hal itu akan menyebabkan menghitam dan memperpendek umur lampu.
Di antara kotoran ini, sejumlah kecil air tercampur. Gelas adalah bahan tahan air dan Anda tidak dapat melihat air di dalam gelas dan biasanya tidak menjadi masalah. Air ini ada sebagai gugus hidroksil (gugus hidroksil) pada suhu tinggi. Ketika suhu naik di atas 600°C, gugus hidroksil larut ke dalam lampu, dan bahkan sejumlah kecil air menyebabkan siklus air, mempercepat konsumsi tungsten. Dalam “siklus air”, uap air terurai pada permukaan tungsten suhu tinggi menjadi tungsten oksida dan atom hidrogen. Tungsten oksida menguap dan menempel pada dinding kaca, dan atom hidrogen menghilangkan oksida oksigen ini dan kembali menjadi uap air. Dapat dipahami bahwa penguapan tungsten yang berulang ini mempercepat konsumsinya.
Pada saat ini, siklus halogen juga terjadi pada waktu yang sama pada lampu halogen. Redeposisi filamen tungsten karena siklus halogen dan penguapan filamen tungsten karena siklus air menyebabkan permukaan filamen tungsten menjadi tidak rata dalam waktu singkat, mengakibatkan pemutusan. Karena itu, sebaiknya gunakan kaca kuarsa dengan kadar air rendah. Selain itu, sangat ideal untuk menggunakan proses pembuatan yang mencegah masuknya air (oksigen) selama proses pemrosesan menjadi lampu halogen. Jika tercampur, dapat dihilangkan dengan perlakuan panas pada suhu 800 derajat atau lebih, atau dengan memasukkan pengambil oksigen ke dalam lampu untuk menyerapnya.
Perawatan pembersihan permukaan kaca kuarsa
Jika permukaan kaca kuarsa dipanaskan bahkan dengan sedikit kotoran yang menempel, kotoran akan meresap ke dalam kaca, menyebabkan penurunan kekuatan, penghambatan siklus halogen, dan devitrifikasi di mana transparansi kaca hilang.
Oleh karena itu, perlu dilakukan proses pembersihan. . Larutkan permukaan kaca kuarsa dengan asam fluorida untuk menghilangkan kotoran. Benamkan dalam 5% sampai 10% asam hidrofluorik selama beberapa menit, dan bilas asam hidrofluorat secara menyeluruh dengan air murni. Asam fluorida adalah bahan kimia yang sangat berbahaya bagi tubuh manusia, sehingga amonium fluorida, yang kurang berbahaya, sering digunakan.
Untuk meminimalkan terjadinya devitrifikasi, jangan memegang kaca kuarsa dengan tangan kosong.
Tentang pemrosesan kaca kuarsa
Kaca kuarsa diproses dengan memanaskannya pada suhu tinggi (sekitar 2000°C) dengan kompor gas, dll., dan menekannya dengan batang karbon atau logam untuk merusaknya, atau dengan menekannya dengan cetakan logam.
Pembakar gas yang ideal adalah nyala oksi-hidrogen. Dalam pembakar gas, oksigen dan hidrogen sudah dicampur sebelumnya, dan kemudian dihembuskan dari nosel dengan kecepatan tinggi untuk membakarnya. , Ada “kompor gas campuran canggih” yang terbakar. Yang terakhir memiliki kecepatan nyala yang lebih kecil dan cocok untuk memproses area kuarsa yang luas.
Jenis pencampuran akar mencegah pembakaran masuk ke nosel dengan menciptakan aliran berkecepatan tinggi di dalam nosel, jadi pada dasarnya nyala api juga menjadi aliran berkecepatan tinggi. Format pembakar gas ini cocok untuk memanaskan area kecil.
Jika kecepatan aliran nosel pembakar gas tipe pencampuran akar ini berkurang, pembakaran akan masuk ke nosel (fenomena kilas balik), dan gas campuran oksigen-hidrogen di dalam pembakar gas akan meledak dan terbakar sekaligus, menghasilkan suara ledakan yang keras. . Jika dibiarkan dalam keadaan ini, pembakaran dapat berlanjut di dalam mixer gas, dan sekitar mixer akan terbakar.
Api campuran gas metana atau gas propana dan oksigen terkadang digunakan dalam pemrosesan kuarsa karena alasan ekonomis. Dalam hal ini, gas bahan bakar ini tidak bercampur dengan oksigen secepat hidrogen dan memiliki suhu pembakaran yang lebih rendah. Oleh karena itu, kebanyakan dari mereka adalah “pembakar gas tipe pencampuran akar”.
Pembakar gas dengan beberapa lubang nosel digunakan untuk memanaskan area yang luas. Titik pemanasan cukup dekat dengan nosel, dan kecepatan aliran nyala cepat, sehingga cenderung mendorong dan merusak kaca yang dipanaskan dan dilunakkan. Jika Anda menghentikan gas secara tiba-tiba dari kompor gas ini, kecepatan aliran nozzle akan berkurang dan akan terjadi back fire sehingga menimbulkan suara ledakan.
Untuk menghindarinya, Anda dapat menghentikan oksigen secara perlahan terlebih dahulu lalu menghentikan bahan bakar gas, atau menghentikan bahan bakar gas terlebih dahulu dan mengeluarkannya. Either way, kecepatan aliran akan turun, sehingga kilas balik akan mudah terjadi, dan operasi mematikan cepat tidak akan mungkin dilakukan. Untuk melakukan operasi pemutusan cepat, hentikan gas pembakaran dan tiupkan udara ke dalam mixer pada saat yang sama untuk meniup tanpa mengurangi kecepatan aliran nosel.
Pembakar gas ini juga membutuhkan perhatian pada penyalaannya. Adalah normal untuk memadamkan gas bahan bakar terlebih dahulu untuk menyalakan api dan kemudian memadamkan oksigen, tetapi tidak mungkin untuk menyala dengan cepat. Penyalaan yang sering dapat ditangani dengan penyalaan dengan pembakar pengapian khusus (nyala hidrogen) dengan secara bersamaan memancarkan gas bahan bakar dan oksigen pada laju aliran yang telah ditetapkan.
Saat kaca menjadi panas dan cukup lunak, dapat diproses. Kaca kuarsa dapat menempel pada logam selama pengepresan bekerja dengan cetakan logam. Karbon efektif sebagai bahan pelepas untuk mencegah hal ini. Ketika karbon bersentuhan dengan kuarsa suhu tinggi, itu menguranginya untuk menghasilkan COx dan sangat demoulds. Sebagai metode pengisian karbon, minyak umumnya digunakan.
Saat kuarsa dipanaskan hingga suhu tinggi dan melunak, silika melekat pada area sekitarnya dan menjadi putih keruh. Ini karena kuarsa menguap akibat pemanasan dan melekat pada bagian bersuhu rendah. Untuk mencegah hal ini sebisa mungkin, ada metode pengaplikasian udara atau kompor gas ke bagian yang cenderung menempel silika.
Penguapan kuarsa sangat parah dalam mengurangi nyala api. Hal ini diduga karena kuarsa direduksi menjadi SiO2, sehingga lebih mudah menguap. Oleh karena itu, silika akan lebih kecil kemungkinannya untuk menempel jika nyala pemrosesan diatur ke nyala oksigen berlebih. Namun, jenis nyala api ini memiliki daya pemanasan yang lebih lemah dibandingkan dengan kecepatan aliran, dan karena tidak memiliki aksi pereduksi, molibdenum foil cenderung teroksidasi dan pecah selama pekerjaan penyegelan.
Silika yang menempel harus dibakar dengan api oksigen berlebih atau dihilangkan dengan asam fluorida. Namun, itu tidak dapat digunakan sebagai lampu setelah penyegelan.
Pengepresan harus dilakukan dalam waktu sesingkat mungkin. Saat ditekan dalam waktu lama, suhu kuarsa turun dengan cepat, meninggalkan retakan dan distorsi yang kuat.
Penghapusan distorsi setelah pemrosesan kaca kuarsa
Saat kaca kuarsa diproses, distorsi terjadi karena distribusi suhu selama pemrosesan. Regangan adalah keadaan di mana gaya tekan atau gaya tarik tetap ada di antara molekul-molekul di dalam kuarsa. Distorsi dapat dikonfirmasi secara visual dengan “pengukur distorsi” yang menggunakan cahaya terpolarisasi.
Karena regangan sisa ini mengurangi kekuatan kaca kuarsa, ia tidak dapat menahan tekanan internal selama pengoperasian lampu, menyebabkannya pecah atau retak, yang menyebabkan kegagalan awal lampu karena kebocoran gas yang tersegel. Selain itu, saat mengganti lampu, lampu dapat pecah meskipun Anda tidak menggunakan banyak tenaga.
Annealing dilakukan untuk menghilangkan regangan sisa. Regangan sisa dapat sangat dikurangi dengan menahan bagian yang diproses pada suhu di atas titik anil, memanaskannya kembali, dan kemudian mendinginkannya secara perlahan sehingga regangan tidak terjadi lagi. Waktu penahanan dan laju pendinginan yang optimal bergantung pada bentuk material. Pemanasan pada suhu tinggi juga memiliki keuntungan membakar dan membulatkan retakan kecil yang terjadi selama pengepresan agar tidak berbahaya.
Bahkan jika Anda tidak memiliki tungku penghilang distorsi khusus, jika Anda bekerja dengan hati-hati dengan titik-titik ini, distorsi dapat dihilangkan sejauh tidak ada kerusakan yang sebenarnya. Namun, sulit untuk sepenuhnya menghilangkan distorsi sejauh itu tidak dapat dideteksi dengan pengukur regangan.
Lampu halogen menggunakan kaca selain kaca kuarsa
Bohlam kaca kuarsa bukan persyaratan wajib untuk bahan bohlam lampu halogen. Lampu halogen yang menggunakan kaca (kaca aluminosilikat atau kaca borosilikat dengan koefisien pemuaian yang sesuai dengan molibdenum) yang dapat menahan suhu cukup tinggi, meskipun tidak setinggi kaca kuarsa, dan menggunakan metode penyegelan normal yang tidak menggunakan menggagalkan. juga ada. Ini adalah varietas yang diproduksi secara massal dan digunakan sebagai cara untuk menurunkan biaya. Namun, ini tidak dapat diterapkan pada lampu halogen keluaran tinggi dan tidak cocok untuk produksi lot kecil.
Titik leleh tungsten adalah 3422°C, yang merupakan titik leleh tertinggi di antara logam. Dari sudut pandang pemrosesan, ia memiliki suhu transisi ulet-ke-getas yang tinggi dan kerapuhan suhu rendah pada suhu kamar. Ini adalah logam yang sulit untuk diproses karena kekuatan ikatan pada batas butir lemah dan mudah retak dari batas butir.
“Penambahan renium (Re) diketahui dapat meningkatkan keuletan tungsten pada suhu rendah, tetapi merupakan logam yang paling mahal dan tidak praktis.Alternatifnya adalah penyempurnaan struktur butir dengan metalurgi serbuk dan proses pemrosesan termal. Diekstraksi dari tambang dan dijadikan bubuk, tungsten dibentuk oleh metalurgi serbuk. Dalam tungsten yang dipadatkan ini, ukuran dan bentuk bubuk yang disinter (bentuk butiran equiaxial) dihancurkan dan diregangkan dengan pengerjaan plastik seperti penggulungan dan penarikan kawat, menghasilkan sejumlah besar dislokasi dan mengurangi ukuran butiran kristal. dan bentuk butirannya juga memanjang ke arah tertentu.Akibatnya, menjadi mungkin untuk menurunkan suhu transisi ulet-getas hingga mendekati suhu kamar dengan mempromosikan penyempurnaan struktur butiran termal. Pengerjaan plastik dikategorikan menurut suhu selama pemrosesan. Jika suhunya mendekati suhu kamar, itu adalah “pengerjaan dingin”, jika lebih dari setengah titik leleh, itu adalah “pengerjaan panas”, dan jika kurang dari setengahnya, itu adalah “pengerjaan hangat”.Dalam pengerjaan panas, sulit untuk memproses produk tipis dan tipis secara seragam karena penurunan suhu selama pemrosesan, sehingga filamen diproduksi dengan pengerjaan dingin. Anil penghilang stres diperlukan karena regangan tetap berada dalam struktur selama pengerjaan dingin. Pengerjaan dingin menghasilkan banyak regangan elastis, sehingga rekristalisasi kemungkinan besar terjadi, dan bahkan paparan sementara terhadap suhu tinggi akan menyebabkan rekristalisasi, mempercepat penggetasan antar butir di wilayah suhu rendah. Rekristalisasi menyebabkan kendur karena deformasi mulur filamen. ”
Tentang rekristalisasi
Rekristalisasi mengacu pada pembentukan dan pertumbuhan butiran kristal baru, yang sama sekali berbeda dari butiran kristal yang dihasilkan oleh pemrosesan, dan yang tidak mengandung cacat seperti dislokasi, untuk membentuk struktur butiran kristal yang sama sekali berbeda dari struktur yang diproses. Disebut.
Rekristalisasi adalah proses terpisah dari pemulihan, di mana butir baru dihasilkan dikelilingi oleh batas butir sudut tinggi yang tidak mengandung cacat seperti dinding sel atau dislokasi, dan butir ini tumbuh dengan memakan butir yang berdekatan. Melakukan. Saat butir kristal tumbuh dan batas butir bergerak, cacat seperti dinding sel dan dislokasi pada butir kristal yang ada menghilang.
Dipercayai bahwa kristal baru ini berasal dari tempat di mana regangan elastis terkonsentrasi pada struktur butir yang ada (intragranula atau batas butir). Inti rekristalisasi lebih mungkin terjadi pada material pengerjaan dingin dengan tingkat kerja tinggi, yang menghasilkan banyak regangan elastis, dan rekristalisasi dimulai pada 900 hingga 1000°C. Semakin banyak inti rekristalisasi yang dihasilkan, semakin banyak butir rekristalisasi setelah tumbuh, sehingga ukuran butir rekristalisasi cenderung semakin kecil. Oleh karena itu, jika ketangguhan pada suhu rendah ditingkatkan dengan memurnikan butiran kristal dengan pengerjaan dingin, rekristalisasi kemungkinan akan terjadi, bahkan jika terkena suhu tinggi untuk sementara, rekristalisasi terjadi dan penggetasan batas butir dipromosikan di daerah suhu rendah. Perlu dicatat bahwa kumparan filamen yang terbuat dari kawat tungsten murni berubah bentuk (deformasi mulur) karena sedikit gaya eksternal seperti beratnya sendiri karena fenomena geser pada batas butir yang memanjang ke arah radial filamen bila digunakan pada ketinggian suhu. Filamen yang cacat menyebabkan panas berlebih lokal dan rentan terhadap pemutusan.
Tentang doping tungsten
Sebagai penanggulangan, ada metode doping kalium di mana kalium (K), silikon (Si), dan aluminium (Al) ditambahkan selama metalurgi serbuk. Selama perlakuan panas, silikon dan aluminium menguap, dan kalium menguap menjadi tungsten, menciptakan gelembung Gelembung ini mengarah pada stabilisasi struktur mikro dan mempersulit terjadinya rekristalisasi. Filamen yang digunakan dalam lampu halogen adalah tungsten yang diolah ini.
Sifatnya juga berubah tergantung pada jumlah kalium yang ditambahkan. Jika jumlahnya besar, suhu rekristalisasi naik, tetapi keuletan pada suhu rendah memburuk dan pemrosesan menjadi sulit. Dengan cara ini, kualitas dan kuantitas penting untuk menstabilkan kinerja dan kualitas. “Namun, setelah jangka waktu yang lama, gelembung-gelembung akibat doping ini berangsur-angsur berkumpul dan membentuk gelembung-gelembung besar di dalam filamen. Ini adalah faktor yang membatasi masa pakai lampu, tetapi tekanan tinggi dari gas yang diisikan ke dalam lampu halogen menekan pertumbuhan dan perluasan gelembung ini (lubang doping). Dalam hal ini juga, gas tersegel bertekanan tinggi diyakini berkontribusi pada umur lampu yang panjang. Selain itu, pengotor dalam gelembung ini pada akhirnya akan meletus ke dalam gas yang terisi di dalam lampu, menyebabkan keseimbangan halogen dari gas yang terisi tersebut terganggu dan kemungkinan menyebabkan menghitam. , yang menghambat siklus halogen). Inilah salah satu penyebab menghitam yang terjadi beberapa ratus jam setelah dimulainya penerangan.
Perawatan permukaan kumparan tungsten
Kumparan filamen dapat digunakan apa adanya tanpa perawatan permukaan apa pun, tetapi dibersihkan sebelum dipasang ke lampu untuk menghilangkan kotoran dan mencegah oksidasi. Akhirnya, perlakuan panas atmosfer dilakukan dengan menggunakan hidrogen.
Perawatan pembersihan umumnya dilakukan dengan merebus kumparan tungsten dalam larutan natrium hidroksida (NaOH) 10% selama sekitar 10 menit. Jika pengetsaan permukaan diperlukan, perlakuan asam hidrofluorat (HF) 5% dilakukan, dan permukaannya dikorosi dengan larutan encer kalium ferrisanida alkali. Terakhir, bilas hingga bersih dengan air bersih.
Setelah itu, penyangga (jangkar atau penyangga) dipasang ke filamen koil, dan molibdenum foil serta batang timah eksternal dilas. Setelah itu, permukaan dapat diolah lagi dengan larutan natrium hidroksida (NaOH) berair.
Akhirnya, perlakuan panas atmosfer dilakukan dengan menggunakan hidrogen. Hidrogen memiliki metode pembakaran menggunakan hidrogen kering dan hidrogen basah.
Filamen menggunakan tungsten, yang memiliki titik leleh tertinggi di antara logam. Untuk menekan kehilangan panas karena gas halogen tertutup, filamen melingkar digunakan sebagai pengganti garis lurus. Karena filamen ditempatkan dalam bola lampu yang diisi dengan gas lembam, filamen tersebut ditutupi dengan gas lembam dan mengalami kehilangan panas (penurunan suhu pada filamen). Kehilangan panas memengaruhi panjang filamen, jadi gulung dan sesuaikan panjangnya untuk mengurangi kehilangan panas. Filamen lurus akan membengkok karena pemuaian termal ketika dihidupkan, tetapi dengan membuatnya menjadi kumparan, ia akan fleksibel meskipun mengembang ketika dihidupkan, sehingga akan kembali ke bentuk kumparan setelah dimatikan dan dapat mempertahankan bentuknya.
Selanjutnya, ketika filamen digulung, rongga terbentuk di dalam kumparan, dan cahaya yang dipancarkan dari celah di antara kumparan mendekati radiasi benda hitam.
Karakteristik radiasi (emisivitas spektral) tungsten relatif tinggi di wilayah cahaya tampak, dan emisivitasnya cenderung menurun secara bertahap dengan meningkatnya panjang gelombang. Oleh karena itu, pada suhu yang sama, efisiensi cahaya jauh lebih tinggi daripada benda hitam. Inilah salah satu alasan mengapa tungsten cocok sebagai bahan filamen untuk penerangan. Bahkan pada suhu yang sama, filamen karbon dekat dengan benda hitam, sehingga efisiensi cahayanya jauh lebih rendah.
Resistivitas listrik tungsten relatif besar.
Pada suhu filamen ketika lampu menyala (2500 hingga 3200K), menunjukkan tingkat resistansi yang relatif tinggi, tetapi pada suhu kamar menjadi lebih rendah dari 1/10 resistansi. Dengan kata lain, saat lampu menyala, terjadi aliran arus serbu besar secara instan.
Arus serbu ini akan segera meningkatkan suhu filamen, dan memungkinkan lampu menyala secara instan. Namun, arus serbu ini terkait erat dengan umur pakai lampu. Ketika pemanas menyala, diperlukan peningkatan bertahap pada tegangan catu daya sebisa mungkin.
Tentang metode pembuatan kumparan filamen tunggal
Kawat tungsten dililitkan di sekitar mandrel. Dalam kebanyakan kasus, setelah melilitkan mandrel, mandrel akan muncul kembali dan mandrel dapat dilepas.
Jika diameter kawat tungsten adalah d dan diameter lilitan adalah MD, maka MD/d≒3 sesuai. Ketika MD/d<2, mudah berubah bentuk oleh ekspansi termal, dan ketika MD/d>8, kekuatannya menjadi lemah. Juga, jika pitch belitan kumparan adalah P, P/d≒1.5 sesuai. Pada P/d < 1.2, ada bahaya korslet antar nada. Jika P/d > 1,8, kehilangan panasnya besar dan tidak menguntungkan dalam hal efisiensi cahaya.
Untuk stabilitas dimensi, jika perlakuan panas diterapkan saat menempel pada mandrel, kawat inti tidak dapat ditarik keluar. Dalam hal ini, kawat inti dilarutkan dengan asam dan dihilangkan. Namun, metode ini memerlukan peralatan dan biaya untuk membuang gas dan larutan yang dihasilkan selama pembubaran.
Jika filamen koil yang dibuat dengan cara ini memiliki desain yang kuat, ia dapat dibuat menjadi lampu apa adanya, tetapi dalam banyak kasus, ia akan berubah bentuk setelah dibuat menjadi lampu kecuali distorsi dihilangkan dengan perlakuan panas. Selanjutnya, kumparan dengan kekuatan yang lebih lemah dimasukkan ke dalam lampu setelah melalui proses penyelesaian rekristalisasi sekunder.
Tentang metode pembuatan filamen koil ganda
Metode umum pembuatan filamen koil ganda adalah melilitkan kawat tungsten di sekitar kawat inti molibdenum pada jarak tertentu untuk belitan primer. Setelah itu, perlakuan panas dilakukan satu kali (dalam tungku atmosfer hidrogen pada suhu 1000°C hingga 1600°C). Ini akan mencegah springback bahkan jika Anda memotong gulungan terus menerus menjadi lebih pendek.
Selanjutnya, buat belitan kedua. Setelah melilitkannya di sekitar batang inti pada nada yang ditentukan, tarik keluar.
Selanjutnya, setelah membentuk ujung menjadi bentuk yang berubah-ubah, ujungnya diberi perlakuan panas pada 1600°C hingga 1900°C (pemanasan dalam tungku atmosfer hidrogen, pemanasan dengan arus searah, dll.). Setelah itu, kawat inti molibdenum dilarutkan dan dihilangkan dengan campuran asam (2 bagian air: 2 bagian asam nitrat: 1 bagian asam sulfat) untuk menghasilkan filamen koil ganda.
Dalam metode ini, sejumlah besar NOx, larutan asam residu, garam molibdenum, dll. Dihasilkan dalam penghilangan kawat inti molibdenum, sehingga fasilitas penghilangan dan detoksifikasi mahal. Juga, karena molibdenum digunakan untuk kawat inti belitan primer, perlakuan panas suhu yang terlalu tinggi menyebabkan molibdenum menyusup ke dalam tungsten dan berdampak buruk pada lampu halogen.
Oleh karena itu, perlakuan panas maksimum sekitar 1900°C, dan rekristalisasi sekunder tungsten tidak dapat diselesaikan sepenuhnya. Jika ini dibiarkan apa adanya, rekristalisasi sekunder akan terjadi saat lampu dinyalakan, dan filamen dapat berubah bentuk.
Sebagai metode pembuatan kumparan ganda yang tidak memiliki kelemahan rekristalisasi sekunder tungsten yang tidak mencukupi, kumparan kumparan primer (dengan kawat inti dilepas) dibentuk menjadi kumparan ganda dengan beberapa metode dan diberi perlakuan panas pada suhu 2200°C. Ada cara untuk membuat filamen melingkar ganda.
Sebagai metode pembentukan bentuk gulungan ganda ini, batang tungsten yang sedikit lebih tipis dari kawat inti primer dibentuk menjadi bentuk gulungan sekunder (mandrel berbentuk gulungan), dan gulungan satu putaran dimasukkan ke dalamnya untuk membentuk bentuk gulungan ganda. . Ini adalah metode pengerasan dengan perlakuan panas. Setelah perlakuan panas, batang inti tungsten yang digulung ditarik keluar dan digunakan kembali.
Namun, metode ini tidak serbaguna, dan sulit untuk dimekanisasi sebagai metode produksi massal, dan ada kumparan ganda yang sulit dibuat.
Lampu halogen adalah bola lampu pijar di mana gas inert dan sejumlah kecil gas halogen disegel di dalam lampu.
Gas inert
Gas inert meliputi helium (He 4,00g/mol), neon (Ne 20,18g/mol), (nitrogen (N2 28,02/mol)), argon (Ar 39,95g/mol), (karbon dioksida (CO2 44,01g/mol) mol)), kripton (Kr 83,80/mol), xenon (Xe 131,29g/mol) dan radon (Rn 222.000/mol).
Helium, neon, argon, kripton, xenon, dan radon disebut juga gas mulia dan gas langka karena terkandung dalam jumlah yang sangat kecil di udara.
Efek penekan uap tungsten yang digunakan dalam filamen lebih efektif dengan meningkatnya berat atom. Semakin tinggi berat atom, semakin rendah konduktivitas termal dan semakin banyak kehilangan panas filamen dapat ditekan. Efisiensi bercahaya akan meningkat 5-10%.
“Secara teoritis, radon, yang memiliki berat atom tertinggi, adalah yang paling efektif. Namun, radon adalah gas radioaktif berbahaya yang memancarkan sinar alfa dengan waktu paruh pendek, sehingga tidak dapat digunakan. Ketika karbon dioksida mencapai 1000°C atau lebih tinggi, terurai menjadi karbon monoksida dan oksigen. Tidak dapat digunakan karena dekomposisi termal.
Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa xenon paling efektif untuk menguapkan tungsten.Namun, karena xenon dan kripton mahal, mereka tidak banyak digunakan, dan argon, yang lebih murah daripada gas inert lainnya, digunakan Namun, argon saja tidak menyediakan insulasi listrik yang cukup, jadi jika filamen putus selama penerangan, pelepasan busur akan terjadi. Sebagai penanggulangan, sejumlah kecil nitrogen, yang memiliki insulasi listrik tinggi, dicampur. Lampu yang lebih kecil dengan filamen yang lebih pendek memiliki beban listrik yang lebih tinggi, sehingga masa pakainya lebih singkat.
Pengambil
Getter adalah bahan kimia yang digunakan untuk menghilangkan kotoran dari produk yang menggunakan ruang hampa.
Dengan bola lampu pijar, jika sejumlah kecil uap air, oksigen, atau kotoran lainnya tercampur di dalam bola lampu, itu akan menyebabkan siklus air, yang akan mengkonsumsi tungsten dan mempersingkat masa pakai bola lampu, sehingga air perlu dihilangkan. di dalam bohlam. Berbagai getter sedang diteliti dan dikembangkan sebagai penanggulangan. Lampu pijar menggunakan metode menciptakan ruang hampa menggunakan pengambil fosfor selama proses pembuatan. Dalam metode ini, filamen tungsten direndam dalam campuran fosfor dan air, dan setelah lampu habis, listrik dialirkan untuk menghasilkan pelepasan pijar dan menghilangkan sisa gas. Pengambil fosfor digunakan untuk meningkatkan derajat vakum, dan elemen halogen juga diapit sebagai pengambil untuk mencegah penghitaman.
Metode pengurangan kehitaman dengan menggunakan elemen halogen sebagai pengambil telah digunakan sejak lama, dan pada tahun 1892, bola lampu filamen karbon yang mengandung klorin mulai dipasarkan. Pada tahun 1933, sebuah paten diusulkan untuk gagasan enkapsulasi yodium untuk mengubah tungsten yang diuapkan menjadi tungsten iodida untuk mencegahnya menempel pada bola lampu. Dengan cara ini, metode enkapsulasi senyawa halogen dalam bola lampu konvensional efektif dalam mencegah bola lampu menghitam, tetapi bereaksi dengan filamen tungsten di bagian suhu rendah, memperpendek umur bola lampu. Ya. Selain itu, yodium perlu diuapkan dan dimasukkan ke dalam bola lampu selama pembuatan, dan ada kelemahan seperti kisaran sempit di mana siklus halogen bekerja secara stabil, sehingga gas halogen lain juga dipertimbangkan. Pada tahun 1965 T’. Jampens dan van der Weijer dari Philips memperkenalkan bola lampu menggunakan senyawa organik bromin. Senyawa brom (CHBr3, CH2Br2, dll.) memiliki tekanan uap yang tinggi, sehingga dapat terkurung sebagai gas sebagaimana adanya. Belakangan, senyawa klorin juga mulai digunakan dan digunakan dalam lampu paparan mesin fotokopi.
Zirkonia sering digunakan sebagai pengambil bola lampu. Namun, dalam kasus pemanas lampu halogen, ini sulit digunakan, sehingga tantalum (Ta) sering digunakan. Tantalum adalah logam yang lunak, mudah meleleh, mirip dengan timbal, dan menyerap beberapa ratus kali lipat volume hidrogen dalam keadaan panas berwarna merah tua (sekitar 700°C). Aku disini.
Tentu saja, beberapa pemanas lampu di bawah 2200K mengandung halogen. Jika halogen ditambahkan, ia bekerja dengan arah menghambat siklus air, jadi jika ada sedikit sisa kelembaban, pemanas tahan lama dapat dibuat. Ini sering karena halogen lebih murah. Untuk membuat pemanas lampu yang sangat andal dengan masa pakai desain 5000 jam hingga 20000 jam, lebih aman memasukkan pengambil tanpa halogen daripada memasukkan halogen.
Gas halogen
“Ada empat jenis gas halogen: fluorin (F 19,00g/mol), klorin (CL 35,45/mol), brom (Br 79,90g/mol), dan yodium (I 126,90g/mol). Semakin kecil berat atomnya , Yodium yang lebih reaktif adalah yang paling tidak reaktif, karena lebih reaktif.Pada masa awal lampu halogen, yodium diapit sebagai zat halogen. Namun, yodium memiliki kekurangan seperti kebutuhan untuk menguap dan memasukkannya ke dalam bola lampu selama produksi, dan kisaran di mana siklus halogen bekerja secara stabil sempit. digunakan untuk”
“Brom lebih reaktif daripada yodium dan berkontribusi pada efektivitas siklus halogen.
Bahkan dalam kasus di mana siklus halogen yodium tidak dapat mengatasi penguapan dan penghitaman tungsten, siklus halogen sekarang dapat menanganinya, dan jenis lampu halogen dapat diperluas. “””
Ada variabilitas di mana siklus halogen berakhir dengan tungsten kembali ke filamen. Penguapan dipromosikan secara lokal, suhu bagian itu meningkat dengan kecepatan yang dipercepat, dan pemutusan terjadi pada apa yang disebut hot spot.
Bergantung pada jumlah gas halogen, penghitaman dapat terjadi. Diperlukan untuk mengisi gas halogen dalam jumlah minimum yang tidak menyebabkan menghitam. Dengan meminimalkan jumlah gas halogen, siklus halogen dimoderasi sehingga menghasilkan masa pakai dan stabilitas lampu yang lebih lama. Konsentrasi minimum yang dibutuhkan adalah sekitar 0,1% molar menjadi gas inert.
Pemanas lampu dengan suhu warna sekitar 2200K (K → Kelvin: satuan suhu absolut, plus 273 derajat Celcius) atau kurang tidak perlu mengandung halogen. Pada suhu warna seperti itu, penguapan tungsten dapat diabaikan dalam masa pakai pemanas yang ditetapkan (5000 atau 20000 jam) dan siklus halogen tidak diperlukan. (Oleh karena itu, filamennya sangat sedikit dipakai -> hidup tidak dibatasi oleh ini)
Siklus halogen
Lampu halogen adalah jenis bola lampu pijar di mana sejumlah kecil gas halogen disegel dalam gas inert seperti argon atau nitrogen.
Dengan menyelubungi gas halogen, dapat mencegah keausan tungsten yang merupakan bahan filamen, dan dimungkinkan untuk menaikkan suhu filamen ke suhu yang lebih tinggi.Ada manfaatnya. Ini karena siklus halogen. Filamen tungsten, yang menjadi panas saat lampu menyala, menguap menjadi atom dan bergerak di dalam lampu. Saat bergerak, ia bergabung dengan halogen di lampu untuk membentuk tungsten halida. Tungsten halida bergerak di dekat filamen melalui konveksi dan difusi. Ketika filamen menjadi panas selama pencahayaan, tungsten halida terpisah ketika mencapai 1400°C atau lebih tinggi, dan tungsten kembali ke filamen, dan halogen menguap lagi dan membentuk tungsten halida. Siklus ini disebut siklus halogen.
Untuk mewujudkan siklus halogen, perlu menggunakan bahan yang menjaga dinding bagian dalam bola lampu di atas 250°C selama pencahayaan. Oleh karena itu, kaca kuarsa tahan panas digunakan untuk bohlam.
Tungsten yang menguap kembali ke filamen, tetapi tidak sepenuhnya. Ada variabilitas di mana siklus halogen berakhir dengan tungsten kembali ke filamen. Penguapan dipromosikan secara lokal, suhu bagian itu meningkat dengan kecepatan yang dipercepat, dan pemutusan terjadi pada apa yang disebut hot spot. Siklus halogen yang berulang menciptakan ketidakrataan pada filamen, yang pada akhirnya menyebabkan kerusakan kawat.
W+(Om+Xn) →(WX+WO+WOX+WO2+X2)→WX→W+O
Pengisian tekanan tinggi mengisi gas ke bola lampu
Semakin tinggi tekanan gas pengisi, semakin lama umur bola lampu sehubungan dengan efisiensinya. Tekanan meningkatkan kerapatan molekul gas, tungsten yang menguap bertabrakan dengan molekul gas, dan migrasi tungsten ditekan. Tekanan uap di sekitar filamen naik dan mendekati saturasi, sehingga penguapan ditekan.
Sebagai metode pengisian gas ke dalam lampu halogen, bohlam dengan tabung knalpot kaca yang dilas digunakan, dan setelah bagian dalam bohlam dikosongkan, gas yang disegel diisi sambil didinginkan dengan nitrogen cair. Gas yang diisi dicairkan oleh nitrogen cair, volumenya berkurang, dan tekanan internalnya turun.
Gas yang diisi diisi pada tekanan tinggi 1×10^5~4×10^5Pa. Tekanan selama pencahayaan mencapai 1,3 hingga 7,0 kali lipat.
Lampu halogen berevolusi dari lampu pijar. Filamen karbon digunakan untuk filamen bola lampu penghasil panas awal. Filamen logam seperti osmium dan tantalum sedang dikembangkan, tetapi tidak banyak digunakan karena harganya dan masalah dengan penerangan arus bolak-balik. Dr. W. R. Whitney dari Amerika Serikat menemukan bahwa menghitamnya bola lampu tidak hanya disebabkan oleh karbon yang menguap, tetapi juga oleh adanya oksida abu tertentu. Sebagai tindakan pencegahan, perlakuan panas dilakukan pada suhu yang jauh lebih tinggi daripada suhu operasi filamen untuk mengurangi oksida abu dan menekan kehitaman selama hidup. Perlakuan panas ini membuat permukaan filamen menjadi keras dan kuat, memberikannya sifat seperti logam, dan suhu pengoperasian meningkat sebesar 200°C, sehingga memungkinkan untuk digunakan hingga 1900°C. Meskipun karbon memiliki titik leleh yang tinggi sekitar 3500°C, karbon tidak dapat digunakan pada suhu tinggi karena tekanan uapnya yang tinggi dan penguapan yang cepat (sublimasi). Lampu pijar filamen karbon yang diberi perlakuan panas ini adalah arus utama sampai bola lampu tungsten dikembangkan.
Penemuan filamen tungsten
Sejak saat itu, filamen baru selain karbon terus dikembangkan, dan tungsten, yang memiliki titik leleh 3360°C, telah menarik perhatian. Upaya dilakukan untuk mengubah tungsten menjadi padat atau dari bubuk menjadi filamen, tetapi hal ini tidak terwujud. Pada tahun 1905, A.Just dan F.Hanaman dari Australia yang memanipulasi tungsten secara kimiawi untuk menghasilkan berhasil membuat Kami dapat memperoleh efisiensi karbon dua kali lipat, tetapi memiliki kerugian yaitu filamennya sangat rapuh dan sulit ditangani. Pada tahun 1908, W. Dcoolidge menemukan bahwa kekuatan mekanik tungsten ditingkatkan dengan menerapkan berbagai jenis pemrosesan untuk mengatasi masalah kerapuhan tungsten.
Penemuan bola lampu berisi gas
Fenomena menghitam terjadi di bohlam tungsten serta di filamen karbon. I.Langmuir dari Amerika Serikat menemukan bahwa fenomena bola lampu yang menghitam disebabkan oleh penguapan filamen tungsten, dan menemukan bahwa jumlah penguapan dapat dikurangi dengan memasukkan gas lembam ke dalam bola lampu. Selain itu, ditemukan juga bahwa gas inert menyebabkan filamen terbungkus dalam lapisan gas inert sehingga menyebabkan kehilangan panas. Kesimpulannya, bola lampu berisi gas menghasilkan kehilangan energi karena konduksi panas dan konveksi, tetapi menekan penguapan tungsten. Ternyata ada kemungkinan akan lebih besar dan akhirnya lebih efisien. Karena kehilangan panas ini memengaruhi panjang filamen, kami berhasil mengurangi kehilangan panas dengan mengubah filamen dari garis lurus menjadi bentuk gulungan, dan bohlam berisi gas kumparan tunggal lahir. Pada awalnya, nitrogen digunakan sebagai gas inert. Setelah itu, argon, yang memiliki konduktivitas termal rendah dan berat molekul besar (efek penekan penguapan tinggi) dengan sejumlah kecil nitrogen tertutup di dalamnya, menjadi arus utama.
Penemuan filamen koil ganda
Pada tahun 1921, Junichi Miura menemukan filamen koil ganda yang meningkatkan efisiensi dengan melilitkan kembali filamen koil tunggal. Filamen koil ganda pada awalnya diorientasikan tegak lurus terhadap bola lampu, tetapi ditemukan bahwa orientasi vertikal menghasilkan lebih sedikit kehilangan panas dan meningkatkan efisiensi sebesar 5%.
Penemuan lampu halogen
Pada tahun 1959, American E.G.Zebler menemukan bohlam halogen. Bola lampu halogen memiliki karakteristik yang karakteristik kerjanya (laju pemeliharaan kecepatan cahaya selama masa pakai) hampir tidak berubah. Penggunaan elemen halogen diteliti pada tahun 1915, tetapi tidak dikomersialkan karena kurangnya klarifikasi termodinamika dan teknologi pemrosesan kaca kuarsa. Gas halogen yang terbungkus dalam lampu berdisosiasi menjadi atom pada suhu tinggi dan bergabung dengan tungsten yang diuapkan untuk membentuk tungsten halida dengan tekanan uap tinggi, mencegah tungsten menguap pada permukaan bagian dalam bola kaca. lakukan. Jika bohlam disimpan dalam kisaran suhu di mana senyawa tungsten tidak menguap dan terdisosiasi secara termal, penghitaman tidak akan terjadi. Selain itu, ketika filamen menjadi panas selama pencahayaan, tungsten halida terpisah ketika suhu mencapai 1400°C atau lebih tinggi, dan tungsten kembali ke filamen, sehingga kami dapat mengurangi keausan filamen. Untuk memenuhi kondisi ini, diperlukan ukuran kecil dan output tinggi, dan kaca kuarsa tahan panas digunakan untuk bohlam kaca. Bohlam halogen, yang mulai digunakan secara praktis pada tahun 1959, adalah bohlam tipe dua terminal yang diisi dengan yodium dan diumumkan untuk lampu sorot. Baru-baru ini, brom ditutup untuk menstabilkan karakteristik kehidupan. Setelah itu, tipe terminal ganda diperbaiki dan lampu tipe terminal tunggal dikembangkan. Bola lampu halogen dan pijar untuk penerangan umum sekarang sedang dihapus di Eropa c
