鎢絲的發展簡史

鎢絲工業的發 展從壹開始就是同照明燈泡工業緊密聯系在壹起的。1878年，愛迪生 (T．A．Edison)發明了碳絲燈泡。但這種燈泡存在著嚴重的缺點， 主要是壽命太短。將近20年後(1897年)，碳絲被锇絲和坦絲所取代，但由于Os、Ta熔點較低，因而工作溫度和光效低。1903年，根據傑司特 (A．Just)和漢納門(F．Hannaman)的專利，匈牙利首次制造出鎢燈絲。它是將碳絲在含有自由氫的鎢的鹵氧化物蒸汽中通過電流加熱到高溫，使 碳完全被鎢置換。這樣制得的白熾燈絲或多或少地含有碳，不僅脆性相當嚴重，而且燈泡在使用時，燈絲不斷致密化，因而燈絲的電參數會發生變化。1904年， 傑司特和漢納門認識到了碳對脆性的影響，采用無碳的粘結劑與鎢的化合物混合，再擠壓成絲，然後在氫中加熱還原成金屬。這種方法制得的鎢絲非常脆，但由于它 的光效要好得多，還是取代了碳絲、锇絲和坦絲用于制作燈泡。

上述這些方法都不能制備細鎢絲。爲了解決這個問題，1907 年，壹種低鎳含量的鎢合金問世， 它是通過機械加工方法制備的，但是嚴重的脆性妨礙了它的應用。直到1909年，美國通用電器公司的庫利奇(w．D．Coolidge)通過粉末冶金法制得 鎢坯條，再利用機械加工生産出在室溫下具有延性的鎢絲，從而奠定了鎢絲加工業的基礎，也奠定了粉末冶金的基礎。

然而這種“延性”鎢燈絲在燈泡點燃後表現出明顯的脆性。1913年，平奇(Pintsch)發明了 钍鎢絲(ThO2的 含量爲1％～2％)，從而使白熾燈絲的脆性大大降低。起初，燈絲的下垂(見鎢絲的抗下垂性能)並不是壹個問題，因爲此時的燈絲是直絲，但1913年以後， 蘭米爾(Langmuir)將直絲改爲螺旋絲，這樣，當燈泡使用時，高的工作溫度和自重的作用使燈絲下垂，因而純鎢和钍鎢都難以滿足使用要求。

爲了解決鎢絲下垂和壽命短等問題，1917年，柏斯(A．Pacz)發明了高溫下“不變形”的鎢絲。起初，他在制備純鎢時采用耐火坩埚焙燒WO3，無意中 發現用這種WO3還原所得鎢粉制成的鎢絲螺 旋，經再結晶後異常神秘地不再下垂。隨後，經過218次反複實驗驗證，他終于發現在鎢酸(WO3•H2O)中添加鉀和鈉的矽酸鹽，經過還原、壓制、燒結、 加工等制得的鎢絲，再結晶後形成相當粗的晶粒結構，既不軟又抗下垂，這是最早的不下垂鎢絲。柏斯的發現奠定了不下垂鎢絲的生産基礎，直到現在美國仍稱不下 垂鎢絲爲“218鎢絲”，以紀念柏斯的這項重大發現。

不過，最早生産的不下垂鎢絲的脆性比钍鎢絲嚴重，以致有些燈泡廠堅持使用钍鎢絲作燈絲。但隨 著不下垂鎢絲生産工藝的不斷發展和完善，人們逐漸認識到在氧化鎢中同時添加K、Si、Al的化合物，可以使鎢燈絲在高溫下具有良好的抗下垂性能，同時經再 結晶後又具有滿意的室溫延性。這就是現在人們常說的“AKS鎢絲”，即“不下垂鎢絲”或“摻雜鎢絲”，米爾摻chan納(T．Millner)在1931 年將這種改進的不下垂效應稱爲“GK效應”。

摻雜鎢絲的生産工序冗長，包括鎢冶煉、粉末冶金制坯和塑性加工幾個主要階段。

摻雜鎢絲的生産通常選用仲鎢酸铵(APT)爲原料。從 鎢精礦制取仲鎢酸铵除了傳 統的經典工藝外，20世紀50年代國際上開展了萃取法和離子交換法的研究，中國在70年代也采用了這些工藝，從而簡化了工藝流程，提高了鎢的回收率。20 世紀60年代以來，許多國家都相繼采用藍色氧化鎢摻雜工藝代替三氧化鎢摻雜，從而提高了摻雜效果。鎢粉的酸洗是20世紀60年代開始應用于生産的，其主要 目的在于洗去鎢粉中多余的摻雜劑、超細粉和部分有害雜質，從而改善加工性能，提高鎢絲的高溫性能。從20世紀60年代開始，孔型軋制法不斷得到應用。孔型 軋制是使坯料在壹對旋轉著的軋輥的孔 型中通過，在軋輥壓力的作用下使斷面減縮和長度延伸。

雖然只有少部分鎢礦最終被做成燈鎢絲和類似的産品，鎢在科學上和技術上所承擔的最重要的意義就是其研究成果向實際應用的轉換。所獲得的知識在粉末冶金新的領域，尤其是在硬質合金的制造上具有不可估量的價值。

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