Hochtemperaturleistung vonWolframdraht
Die Arbeitstemperatur des in Glühlampen verwendeten Wolframfadens liegt oft zwischen 2300 und 2800 Grad. Im Allgemeinen gilt: Je höher die Leistung der Glühbirne, desto höher ist die Arbeitstemperatur des Glühfadens. Es ist ersichtlich, dass die Arbeitstemperatur des Glühfadens die Rekristallisationstemperatur des Wolframfadens bei weitem übersteigt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Filamentsegment zwischen den beiden Haken unter der Wirkung seines Eigengewichts durchhängen. In schweren Fällen kann der Glühfaden durchhängen, bis er mit der Glashülle der Glühbirne kollidiert.
Bei dotierten Wolframdrähten, die während des Pulvermetallurgieprozesses von Wolfram mit einer kleinen Menge Kalium-, Silizium- und Aluminiumoxiden vermischt werden, beträgt der Gehalt an Silizium und Aluminium im fertigen Draht zwar nur wenige Teile pro Million, der Gehalt an Kalium beträgt nur einige zehn Teile pro Million, aber die Durchhängung des Filaments aus diesem dotierten Wolframfilament kann erheblich verbessert werden.
Der Grund dafür ist, dass es einen großen Unterschied in der rekristallisierten Kristallstruktur von dotiertem Wolframdraht und undotiertem Wolframdraht gibt. Der rekristallisierte Kristall aus undotiertem Wolframdraht ist grundsätzlich ein gleichachsiger Kristall, während die rekristallisierte Kristallstruktur aus dotiertem Wolframdraht ein langer Streifen überlappender grober Körner ist.
Aus Sicht der Hochtemperatur-Kriechtheorie von Metallmaterialien kann die rekristallisierte Kristallstruktur dieser dicken und langen Überlappungsstruktur ihre Fähigkeit, einem Durchhängen bei hohen Temperaturen zu widerstehen, erheblich verbessern. Laut einer Reihe von Untersuchungen und Analysen mit Transmissionselektronenmikroskopie und Auger-Energiespektrometer, die in den 1970er Jahren durchgeführt wurden, wurde gezeigt, dass die Bildung der rekristallisierten Kristallstruktur der dicken und langen Lappenstruktur, die für den dotierten Wolframdraht einzigartig ist, eng mit dem Inhalt zusammenhängt des dotierten Wolframdrahtes.
Kalium ist eng verwandt. Die in den dotierten Wolframstreifen verbleibenden Spurenmengen an Kalium bilden während der Verarbeitung Kaliumblasenreihen parallel zur Drahtachse, die das seitliche Wachstum der Körner während des Rekristallisationsprozesses behindern und so eine dicke und lange Überlappungsstruktur bilden.
Das Durchhängen von Glühlampenfäden hängt nicht nur mit dem Gehalt an zugesetzten Elementen und der Verarbeitungstechnologie im dotierten Wolframfaden zusammen, sondern auch mit der Verarbeitungstechnologie während des Glühfadenherstellungsprozesses.
Der Wolframdraht behält eine große innere Spannung bei, wenn er zu einem fertigen Filament gezogen wird, und wenn er zu einem Filament gewickelt wird, entsteht eine neue innere Spannung mit ungleichmäßiger Verformung im Querschnitt des Wolframdrahts. Diese inneren Spannungen müssen vollständig beseitigt werden, bevor der Glühfaden in die Glühbirne eingebaut wird. Andernfalls wird sich der Glühfaden verdrehen, verformen und durchhängen, wenn die Glühbirne zu zünden beginnt. Ein Durchhängen des Glühfadens verringert die Lichtausbeute der Glühbirne erheblich.
