灯泡材料与加工工艺分析

灯泡材料与加工工艺分析释义

灯泡，由爱迪生发明。“照明用器具”是随着人类文明的不断发展而产生的。

发明

灯的首次使用已很难确切地考证了。不过，电灯的问世却有据可查。世界上第一盏犁口般大小的电灯由美国科学家托马斯·阿尔瓦·爱迪生于1879年10月21日试制成功。

在研制过程中，托马斯·阿尔瓦·爱迪生仔细分析了当时的煤气灯和弧光灯，他的主攻方向是寻找一种耐热材料。由电流把它烧到白热化程度而发出炽热的光却又不至于断裂或熔化。他偶然发现棉线在空气中一下子烧成灰烬，而碳棉线放入处理过的玻璃球内则发出了炽光。很遗憾，光亮只维持了几分钟就消失了。他错误地放弃了这项试验，转而试用铯、镍、铂(白金)、铂铱合金等1，600种不同的耐热材料，收获都甚微。

托马斯·阿尔瓦·爱迪生重新回到了碳的研究上。那年10月，他试验了一段长20厘米、直径为0．15厘米的碳棒，其耐热力达到5．5小时，他又不断改进着碳化方法和抽气处理。

1879年10月21日那天，他把1根直径为0．025厘米碳化了的棉线用作灯丝，发出的光度明亮、稳定，它以4烛光的照明度，1小时、2小时……足足亮了45个小时，经过1年多的努力，数千次的试验。人们盼望已久的电灯终于诞生了。

同年11月，托马斯·阿尔瓦·爱迪生改用碳化了的卡纸大大改进电灯寿命后，生产商就迫不及待地把它投入生产。1880年除夕，3，000人走上纽约街头观赏这一新发明。成功并未使托马斯·阿尔瓦·爱迪生停步。第二年，他制造出能连续亮上1，200个小时的毛竹丝灯。直到1904年，奥地利人发明了比毛竹丝灯强3倍的钨丝灯，前者才被取代。钨丝灯从1907年起一直沿用至今。

发展史

使用功能

灯泡最常见的功能是照明。伴随社会的发展，对灯泡的利用也起着不同的变化，

最初可能是为了生产生活提供便利，但随着社会的进步，在灯泡的使用上也有了明显的变化，开始有了“汽车、美化环境、装饰”等等不同用途的功能性用灯。

工作原理

在灯泡发明之前，在太阳下山后想要照明一个地方可是一个费劲而危险的事情，要用蜡烛或者火把来照明，虽然当时的油灯还算不错，但它总是会留下烟灰。

在18世纪的中期电气科学真正有了发展，当时到处的发明家都大声疾呼要发明一个实用的家庭照明的装置。英国发明家斯万和美国发明家爱迪生在1897年发明了电灯泡，在现代的电灯泡与当年爱迪生发明的电灯泡没有本质上的改变只是多了一些部件。

种类

钨丝灯泡

广泛被人使用的一种光源，它能散发出温暖晕黄的光线，是我们大多数人所认为的灯泡。它的价格便宜，因此，钨丝灯泡也具有多变的式样以搭配不同的灯具。然而，钨丝灯泡的寿命并不长久，也不省电，它还会发出不低的温度，所以不可以距离纸张、纺织品或朔胶制品太近。

钨丝卤素灯泡

灯泡的寿命比一般的钨丝灯泡来得长久，不过售价也比较昂贵。钨丝卤素灯所产生的光线索也比普通的钨丝灯泡要白得更贴近自然光。

这灯卤素灯有两咱样式：高伏特数型，它通常只用于朝天灯上；另一种是低伏特数型，多用于向下照明的投射灯。两种灯泡都可以设整光线。

可调整光线强度的卤素朝天灯对一般家庭而言显得特实用，因为这些灯具造型流畅，光线向上投射至天花板或墙面后再反射下来，照明效果柔和。卤至少灯泡较小而且也较为省电，所以经常被使用于聚光灯，成向上或向下投射光线的灯具。

卤素灯的一个最主要的优点是：最大的光线能量竟可以从小若针头的灯丝中散发出来。因此，灯具的造型可以变得非常流畅、迷你，节省出更多的空间。

因为它很省电，所以卤素灯泡被广泛运用在商店的照明设备中——你可以从那些微小闪烁的灯泡中辨视出它们。

荧光灯管

它所散发来的光线比钨丝灯泡来得冷、粗糙而带青色，但是灯管却非常省电，也很耐用，因此是右面常经济实惠的选择。它们在最近也有了许多改良，可造用于较小的灯具中。此外，这些改良后的灯管所产生的光线也比旧型的温暖，所以成为厨房与工作室的最佳选择。但总括来说，这种灯管对于家中气氛的宫造是有帮助的。

金属卤素灯泡

这是最近研发制造出来的光源，不但售价便宜，而且也不会破坏屋里的色调。它最常被使用于花园这种需要高亮度的地方。因为内含钠的成分，会散发出淡橘色的光芒。现在，最广泛使用金属卤素灯的地方便是街灯，其省电的优点是最主要的考虑因素。但是也渐渐有人将它们运用在室内的照明中。

LED灯泡

LED将是继爱迪生发明电灯泡以来重新将开始巨大的光革命。

LED灯泡目前现状LED照明灯主要还是以大功率白光LED单灯为主，目前世界前三的LED照明灯生产厂家质保三年，大颗粒每瓦大于等于100流明，小颗粒每瓦大于等于110流明。光衰大颗粒小于3%每年，光衰小颗粒小于3%每年。

LED太阳能路灯，LED投光灯，LED吊顶灯，LED日光灯都已经可以批量生产了。例如10瓦的LED日光灯就可以替换40瓦的普通日光灯或者节能灯。

研制过程

在研制过程中，托马斯·阿尔瓦·托马斯·阿尔瓦·爱迪生仔细分析了当时的煤气灯和弧光灯，他的主攻方向是寻找一种耐热材料。由电流把它烧到白热化程度而发出炽热的光却又不至于断裂或熔化。他偶然发现棉线在空气中一下子烧成灰烬，而碳棉线放入处理过的玻璃球内则发出了炽光。很遗憾，光亮只维持了几分钟就消失了。他错误地放弃了这项试验，转而试用铯、镍、铂(白金)、铂铱合金等1，600种不同的耐热材料，收获都甚微。

托马斯·阿尔瓦·托马斯·阿尔瓦·爱迪生重新回到了碳的研究上。那年10月，他试验了一段长20厘米、直径为0．15厘米的碳棒，其耐热力达到5．5小时，他又不断改进着碳化方法和抽气处理。

1879年10月21日那天，他把1根直径为0．025厘米碳化了的棉线用作灯丝，发出的光度明亮、稳定，它以4烛光的照明度，1小时、2小时……足足亮了45个小时，经过1年多的努力，数千次的试验。人们盼望已久的电灯终于诞生了。

同年11月，托马斯·阿尔瓦·托马斯·阿尔瓦·爱迪生改用碳化了的卡纸大大改进电灯寿命后，生产商就迫不及待地把它投入生产。1880年除夕，3，000人走上纽约街头观赏这一新发明。成功并未使托马斯·阿尔瓦·托马斯·阿尔瓦·爱迪生停步。第二年，他制造出能连续亮上1，200个小时的毛竹丝灯。直到1904年，奥地利人发明了比毛竹丝灯强3倍的钨丝灯，前者才被取代。钨丝灯从1907年起一直沿用至今。

延长灯泡寿命秘诀

1．不要过于频繁地开关灯的电源。

2．不要让灯泡连续发光太久。

3．不要在接线板上并联过多的电器。

4．不要在灯开着的时候插拔电源，甚至拧下灯泡。

5．不要把发热的灯泡马上拿到冷环境，反之亦然。

结构

灯泡的结构非常简单。在它的底部有两个金属接触点，是用来连接电的。金属接触点有两条接触到一个薄金属灯丝的线。灯丝坐落在灯泡的中央，由一个玻璃支撑住的。线和灯丝都包在充满惰性气体的玻璃灯泡的里面，通常都是氩惰性气体当灯泡连上电源的时候，电流就会从其中一个接触点流到另一个接触点然后再流到线和灯丝。实心导体线电流中的大量自由电子从负极带电区移动到正极带电区。在振动原子的跳跃电子可能暂时被推到一个更高的能量位置。当它们落回原始正常位置时候，电子就会以光子形式释放出额外能量。金属原子释放大部分的红外线可见光子，人们的眼睛是可以看见的。但如果它们被加热到大约4000华氏温度的时候灯泡就会发出大量的可见光。几乎在所有的白炽灯泡都用到钨，因为它是最理想的灯丝材料。金属必须要加热到极高的温度才会发出有用可见光。实际上大多数金属在达到这个温度之前都会熔化了，而钨丝却有着不寻常的高熔化温度。但钨丝在这么高的温度时会起火，如果在条件允许下，两种化学物之间就会产生反应而引起燃烧，灯泡里的灯丝是由一个密封，无氧空间覆盖来防止燃烧。把灯泡里的空气都吸出来创造一个接近真空的状态--就是说里面没有任何物质。由于几乎没有任何气体特物质在里面，所以物质就不会燃烧。这个方法存在一个问题就是钨原子蒸发作用。在这么高的温度里，在一个真空灯泡里，自由钨原子以直线射出。随着越来越多的原子蒸发，灯丝就开始衰变并且玻璃开始变黑。这大大减少了灯泡的寿命。

氩气

在现代灯泡里使用了惰性气体通常是氩气，这大大减少了钨的这种损失。当一个钨原子蒸发，它就会和一个氩原子碰撞并且由于惰性气体通常都不和其它元素反应，所以就没有了燃烧反应。便宜和容易使用，灯泡已经证明了一个巨大成功。灯泡仍然是室内最受欢迎的照明选择。但它最终还是会让位给更先进的技术，因为不够节能。白炽灯泡所发出的大多数能量都是带热红外线可见光子方式发出--产生的光大约只有10%是可见光谱。这浪费了很多电力。暖光源，比如荧光灯和LED灯，它们并不浪费大理能量产生热并且发出大部分可见光。因此，它们会慢慢地取代灯泡。

产品例举：钨丝灯泡

白炽灯将灯丝通电加热到白炽状态，利用热辐射发出可见光的电光源。自1879年，美国的T.A.爱迪生制成了碳化纤维（即碳丝）白炽灯以来，经人们对灯丝材料、灯丝结构、充填气体的不断改进，白炽灯的发光效率也相应提高。1959年，美国在白炽灯的基础上发展了体积和衰光极小的卤钨灯。白炽灯的发展趋势主要是研制节能型灯泡。不同用途和要求的白炽灯，其结构和部件不尽相同。白炽灯的光效虽低，但光色和集光性能好，是产量最大，应用最广泛的电光源。

原理

玻壳做成圆球形，制作材料是耐热玻璃，它把灯丝和空气隔离，既能透光，又起保护作用。白炽灯工作的时候，玻壳的温度最高可达100℃左右。

灯丝是用比头发丝还细得多的钨丝，做成螺旋形。看起来灯丝很短，其实把这种极细的螺旋形的钨丝拉成一条直线，这条直线竟有1米多长。

两条导线表面上很简单，实际上由内导线、杜美丝和外导线三部分组成。内导线用来导电和固定灯丝，用铜丝或镀镍铁丝制做；中间一段很短的红色金属丝叫杜美丝，要求它同玻璃密切结合而不漏气；外导线是铜丝，任务就是连接灯头用以通电。

一个喇叭形的玻璃零件就是感柱，它连着玻壳，起着固定金属部件的作用。其中的排气管用来把玻壳里的空气抽走，然后将下端烧焊密封，灯就不漏气了。

灯头是连接灯座和接通电源的金属件，用焊泥把它同玻壳粘结在一起。

这里特别需要讲讲灯丝，因为电灯正是要靠它来发光的。

同炭丝一样，白炽灯里的钨丝也害怕空气。如果玻壳里充满空气，那么通电以后，钨丝温度升高到2000℃以上，空气就会对它毫不留情地发动袭击，使它很快被烧断，同时生成一种黄白色的三氧化钨，附着在玻壳内壁和灯内部件上。

要是玻壳里残留的空气比较少，那么上面讲的过程就会进行得慢一些，钨跟空气中的氧化合生成一薄层蓝色的三氧化二钨和氧化钨的混合物。

这些都是空气玩的把戏——空气里的氧气使高温的钨丝氧化了。

所以钨丝灯泡要抽成真空，把空气统统清除出去。

有时怕抽气机抽不干净，还要在灯泡的感柱上涂一点红磷。红磷受热会变成白磷，白磷很容易同氧气反应，生成固态的五氧化二磷，把氧气“吃掉”，这样，玻壳里残留的氧气也被消除了

缺点

钨丝灯泡的寿命并不长久，也不省电，它还会发出不低的温度，所以不可以距离纸张、纺织品或朔胶制品太近。

优点

它的价格便宜，因此，钨丝灯泡也具有多变的式样以搭配不同的灯具。

灯头

如图-1

图-1

材料：铝

加工工艺：轧制

轧制：

金属(或非金属)材料在旋转轧辊的压力作用下，产生连续塑性变形，获得要求的截面形状并改变其性能的方法。

热轧

优点:可以破坏钢锭的铸造组织，细化钢材的晶粒，并消除显微组织的缺陷，从而使钢材组织密实，力学性能得到改善。这种改善主要体现在沿轧制方向上，从而使钢材在一定程度上不再是各向同性体；浇注时形成的气泡、裂纹和疏松，也可在高温和压力作用下被焊合。

缺点:1.经过热轧之后，钢材内部的非金属夹杂物（主要是硫化物和氧化物，还有硅酸盐）被压成薄片，

出现分层（夹层）现象。分层使钢材沿厚度方向受拉的性能大大恶化，并且有可能在焊缝收缩时出现层间撕裂。焊缝收缩诱发的局部应变时常达到屈服点应变的数倍，比荷载引起的应变大得多； 2.不均匀冷却造成的残余应力。残余应力是在没有外力作

用下内部自相平衡的应力，各种截面的热轧型钢都有这类残余应力，一般型钢截面尺寸越大，残余应力也越大。残余应力虽然是自相平衡的，但对钢构件在外力作用下的性能还是有一定影响。如对变形、稳定性、抗疲劳等方面都可能产生不利的作用。3.热轧的钢材产品，对于厚度和边宽这方面不好控制。我们熟知热胀冷缩，由于开始的时候热轧出来即使是长度、厚度都达标，最后冷却后还是会出现一定的负差，这种负差边宽越宽，厚度越厚表现的越明显。所以对于大号的钢材，对于钢材的边宽、厚度、长度，角度，以及边线都没法要求太精确。

冷轧

用热轧钢卷为原料，经酸洗去除氧化皮后进行冷连轧，其成品为轧硬卷，由于连续冷变形引起的冷作硬化使轧硬卷的强度、硬度上升、韧塑指标下降，因此冲压性能将恶化，只能用于简单变形的零件。轧硬卷可作

为热镀锌厂的原料，因为热镀锌机组均设置有退火线。轧硬卷重一般在20-40吨，钢卷在常温下，对热轧酸洗卷进行连续轧制。内径为610mm。

铝的工业制法

1854年，法国化学家德维尔把铝矾土、木炭、食盐混合，通入氯气后加热得到NaCl，AlCl?复盐，再将此复盐与过量的钠熔融，得到了金属铝。这时的铝十分珍贵，据说在一次宴会上，法国皇帝拿破仑独自用铝制的刀叉，而其他人都用银制的餐具。泰国当时的国王曾用过铝制的表链；1855年巴黎国际博览会上，展出了一小块铝，标签上写到：“来自粘土的白银”，并将它放在最珍贵的珠宝旁边。1889年，俄国沙皇赐给门捷列夫铝制奖杯，以表彰其编制化学元素周期表的贡献。1886年，美国的豪尔和法国的海朗特，分别独立地电解熔融的铝矾土和冰晶石的混合物制得了金属铝，奠定了今天大规模生产铝的基础。

钨丝

材料：仲钨酸铵（APT）

仲钨酸铵（APT）：仲钨酸铵是一种化学物质，主要是白色结晶，有片状或针状二种，用于制造三氧化钨或蓝色氧化钨制金属钨粉。还用作制造偏钨酸铵及其他钨化合物，用于石油化工行业作添加剂。

物化性质

性状：白色结晶，有片状或针状二种。溶解性：稍溶于水，２０℃时在水中溶解度小于２％，不溶于醇。将仲钨酸铵加热至220-280℃失去部分氨和结晶水,可转化为偏钨酸铵AMT, 加热至600℃以上失去全部氨和结晶水,彻底转化为黄色的三氧化钨。

用途

主要用于制造三氧化钨或蓝色氧化钨制金属钨粉；金属钨粉的下游产品有钨材系列，如钨条、钨丝等电真空材料；有合金系列，如碳化钨、硬质合金、合金刀片、合金钻头、合金模具等；其他耐磨、耐压、耐高温的机械装备部件等

生产工艺

生产工艺原理根据所用钨精矿的种类及所含杂质成分的不同,可采用以下几种工艺生产仲钨酸铵：

1.黑钨精矿高压碱煮(烧碱)-离子交换-蒸发结晶法;

2.黑钨精矿高压碱煮(烧碱)-溶剂萃取-蒸发结晶法;

3.白钨精矿苏打压煮-离子交换-蒸发结晶法;

4.白钨精矿苏打压煮-溶剂萃取-蒸发结晶法;

5.白钨精矿烧碱氟盐压煮-离子交换-蒸发结晶法;

6.白钨精矿烧碱氟盐压煮-溶剂萃取-蒸发结晶法;

7.白钨精

矿盐酸分解-氨溶-蒸发结晶法;

玻璃罩

如图-2

图-2

材料：玻璃

玻璃：一种较为透明的固体物质，在熔融时形成连续网络结构，冷却过程中粘度逐渐增大并硬化而不结晶的硅酸盐类非金属材料。普通玻璃化学氧化物的组成

“我国的玻璃制造技术决不能泄漏出去，把所有的制造玻璃的工匠都集中在一起生产玻璃！”

就这样，意大利的玻璃工匠都被送到一个与世隔绝的孤岛上生产玻璃，他们在一生当中不准离开这座孤岛。

1688年，一名叫纳夫的人发明了制作大块玻璃的工艺，从此，玻璃成了普通的物品。

我们现在使用的玻璃是由石英砂、纯碱、长石及石灰石经高温制成的。

熔体在冷却过程中黏度逐渐增大而得的不结晶的固体材料。性脆而透明。有石英玻璃、硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、氟化物玻璃等。通常指硅酸盐玻璃，以石英砂、纯碱、长石及石灰石等为原料，经混和、高温熔融、匀化后，加工成形，再经退火而得。广泛用于建筑、日用、医疗、化学、电子、仪表、核工程等领域。

玻璃的分类

性能分类

玻璃按性能特点分为：钢化玻璃、多孔玻璃(即泡沫玻璃，孔径约40，用于海水淡化、病毒过滤等方面）、导电玻璃(用作电极和飞机风挡玻璃)、微晶玻璃、乳浊玻璃（用于照明器件和装饰物品等）和中空玻璃（用作门窗玻璃）等。

玻璃的通性

1.各向同性：均质玻璃在各个方向的性质如折射率、硬度、弹性模量、热膨胀系数等性能相同。

2. 介稳性：当熔体冷却成玻璃体时，它能在较低温度下保留高温时的结构而不变化。

3.可逆渐变性：熔融态向玻璃态转化是可逆和渐变的。

4.连续性：熔融态向玻璃态转变时物理化学性质随温度变化是连续的。

玻璃的处理

由于玻璃的成分主要是二氧化硅，而二氧化硅是很难自然分解的，在自然环境下，需要100万年的时间，所以为了保护环境，我们要注意使用玻璃制品，要有回收利用的意识，每回收一个玻璃瓶所节省的能量足可以让100瓦的灯泡亮4小时玻璃的工艺近半个世纪以来，玻璃艺术设计以前所未有的深度和广度渗透到人们的生活中。在造型上同时运用不同种类的玻璃及制作工艺的手法大大超过玻璃发展史上的任何时候。其中，作为玻璃造型艺术领域的一个重要分支平面艺术玻璃，在当代玻璃艺术设计领

域大放异彩，成为艺术家和设计师进行艺术创造的独特媒介。

玻璃的特性决定了它能够被施以多种加工方法，形成丰富的造型形态。玻璃生产的主要原料有玻璃形成体、玻璃调整物和玻璃中间体，其余为辅助原料。主要原料指引入玻璃形成网络的氧化物、中间体氧化物和网络外氧化物；辅助原料包括澄清剂、助熔剂、乳浊剂、着色剂、脱色剂、氧化剂和还原剂等。

玻璃生产工艺

主要包括：①原料预加工。将块状原料（石英砂、纯碱、石灰石、长石等）粉碎，使潮湿原料干燥，将含铁原料进行除铁处理，以保证玻璃质量。②配合料制备。③熔制。玻璃配合料在池窑或坩埚窑内进行高温（1550~1600度）加热，使之形成均匀、无气泡，并符合成型要求的液态玻璃。④成型。将液态玻璃加工成所要求形状的制品，如平板、各种器皿等。⑤热处理。通过退火、淬火等工艺，消除或产生玻璃内部的应力、分相或晶化，以及改变玻璃的结构状态。

特种玻璃制作

1、一种具有防紫外线辐射功能的无色透明玻璃

2、强吸收紫外和红外的绿色玻璃

3、一种牙科微晶玻璃及其制备方法和用途

4、低辐射中空镶嵌玻璃

5、低气孔率微晶玻璃的生产方法

6、自清洁玻璃

7、镀彩色多层膜的玻璃及其生产方法

8、一种制造真空玻璃的新工艺

9、浮法生产压花玻璃的方法及其装置

10、耐火玻璃

11、微晶玻璃釉面砖制备工艺

12、一种纳米二氧化钛自清洁玻璃的低温制备方法

13、纳米真空镀膜彩虹玻璃

14、生产夹层彩色安全玻璃的彩色浆液配方及生产工艺

15、耐热防火超强钢化安全玻璃板的制造方法

玻璃的特性

根据种类不同，玻璃有不同的特性。下面按照建筑玻璃分类方法分别介绍如下：

一、净片玻璃特性

1、良好的透视、透光性能（3mm、5mm厚的净片玻璃的可见光透射比分别为87%和84%）。对太阳光中近红外热射线的透过率较高，但对可见光折射至室内墙顶地面和家具、织物而反射产生的远红外长波热射线却有效阻挡，故可产生明显的“暖房效应”。净片玻璃对太阳光中紫外线的透过率较低；

2、隔声、有一定的保温性能；

3、抗拉强度远小于抗压强度，是典型的脆性材料；

4、有较高的化学稳定性，通常情况下，对酸碱盐及化学试剂盒气体都有较强的抵抗能力，但长期遭受侵蚀性介质的作用也能导致变质和破坏，如玻璃的风化和发霉都会导致外观破坏和透光性能降低；

5、热稳定性较差，急冷急热易发生炸裂。

二、装饰玻璃特性

1、彩色平板玻璃可以拼成各类团，并有耐腐蚀抗冲刷、易清洗等特点。

2、釉面玻璃具有良好的化学稳定性和装饰性。

3、压花玻璃、喷花玻璃、乳花玻璃、刻花玻璃、冰花玻璃根据各自制作花纹的工艺不同，有各种色彩、观感、光泽效果，富有装饰性。

三、安全玻璃特性

1、钢化玻璃机械强度高、弹性好、热稳定性好、碎后不易伤人、可发生自爆。

2、夹丝玻璃受冲击或温度骤变后碎片不会飞散；可短时防止火焰蔓延；有一定的防盗、防抢作用。

3、夹层玻璃透明度好、抗冲击性能高、夹层PVB胶片粘合作用保护碎片不散落伤人，耐久、耐热、耐湿、耐寒性高。

四、节能装饰性玻璃

1、着色玻璃有效吸收太阳辐射热，达到蔽热节能效果；吸收较多可见光，使透过的光线柔和；较强吸收紫外线，防止紫外线对室内影响；色泽艳丽耐久，增加建筑物外形美观。

2、镀膜玻璃保温隔热效果较好，易对外面环境产生光污染。

3、中空玻璃光学性能良好、保温隔热性能好、防结露、具有良好的隔声性能。

工业设计102班彭跃10409070240