热心的卤素加入了保卫钨丝的行列,它们不知疲倦地忙碌奔波,为改进白炽灯献身尽力。
到目前为止,在理论和实践上应用卤钨循环原理比较成功的是碘钨灯和溴钨灯。
最早问世的卤钨灯是用碘作循环剂的碘钨灯。这是因为在4个卤族元素里,碘的性质最不活泼,不像其他几种卤素那样有强烈的腐蚀作用。
待灯泡里充进纯碘、玻壳壁的温度控制在250~1200℃之间,从灯丝上蒸发出来的钨就会在玻壳壁附近与碘化合成碘化钨。随着气体的对流,碘化钨将扩散到灯丝附近,由于这里的温度可以高到2000℃以上,不太稳定的碘化钨就会在这里分解成碘和钨,钨重新回到灯丝上继续工作,碘则再次向玻壳方向扩散去完成新的“搬运”钨的任务。
同普通白炽灯相比,碘钨灯大大减少了钨的蒸发量,延长了使用寿命,提高了工作温度和发光效率。普通白炽灯的平均使用寿命是1000个小时,碘钨灯要比它长一半,发光效率提高30%。
从个子来看,碘钨灯显得特别小巧玲珑,同样一只500瓦的灯泡,碘钨灯的体积只有白炽灯的1%。它的玻壳里除了有碘,还充进了惰性气体,又小又结实,充气压力高达1.5~10个大气压。
根据用途的不同,碘钨灯可分好几种。
有的碘钨灯能发出大量看不见的红外线,热效率高,是加热干燥用的理想热源。
有的碘钨灯功率大,可辐射出大量的光能,用作大型车间、广场、体育场、机场、港口等处的照明很合适。
有的碘钨灯是新闻摄影、彩色照相制版,以及电影摄影、放映的光源,功率高、体积小、重量轻是它的主要优点。在一部分激光装置中,碘钨灯还可用做光泵。
碘钨灯的光效高、亮度大、结构紧凑,这些正是交通车辆照明求之不得的长处。现在火车特别是汽车上的聚光灯、雾灯、主前灯等,正在逐步改用碘钨灯。
最常见的碘钨灯,有着像钢笔一样的细长身材。灯的主体是一根直径10~12毫米的石英管,软化点高达1700℃。灯丝上每隔一定距离用一个支撑圈托着灯丝,灯两端的长方形扁块是封接部分,用来保证既能导电,又不漏气。
碘钨灯也有不足之处。
碘蒸气是紫红色的,它多多少少会对碘钨灯的亮度和发光效率产生一定的影响。碘钨灯工作时玻壳里有气体对流,个别地点的温度有可能下降到不足以维持碘钨循环反应进行的程度,结果使玻壳的局部发黑。还有,水平放置的管形碘钨灯必须用溴代替硫放得很平,倾斜度不得超过4度,否则就会影响灯的寿命。溴钨灯可以在相当程度上克服这些缺点。
溴钨循环与碘钨循环相似,只是溴的化学性质比碘更活泼,是比碘更勤快的“搬运工。溴钨灯里充溴的数量更得严格控制,稍稍超过就会对灯丝温度比较低的部位产生腐蚀。
实验研究告诉我们,氢能缓和溴的化学活性,如果把溴化氢或溴的碳氢化合物充进灯里,那么对灯内金属零件的腐蚀作用将会轻得多。
溴钨灯里的溴化氢可以在200~1100℃的玻壳壁温下进行正常的溴钨循环,所以可以用来制作大功率高光效的电光源。
溴清洁玻壳壁的效果比碘好,玻壳发黑的问题基本得到解决。溴化氢是无色透明的气体,不吸收可见光,比碘钨灯的发光效率高。溴钨灯里的气体对流不影响灯的寿命,使用时也不像碘钨灯那样一定要水平放置。
在不少岗位上,溴钨灯已经取代了碘钨灯。
溴钨灯发光体的形状多种多样,有点状、线状,还有面状。
点状的溴钨灯工作温度和发光效率高,在光学仪器、电影放映、光刻等方面有广泛应用。
用很多螺旋状的灯丝,排列成一个均匀的发光面,这就成了面光源溴钨灯。线光源和面光源溴钨灯正逐步被应用到电影、电视、摄影、舞台等方面。
我国从60年代初就开始试制充碘的管形碘钨灯,现在已经有了各种不同用途的近10个系列的上百个品种,在电影、电视、剧院舞台、体育场、博物馆等许多地方都能找到它们的踪迹。
20世纪30年代,一些新型的气体放电灯初露头角,特别是40年代荧光灯取得革命性的进展以后,有人曾经预言:白炽灯的时代已经过去,它们将从照明舞台上消失!
但是预言并没有变成现实,尤其是50年代出现光效高、亮度大、体积小的卤钨灯以来,使用方便、价格低廉的白炽灯获得了新的生命力,在照明领域里继续保持着应有的地位。