碳絲的發展
鹵素燈是從白熾燈泡演變而來的。碳纖維用於早期發熱燈泡的燈絲。鋨和鉭等金屬絲正在開發中,但由於價格和交流照明的問題,它們沒有普及到公眾。美國的 W.R. Whitney 博士發現,除了蒸發的碳外,某些灰氧化物的存在對燈泡發黑的原因有很大的影響。作為對策,在比燈絲的工作溫度高得多的溫度下進行熱處理,以減少灰的氧化物並抑制壽命期間的黑化。通過這種熱處理,燈絲的表面狀態變得堅硬而堅固,並具有類似金屬的性能,工作溫度升高200℃,可以使用到1900℃。雖然碳的熔點很高,約為3500℃,但由於其在高溫範圍內的高蒸氣壓和快速蒸發(昇華),它不能在高溫下使用。直到鎢絲燈泡的發展,這種經過熱處理的碳絲白熾燈泡才成為主流。
鎢絲的發明
此後,不斷開發除碳以外的新型燈絲,人們將注意力集中在熔點為3360℃的鎢上。有人嘗試用粉末製成固體或線狀鎢,但這並沒有發生,1905 年澳大利亞的 A. Just 和 F. Hanaman 用化學方法將鎢製成細絲,我成功地製造了它。我們能夠獲得兩倍於碳的效率,但缺點是燈絲非常脆且難以處理。 1908年,W. Dcoolidge發現鎢的各種加工提高了其機械強度,解決了鎢的脆性問題,並於1910年投入實用。
充氣燈泡的發明
黑化現像出現在鎢絲燈泡和碳絲上。一、美國的朗繆爾發現燈泡發黑現象的原因是鎢絲的蒸發,發現在燈泡內封入惰性氣體可以減少蒸發量。還發現惰性氣體導致燈絲被一層惰性氣體包裹,造成熱量損失。綜上所述,充氣燈泡由於熱傳導和對流造成能量損失,但抑制了鎢的蒸發,所以如果使用熱傳導小的氣體,燈絲溫度可以比真空燈泡高同樣的生活。事實證明,它可以更大,最終更有效率。由於這種熱損失會影響燈絲的長度,因此我們通過將燈絲從直線改為線圈,成功地減少了熱損失,並誕生了包含單線圈氣體的燈泡。最初,氮氣被用作惰性氣體。此後,以氬氣封入的氮量少、熱導率低、分子量大(蒸發抑制效果高)的氣體成為主流。
雙線圈燈絲的發明
1921年,三浦純一通過再次捲繞單線圈燈絲,發明了效率更高的雙線圈燈絲,並於1936年向公眾發布。後來,雙線圈燈絲最初垂直於燈泡放置,但發現垂直方向減少了熱損失,效率提高了 5%。
鹵素燈的發明
鹵素燈泡由美國 E.G.Zebler 於 1959 年開發。鹵素燈泡具有工作特性(壽命期間的光速維持率)幾乎沒有變化的特點。 1915年研究了鹵素元素的使用,但由於缺乏熱力學闡明和石英玻璃加工技術,未能商業化。封裝在燈管內的滷素氣體在點亮時在高溫部分原子化解離,並與蒸發的鎢結合形成蒸汽壓高的滷化鎢,防止鎢沉積在玻璃燈泡的內表面。如果燈泡保持在鎢化合物不沉積和溫度不離解的溫度範圍內,黑化不會減少。此外,由於燈絲在點亮過程中變熱,當達到 1400℃ 或更高時鹵化鎢分離,鎢返回燈絲,因此可以抑制燈絲的磨損。為了滿足這些條件,必須具有小尺寸和高輸出,並且玻璃燈泡使用耐熱石英玻璃。 1959年投入實用的滷素燈泡是雙端含碘燈泡,被宣布用於泛光照明。最近,溴被封閉以穩定生命特性。之後,對雙端型進行改進,開發出單端型燈。用於普通照明的滷素燈和白熾燈泡現在正在歐洲國家逐步淘汰,因為它們的可見光比例低於 LED 燈泡。