Введение к работе
Актуальность работы. Исходя из задач создания новой прогрессивной техники и реализации ресурсосберегающего направления в развитии экономики необходимо в полной иере использовать возможности материалов с заранее заданными свойствами, обуславливащих высокий экономический эффект в народном хозяйстве. Применение принципиально новых конструкционных материалов, в частности, композитов, изготовление которых в последние годы возросло в десятки раз и которые многократно превосходят по своим свойствам применяемые в настоящее время традиционные материалы, открывает перед наукой и тгхп;:;сс.й огромны? перспективы.
Композиционные материалы представляют собой искусственно созданную систему, состоящую из связующего (матрицы), обеспечивающего монолитность материала, и упрочняющего армирующего наполнителя в виде непрерывных высокопрочных волокон или дискретных волокнистых частиц. Композиционные материалы могут быть нз только жесткими, но и эластичными, они легки, более технологичны. Технологи;, изготовления деталей из них в перспективе безотходна. Использование композитов в различных отраслях промышленности во всем мире резко возрастает, соответственно см-*автся и их стоимость /1 /.
Как известно, нить накала в электрических лампах накаливания (ЛН) является самой ответственной частью, от качества и свойств которой зависят как световые, так и прочностные свойства ламп. Поэтому прогресс в производстве ЛН тесно связан с достиже-ниями в изготовлении достаточно совершенных нитей накала, позволяющих варьировать световые и электрические параметры ламп.
В настоящее время в качестве тел накала (ТН) в ЛН повсеместно используется вольфрам, имеющий самую высокую- из металлов
I. "Пора будить принцессу" - Правда. 8 июля I9S7 г
температуру плавления (TW«3370C), что позволяет достигать высоких рабочих температур и световых характеристик лаш. По прогнозам мировые запасы вольфрама имеют заметную тенденции к истощению, поэтому ухе в настояцее время весьма остро ощущается проблема замены этого дефицитного сырья другими, более доступными жаростойкими материалами.
Благодаря разнообразным и по ряду показателей уникальным $изико-ыех&ническим и химическим свойствам, углеродные волокна (УВ) занимают особое положение среди жаростойких волокнистых материалов. В них удачно сочетаются высокие прочностные характеристики с низкой плотносгью, они имеют достаточно высокую электропроводность , низкие коэффициенты теплового расширения, высокую химическую стойкость к большинству агрессивных сред. Использование УВ в качестве ГН без предварительной обработки затруднено из-за того, что их электрические, физико-механические и другие характеристики не обеспечивают достаточных световых параметров и необходимую продолжительность работы. Поэтому весьма актуальной задачей является создание на основе УВ тела накала с соответствующими свойствами.
Цель'и задачи работн. Ввиду наличия в настоящее время большого ч4сла УВ, обладающих различными исходными свойствами, а такие создания на-их основе композиционных материалов с заданными характеристиками в целях экономии остродефицитного вольфрама и улучшения экологичное производства ЛН разработать технологию изготовления ЛН с ТН на основе УВ различных типов.
Исходя из поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
I. На основе анализа литературных данных и собственных
исследований выбрать определенные УВ для использования в качест
ве ТН в Л^, —. .
-
На основа разработки научных основ технологии получения композиционных углерод-углеродных катеряалов (КУУЫ), получить композиционное ТН, а таете ТН на осново пековой мононити с определенными показателдаи, обеспечивггщими достаточный срок службы ламп при удовлетворительных световых и электрических параметрах.
-
Провести исследования физико-механических, электрических и теплофизичзских свойств материала углеродного ТН, отвечающих за поведение его в лампе при рабочих температурах.
-
Разработать технологию изготовления ЛН с углеродны?* ТН и провести измерения их световых и электрических параметров, а также определить предельный срок службы.
-
G цзлыо увеличения светосых параметров и срока службы исследовать возможность осуществления регенеративного цикла в ЛН с углеродным ТН без использования галогенов.
Научная новизна ряботн:
впервые разработаны фязико-хикичэскне основы получения ТН на базе УВ выбранннх типов, уточнены технологические параметры процесса и предложена принципиальная технологичзская схема получения углеродного ТН;
впервые с учетом сил межатомного взааі«одо2ст2!!л « сзгзон-ной с ними энергии активацій испарения, частоты теплозкк колебаний атомов и параметра решетки теоретически оценена скорость испарения материала углеродного ТН в вакууме;
- впервые на основе термодинамического анализа систеші
"углерод-водород" в интервале температур 29&-4000 К теоретически
расчитан и практически осуществлен регенеративный цикл, роль активной добавки в котором играет введенный в лампу водород;
- показана, что материал полученных углеродных ТН обладает
свойством непровисаемостн при высоких температурах и низких
механических напряжениях, что способствует формоустойчивости ТН;
-- исследоіания высокотемпературной длительной прочности материала углеродного ТН показали, что разрушение его во всей области температур носит в соответствии с кинетической концепци-ей прочности интеркристаляический хрупкий характер;
- разработаны и изготовлены образцы ЛН а ТН на основе выбранных типов УВ и измерены их световые и электрические параметры.
Практическая ценность работы.
-
Полученные в диссертационной работе результаты могут быть использованы при создании ЛН общего и специального назначения, в пирометрии, медицине, в источниках инфракрасного излучения и высокой яркости.
-
В результате использования углеродного ТН ыояно довести его температуру до 4000 К иедае, что дает возможность в перспективе повысить световые характеристики ламп.
'3. На оеиове расчетно-экспериментальных оценок даются практические рекомендации по технологии изготовления ЛН с углеродным ТН.
-
Применение галогенов в современных лампах накаливания экологически небезопасно, поэтому использование водорода в качестве активной добавки будет являться экологически чистым решением, а также избавит оу необходимости нанесения галогеностойхих покрытий на элементы внутренней конструкции ламп.
-
Подобраны оптимальные параметры (температура ТН, давление и концентрации компонентов газовой смеси), при которых вышеописанный цикл может быть осуществлен, а также исследовано влияние неизбежных при технологических операциях посторонних примесей (кислород и пары воды) на его протекание.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на: IX Всесоюзной научно-технической конфе-
ренции по светотехнике (Рига, 1987 г); 1-м Всесоюзном совещании по вопросам материаловедения для источников света (Саранск, 1988 г) в рамках Комплексной научно-технической программы "Человек и свет"; ХШ, ХУ и ХП научно-технических конференциях молодьк ученых и специалистов ВНИЖ2 (Саранск, 1983, 1987 и 1990 годы); на заседании НТС ВНИИИС (Саранск, 1987 г); Международном симпозиуме по технологии источников света (Йорк, Великобритания, сентябрь 1989 г); Международной коиферендаи по освещению (Варна, Болгария, октябрь 1990 г).
Публикации. По материала;.; д/.ссертаї'ионнпй работы опубликовано II печатных работ, в том числе получено 2 авторских свидетельства.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 197 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных литературных источников /195 наименований/ и содержит 31 рисунок, 4 таблицы и приложения на 30 листах.
