もし、一つの幸運が百の不運を上回るというのが本当ならば、タングステンフィラメントの引き抜き技術の発明は、その明確な証拠となるでしょう。数多くの失敗を経たタングステンフィラメントの製造方法は、粉末冶金技術の発展における転換点となりました。

歴史

私たちが知っている白熱電球は1904年に登場しました。それ以前は、ランプの光源として炭素電極が使用されていました。1878年にスワンがニューカッスルで発表した、彼が発明した8カンデラと16カンデラの炭素ランプ以来、四半世紀以上にわたり、適切な材料の探索が進行していました。19世紀末、フォン・ヴェルスバッハはオスミウム（t°融 = 2700°C）を用いて金属フィラメントを製造しました。オスミウムランプは炭素ランプの6倍の効率と明るさを誇っていましたが、プラチナグループの元素オスミウムの価格は非常に高価であったため、ランプもまた非常に高価でした。

1903年、フォン・ボルトンは「シーメンス・ハルスケ」社において、融点2996°Cのタンタルをフィラメントに用いることを提案しました。タンタルランプはオスミウムランプよりも15%効率的で、生産にも導入され始めましたが、翌年登場したタングステンフィラメントとの競争には耐えられませんでした。タングステンフィラメントを用いたランプは、1911年までに市場の他のランプを駆逐しました。タングステンの光率はオスミウムの2倍であり、高電圧下ではほぼ4倍でした。現代のタングステンカソードを持つ蛍光ランプは、19世紀末のオスミウムランプのほぼ9倍の効率と明るさを持っています。

タングステンフィラメント製造技術の発展

長い間、常温でのタングステンの非常に脆い性質のために、十分に細いフィラメントを引き抜くことができませんでした。20世紀初頭、「シーメンス・ハルスケ」はタンタルに開発された引き抜き技術をタングステンに適用しようとしましたが、タングステンはこの方法には十分に展性がありませんでした。後に、ユニークな方法が特許として登録されました。水素雰囲気下でタングステン電極間に電気アークを励起させ、グラファイトるつぼ内からタングステン粉末で覆ったタングステンブランクを溶解するものでした。これにより、直径10mm、長さ最大30mmの溶融タングステンのしずくが得られ、冷却後にさらに加工されました。別の特許では、タングステン粉末を有機ペーストと混合し、得られたペーストをノズルから押し出し、惰性雰囲気で焼成することが特徴でした。この技術により、十分に細いタングステンフィラメントが得られました。ある有望な開発は次のように見えました。水素とWCl₄蒸気の雰囲気で炭素フィラメントを加熱し、フィラメント表面にタングステンを析出させ、炭化タングステンWCの形で焼結させました。フィラメントは再加熱され、水素流中で炭素を「洗い流し」、押出し法で得られたフィラメントと同様に純粋なタングステンフィラメントが残りました。1915年、電気技術者アレックス・クーリッジがフィラメントの引き抜き、焼鈍、機械加工の最適な温度条件を見出し、タングステンの物理的加工の最良の選択肢を提供しました。

現代の製造

出発材料は高純度のタングステン粉末です。特殊な粉砕機で原料を微粉末化し、窒素雰囲気中で摩擦により加熱された表面が酸化するのを防ぎます。その後、鋼型において5〜25kg/mm²の圧力でブランクをプレス加工します。原料が劣っているとブランクが脆くなるため、有機化合物を添加してこれを回避します。次の工程は焼結です。プレス加工されたブランク、またはシャフトと呼ばれるそれらは、金属タングステンの密度の約2/3の比重を持つので、非常に高温で焼結されます。それらを水冷されたコンタクトの間に配置し、乾燥したH₂雰囲気中で電気放電を流し、ほぼ融点まで加熱します。これにより結晶粒のサイズが増し、ブランクは鋳物の95%の密度に達します。ブランクを1200〜1500°Cで鍛造します。特殊なマシンで焼結されたシャフトは圧縮され、毎回12%程度細くなります。タングステングレインは延び、それによりフィブリル構造が得られます。鍛造後、フィラメントはダイヤモンドシートを通過します。得られるフィラメントの直径は約13μmです。

組成のパーセンテージ

タングステンフィラメントの利点

タングステンは最も高融点の金属で、その融点は3422°Cです。タングステンフィラメントは耐熱性を持ち、温度膨張係数が最小です。また、非常に高い電気抵抗と光度、温度クリープの高耐性、良好な熱伝導率を有します。

欠点

タングステンは地殻において稀少な元素に属します。純粋な形での取得の複雑さと加工時のタングステンの扱いにくさは、タングステンフィラメントの原価に影響を与えます。

用途

タングステンフィラメントは、2500°Cまでの高い作動温度でのタングステンの低蒸気圧性のため、電気技術およびラジオエレクトロニクスで需要があります。その高融点性と卓越した光度は、白熱電球、ブラウン管およびその他の真空管において不可欠です。タングステンフィラメント（ГОСТ 19 671-91）ブランドВА、ВЧ、ВРНは、フィラメントおよび加熱体だけでなく、電子デバイスのフィラメントおよびこれらの素子、半導体器具の部品、リングヒーター、グリッド、X線管のターゲットに用いられます。ВРНブランドは合金化されたタングステンを必要としない導体やトラバーサおよび部品に使用されます。

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