白炽灯出现约在1个多世纪以前,后来在设计与工艺方面又经过很多改进,才成为性优异和使用方便的光源。尽管在英国尚有效率更高的光源,但在各类灯的年产量中,还是以白炽 灯 为最高。目前办公室、工厂、公共建筑、商店和车辆中已越来越多地采用荧光灯和其他放电灯,但作为一种随处可用的光源,白炽灯在家庭使用方面还是无以匹敌的。 白炽灯的光是由电流通过灯丝的热效应而产生的。当灯丝温度升高至500℃即可发出可见光外加红外线,而在比500℃低得多的温度下,便有一部分红外线辐射出来。
钨之所以特别适用于做灯丝材料,主要是由于它的熔点高和高温蒸发率较低。所以几乎所有的白炽灯丝,现在都采用钨制作。有时在钨的原料中加入少量添加剂,使灯丝具有特殊性能。为了减少热损失和便于灯丝的安装,一般将钨丝绕成单螺旋或双螺旋形。常用电压灯泡灯丝的制作,一般须先将钨丝绕在钢心线或钼芯线上,然后经过热处理以消除灯丝的应力,再用酸液溶去芯线,有时,还须将灯丝再送入氢气炉中烧炼一次。低压灯泡的灯丝,特别是12伏以下的灯丝,现已用抽芯线高速绕丝机来绕制, 灯 丝绕成后芯线能自动抽出,然后再将灯丝切断,自动送去进行装挂。
灯丝白炽灯丝的设计,很大程度上取决于所需的工作参数。钨丝长度主要决定于电压,钨丝的直径决定于电流。这些特性多少会受到工作温度的影响,而工作温度又是随设计寿命而变化的。绕制成灯丝的长度决定于:对芯线与钨丝直径比值的控制,以保证 灯 丝有足够的刚性;使灯丝尽量短些,以减少热损耗。同样原理可延伸到对双螺旋灯丝的应用,采用双螺旋灯丝能使40瓦普灯的灯丝长度由原来的50毫米减少到25毫米,并在同等寿命下使灯的光效提高20%。但必须看到,双螺旋灯丝的光输出虽然较高,很适合家庭照明之用,但强度不如单螺旋灯丝,不宜用于有震动或摆动的场合。
也有专用于震动地方的重负载灯泡。为了增加耐震性能,可使芯线与钨丝的直径比稍小,还可增加一些灯丝支架。某些类型的灯,特别是灯丝工作温度较低的灯,可采用特殊级别的钨以增强耐震性能,例如用铼或钍为添加剂的钨,其金相结构适宜于这方面的应用。
玻壳长期以来普灯泡壳均采用梨形,自1950年后,蘑菇形泡壳日渐增多。泡壳尺寸的经常变动,不利于高速吹泡机的生产。近来改变了过去泡壳形状、规格变动过多的做法,取得了有利的经济效果。现在40瓦、60瓦和100瓦的梨形、蘑菇形双螺旋灯丝白炽 灯 ,均采用直径60毫米的泡壳。制灯厂要求灯泡燃点时,对灯头的升温有一系列最高温度限制,这也限制了灯泡的最小尺寸。现在还要求在灯具上注明能承受的最大功率,这与上述最大耐温度的规定结合起来,便可减少由于使用过大功率的 灯 泡而产生过热的问题。
泡壳内究竟是采用真空还是充气,主要取决于额定电流的大小。例如,15瓦和25瓦的常用电压灯泡,一般可采用真空,40瓦以上的宜采用充气。真空泡的优点是没有气体造成的热损耗,但又带来了钨丝在白炽温度下蒸发无控制的缺点,因而使钨沉积在泡壳内壁造成泡壳发黑。充气泡则由于泡壳内有气体分子的作用,能降低钨的蒸发率,可使 灯丝在更高的温度下工作而不致缩短寿命,但气体却能从灯丝上传导热,并在泡壳内引起热对流,从而加剧了热损耗。因此充气只能用于具有一定额定功率的灯泡。