Сияющая нить: вольфрамовая нить

Лампа накаливания знакома практически каждому современному человеку. Основной ее элемент — вольфрамовая нить, которая при нагревании током раскаляется и начинает сиять, заливая мягким теплым светом окружающее пространство. Так было не всегда. Лампочка Эдисона в момент изобретения (в 1878 году) была далека от совершенства. Нить накаливания из обугленной бумаги часто перегорала, и в 1882 году Льюис Латимер запатентовал процесс изготовления нитей накаливания из обугленных хлопковых нитей, что увеличило долговечность ламп. Но этого было мало.

Идею повысить энергоэффективность с помощью нити из тугоплавких металлов выдвинул наш соотечественник Александр Лодыгин. В заявке, поданной в патентное бюро США в 1892 году, он подробно описал, как изготавливать нить накаливания из платины, хрома, а также упомянул вольфрам как самый подходящий материал, хотя и отметил сложности в его обработке. В итоге вольфрам все-таки нашел свое место в лампах, несмотря на низкую пластичность. Порошок вольфрама смешивали с органическим клейстером (обычно крахмальным), полученную массу выдавливали через фильеру, а затем тонкую нить прокаливали, удаляя органическое связующее.

Однако остатки органики приводили к появлению на стенках колбы слоя углерода, и лампа быстро «темнела». В 1905 году этой проблемой занялся новый сотрудник исследовательской лаборатории General Electric в городке Шенектеди (штат Нью-Йорк) Уильям Кулидж, выпускник Массачусетского технологического института, получивший в 1899 году степень доктора наук в Университете Лейпцига. Перед ним поставили на первый взгляд неразрешимую задачу разработать связующее, не содержащее углерода.

Решение пришло неожиданно. Сидя в кресле стоматолога, Кулидж наблюдал, как врач смешивает серебро со ртутью, изготавливая пластичную массу — амальгаму серебра, которой тогда пломбировали больные зубы. По словам физика, он был поражен пластичностью полученной массы: «Я сразу задумался, нельзя ли использовать амальгаму какого-нибудь металла в качестве временного связующего для вольфрама» После множества экспериментов с различными металлами решение было найдено: вольфрам смешивался с амальгамой кадмия, из полученной пластичной массы изготавливалась проволока, и когда ее прокаливали в вакууме, сначала кадмий, а потом ртуть полностью испарялись, оставляя тонкую нить из спеченного чистого вольфрама, который к тому же поддавался дальнейшей обработке. Вскоре процесс удалось модифицировать, чтобы обойтись без ртути, но, как вспоминал в 1960-х сам Кулидж, «без первого шага не было бы второго». В результате Кулидж получил признание (он позднее дослужился до вице-президента GE), а мир — дешевое и энергоэффективное электрическое освещение.