Когда покупаешь лампочку, никогда не знаешь, сколько она прослужит. Разный срок службы в первую очередь ограничивается наличием микротрещин в вольфрамовой проволоке. Имитационная модель материалов теперь описывает образование трещин до и после процесса волочения и, таким образом, позволяет оценить срок службы.
Лампочки в идеале служат 42 дня непрерывной работы - если это было на усмотрение производителя. В действительности, однако, все обстоит мрачнее: одни лампочки перегорают годами, а другим требуется всего несколько дней. Более однородное качество продукции предотвращает, среди прочего, мелкие трещины в вольфрамовой проволоке, которые в конечном итоге приводят к ее поломке. Два крупнейших в мире производителя лампочек, Osram и Philips, также борются с этой проблемой.
Традиционно для улучшения процесса волочения проволоки в отрасли применялись методы проб и ошибок. Благодаря моделированию поведения материала производство должно быть улучшено более целенаправленно, чем раньше. Производители вместе с исследователями из Фраунгоферовского института механики материалов IWM отслеживают трещины и последующие трудности при намотке. «Как только мы узнаем природу и поведение проволоки, мы сможем оптимизировать и стандартизировать производство», - считает Бернд Эберхард, руководитель проекта Osram.
При толщине 40 микрон вольфрамовая нить в среднем вдвое тоньше человеческого волоса, в зависимости от типа лампы. Пока проволока не достигла этого диаметра, ее приходится натягивать тонкой и длинной в несколько приемов. В зависимости от номера на нем может быть несколько или много продольных трещин. Такие трещины образуются в основном на первых стадиях волочения, т.е. при сужении с почти четырех миллиметров до 0,3.
Мелкие трещины удлиняются по мере вытягивания проволоки до диаметра до пяти микрометров. Причиной этого является натяжение, которое остается в проволоке после того, как ее натянули, как выяснил руководитель проекта Fraunhofer Хольгер Брем и его команда. «Нам уже удалось математически описать поведение проволоки и трещин в процессе волочения и после него. Впервые вольфрамовая проволока видна на экране по всему конусу».
Растрескивание дополнительно исследуется, и в модель включаются другие соответствующие факторы. Важным из них является трение между проволокой и волочильным штампом. Если она высокая, металл нагревается сильнее. Поэтому исследователи в настоящее время интегрируют изменение температуры во время и после запуска в симуляцию.«Вытянутая проволока остывает быстрее на поверхности, чем внутри», - говорит Брем, подводя итог последним экспериментальным результатам. «К сожалению, во время этого процесса также могут возникать расколы».