必须克服用以制造白炽灯用的易熔玻璃制造工艺方面的许多困难。灯泡被焊补住了,而且在整个使用期限内应保持高度真空。把灯丝两端连接到穿过玻璃而引入的电极上的问题也不是一件简单的事。但由于采用了铂丝,这个问题也就不存在了:铂丝的两端可以直接穿过玻璃,因为玻璃的膨胀系数与铂的膨胀系数区别不大。这个问题是随着改用炭质灯丝而产生的。后来在爱迪生的工厂里,人们就把铂焊接到引入的电极上,以便使电极穿过玻璃。在1891年,尔·兰格汉斯在柏林获得了代铂丝(即白炽灯用的铂丝的代用品的专利权,这是由用电镀或机械包覆方法涂上了一层铂的铁和镍合金制成的金属线)。
爱迪生发现,残留在玻璃、电极和灯泡里的气体,对白炽灯中的灯丝性能有着不良影响。但关于改进真空和消除残留的气体的有害影响的问题,在1894年才被意大利的马利尼亚尼彻底解决了。解决的方法是:空气抽出后仍使灯泡处于过热状态,一直到灯泡内出现淡蓝色辉光为止;在此之后,把磷、砷、硫磺的蒸气送入到灯泡里使之与剩余的氧化合在一起。
这里我们不去叙述爱迪生是如何研制出在照明装置中所用的电力的生产、分配和测定系统中的所有元部件的,是如何使这些元部件达到了能实际运用的程度的,因为下一章就要对此加以专门叙述。这里我们只指出,爱迪生在进行白炽灯的全部研制工作的同时,还不断对白炽灯的物理特性、电特性和光特性进行了检测。爱迪生为测量电流强度,制造了实验室所需要的电功率计;而为测量光度制造了最简单的光度计;他还购置了一些电阻箱。那时还没有安培表,还没有把瓦特作为功率单位。所有制造出来的灯泡都经过以下试验:用多大的电压才能使光亮达到16支烛光?预计每一马力的功率应带多少盏灯(每一个灯泡平均需要的功率为93瓦左右,也就是说一个水平烛光的单位消耗为6瓦左右!)。功率是用水的热量测定器,根据水温在一定的时间内上升的情况来测定的。现代照明技术专家当然很清楚,这种测量方法是太简单了。但是要知道测量仪器需要人去发明,而方法也需要人去想出来,主要的电单位制还刚在制定,爱迪生就在这样,实际上说是原始的条件下组织对产品进行颇有成效的检查,以便使产品的质量稳定,并尽可能地更加节约能量消耗。
只是在韦斯顿开始制造安培表、电压表的90年代初,才开始依据更加可靠的科学原理对白炽灯的质量和性能进行检查。况且这时已确立和掌握了电的测量单位和这些单位的标准器。在此时之前,光度学也取得了很大的成绩。爱迪生采用抽查的办法对灯泡的使用寿命作了试验,还采用了快速法即在提高电压的情况下对灯的使用寿命进行试验。
因此,可以认为1879年是以爱迪生彻底获得胜利及其成就充分得到承认而告终。他获得了保卫白炽灯之战的胜利,并为了改进和大大普及白炽灯而扩大了自己研究工作的范围。但事实证明,已被他所克服的困难只是漫漫征途的第一步,此后还将不断出现更多的困难。
六
1880年元月,当爱迪生得到用纸或高级纸板的炭化条制造灯丝的专利特许证后,美国发明家索耶开始通过法庭来争夺爱迪生的专利特许证。索耶证明说,他在爱迪生以前就提出由炭化纸条作灯丝的白炽灯,并要求取消爱迪生的专利权。但在此之前爱迪生就证实,用这种灯丝的灯使用寿命不长,因而停止了炭化灯丝的制造,改用强阻抗的炭丝。炭化纸条灯早在索耶起诉前就已停止生产,所以实际上他的起诉也就不了了之,尽管法庭承认了索耶的炭化纸条灯丝的优先权。
在80年代前5年,爱迪生全神贯注地研究白炽灯和改进照明系统;他对别人的研究工作毫不注意,尽管这些人已开始生产和出售他所研制的那种灯了。当时呈递了许多专利申请书,但这些申请书,通常或是与以前颁发的专利特许证有矛盾,或只是牵涉到某些零件。众多的申请书,给改进灯泡和制造更经济型的灯泡造成很大的困难。在80年代中期以前,美国的电气工业已有发展并巩固起来了,许多电工商行都有生产产品的权利和专利特许证。1878年为对爱迪生的白炽灯的专利特许证和电照明系统进行商业经营而建立的“爱迪生电灯公司”,极为迅速地发展起来了。虽然出现了新的白炽灯生产者的激烈竞争,但美国白炽灯的生产几乎有四分之三是这个公司制造的,年产量达到30万只。到1883年末,这一公司就拥有美国发给爱迪生的专利特许证215份,而还有300多份专利补充申请书已呈交专利局审批。但侵犯爱迪生专利权的人特别多,以致公司不得不把实际情况弄明确。从1885年到1901年,爱迪生公司及其继承者花费了约200万美元同200多名侵犯专利权的人打官司,这一些诉讼案的被告人大概也花费了200万美元。
七
爱迪生懂得,在关于生产白炽灯和各种复杂照明装置的问题上,他必须放弃不在自己的各实验室下建立大规模生产和大量出售产品的企业这一原则。1880年10月1日,世界上第一座生产白炽灯的工厂在门罗园开工生产了。但人们对白炽灯的需求正迅速增长,爱迪生也不得不考虑把工厂迁往其他地区,并扩大生产规模。1881年爱迪生在哈里森城(新泽西州)的“爱迪生灯泡厂”开工生产了。主要生产的类型是16支烛光的灯泡,也小量生产8支烛光的灯泡,而光度超过16支烛光(甚至达到150支烛光)的灯泡也有小量生产。哈里森工厂里的灯泡生产技术最初是相当原始的。主要工序都是很繁重的手工操作(在1882年至1883年制造一个灯泡需要300道工序),所以灯泡的生产量比较小,工厂里有150人做工,日产量1200只灯泡。1883年出售了7万只灯泡,而1884年出售量就达到了12. 5万只。最初几年,灯泡只卖给中心发电站或自备发电站,再由它们供应给用户。
为广泛普及白炽灯,应当实行使广大用户买得起灯泡和对灯泡生产者也有利可图的价格政策。爱迪生懂得,灯泡生产规模的扩大和工艺的改进,一定会导致成本的迅速降低(1881年一只灯泡的成本为1. 1美元)。爱迪生就拟定了一个“争夺”用户的计划。他是这样打算的,灯泡的售价开始要低于成本,而且这个价格要多年不变,以后随着工艺的改进,成本就该大大地降低,这时仍以最初价格出售生产就有了利润,而这些利润会抵偿以前的亏损。爱迪生事实上正是这样做的。他开始规定每只灯泡售价40美分。按这价格,每卖出一只灯泡就要亏损70美分。第一年卖出了2万多只灯泡。第二年每只成本降低到70美分,而出售价格没有发生变动,但生产规模扩大了,所以爱迪生出售灯泡的年亏损数甚至比上年还多。在第三年,许多手工工序被机器所代替,工艺得到了改进,这就使成本降低到50美分。但制造和出售的灯泡的数量迅速增多,爱迪生的年亏损又增加了。在电灯工厂开工的第四年,成本降到37美分。在出售价格仍为40美分的情况下,爱迪生在一年内的收入完全补偿头三年的亏损。而且在第五年成本降到22美分,而灯泡的年产量超过100万只。在出售价格仍为以前的40美分的情况下,爱迪生公司就能从出售灯泡中获得一年比一年多的利润。
在1896年以前已有36家生产白炽灯的公司。剧烈竞争导致了出售价格的降低。于是各种类型的灯泡的价格在1896年总是在12美分到18美分之间波动,但生产却大大改进和扩大了,以致这样的价格也还能获得巨额利润。
在美国电灯泡生产发展的同时,爱迪生的思想开始在欧洲得到传播。在还没有弄清楚爱迪生灯泡及其照明系统的本质和优点以前,许多欧洲电工学家都对他的研究工作持怀疑态度。在1881年的博览会上,爱迪生特别成功地演示了自己的灯泡。电站的建议在欧洲开始发展起来。
爱迪生在1881年博览会之后,马上建议柏林的西门子—哈尔斯克公司向他购买许可证,以便按照他的专利特许证生产灯泡。西门子谢绝了,因为他认为,他的堂堂一个康采恩利用别人的专利特许证是很不相宜的。主要的原因是西门子确信,白炽灯的令人心向神往是一种暂时现象,在照明技术中返回到弧光灯是势在必然。
在法国,情况就有些不同。根据法国法律,产品只有在法国制造,专利特许证才有效。当时(1877年—1881年),法国人对巴·尼·亚布罗齐柯夫电烛特别感兴趣,而白炽灯的生产没有得到资本家的支持。1881年,斯旺在巴黎开办了电灯工厂,而翌年又在利尔开办了一座电灯厂。1882年,爱迪生在巴黎附近的伊夫里开办了一座制造电机、照明器材和白炽灯的电机厂,灯泡的日产量最初为500只。爱迪生为在法国展开研究工作,组织了“巴黎爱迪生欧洲大陆公司”,这个公司使爱迪生的专利特许证在法国生效。1888年,爱迪生和斯旺在法国的利益,通过组织联合公司“白炽灯总公司”而联合起来了。此后的专利诉讼,都是在该公司和它的竞争者之间进行的。
因为西门子拒绝购买爱迪生的白炽灯专利特许证的许可证,爱迪生就把在整个西欧使用白炽灯的权利转让给了“巴黎爱迪生欧洲大陆公司”。埃米利·拉捷瑙从该公司买了在德国使用爱迪生专利特许证的权利,并在1883年组织了“德国爱迪生通用电气公司”,当时在德国活动的还有斯旺的公司,这两个公司展开了竞争,一直达到由法院审理的地步。莱比锡最高法院判决宣布爱迪生的专利持许证是有效的,同时也没有承认斯旺侵犯了爱迪生的专利特许证。1887年,当“德国爱迪生公司”不再对“爱迪生欧洲大陆公司”负有债务时,“通用电气公司”在柏林建立了。在这种情况下,西门子—哈尔斯克康采恩和“通用电气公司”在白炽灯方面的利益,通过专门契约而取得一致。
在灯泡生产占有较为显著地位的其他国家,可以提及的有奥匈帝国、意大利和荷兰。欧洲的产品就其质量来说,长期以来比美国的差。有几家商行已使产品标准化,并就工艺达成了协议。这是朝着建立国际电灯辛迪加“太阳神”迈出了第一步,这个辛迪加一直存在到1941年,总理事会设在日内瓦。
八
爱迪生的卓越成就是创造了实用的白炽灯和确立了照明系统。但他并不认为自己的这种发明是十分理想的。他认为充其量不过是照明技术史和电工技术史上的一个阶段,一个比较长的阶段。在1929年庆祝白炽灯“50周年纪念日”中,爱迪生说:“完美无疵的发明是没有的,现今的白炽灯也不例外。不发热的光这才是理想,但离这一步还很遥远。”其实不发热的光的出现并不那么遥远:过了12~15年,就出现了在很大程度上已具有产生不发热性能的荧光灯。
在爱迪生进行研究活动之前,长期存在着对白炽灯方面的发明持怀疑态度或否定态度的现象。但爱迪生白炽灯的辉煌成就,很快消除了这种成见。人们都相信电灯,这就为电灯的实际应用开辟了一条日益扩大的康庄大道。
我们要援引法国科学院院士、《电灯》杂志主编特·德蒙谢利就爱迪生最早的白炽灯所发表的意见。他在1881年写道:“所有试验所获得只不过是局部性的成功,1879年出现了关于爱迪生的新式炭质白炽灯的消息,许多科学家,其中也包括我本人,开始对从美国传到我们这里来的传闻的可靠性表示怀疑。一块炭化了的马蹄铁形棉纸,看样子不能抵抗住机械的冲击,任何时候都不会成为白热化的。正在这时,侯德·弗·斯旺也断言,他在试验类似灯丝时,从来都没有获得过多少令人满意的结果。然而爱迪生并未感到难堪,而且他也不管虽然有人强烈反对他的电灯,也不管他的电灯已成为激烈辩论的对象,他没有停下来,而是为了实用的目的继续改进电灯,所以最后终于制造出了我们在这里的博览会上所看到的、受到世界赞赏的电灯。”
1929年为纪念爱迪生的白炽灯创制50周年,在美国举行了庆祝会,有许多卓越的科学专家和技术专家都赶来参加了庆祝会,他们当中有玛利雅·斯克拉多夫斯卡娅—居里、奥尔维尔·莱特和一批著名的日本工程师等。爱迪生收到了威尔士亲王和德国总统金坚布尔格的贺电,海军上将伯德从南极拍来的贺电,阿尔伯特·爱因斯坦和其他科学家的贺电。50年前在门罗园制造灯泡的机械专家杰利,当着美国总统胡佛、亨利·福利、爱迪生等人的面,仿照了在1879年条件下制作电灯的情况,即采用1879年那样的灯丝、抽气机、玻璃、灯头等制造起电灯来。他所制造出的那盏电灯是由胡佛总统亲手开电门燃起来,该灯亮得特别好。