مواد المصابيح: دليل شامل
اللمبة هي جهاز ينتج الإضاءة باستخدام فتيلة مغموسة في مادة قابلة للاشتعال أو أدوات إضاءة أخرى مثل اللمبات الغازية والكهربائية. تم اختراع اللمبات على الأقل منذ حوالي 70,000 سنة قبل الميلاد وقد تطورت مع مرور الوقت لاستخدام مواد وأنماط مختلفة. في هذا المقال، سنستكشف أنواع المواد المختلفة المستخدمة في بناء اللمبة وخصائصها ووظائفها.
ما هي مواد اللمبة؟
مادة اللمبة هي أي مادة تستخدم لبناء اللمبة أو مكوناتها. يمكن تصنيف مواد اللمبة إلى فئتين رئيسيتين: المواد العازلة والمواد الموصلة. المواد العازلة هي تلك التي لا تسمح بمرور تيار كهربائي عبرها، مثل الزجاج والسيراميك والبلاستيك. المواد الموصلة هي تلك التي تسمح بمرور التيار الكهربائي عبرها، مثل المعادن والسبائك.
تُستخدم المواد العازلة لتشكيل الحاجز أو الغلاف الخارجي لللمبة، مما يحمي مصدر الضوء من العوامل الخارجية ويؤثر على لون ونوعية الضوء. تُستخدم المواد الموصلة لتشكيل الشعيرة والإلكترودات والأسلاك الدخيلة والقاعدة أو الغطاء النهائي لللمبة، مما يوفر الاتصال الكهربائي والدعم لمصدر الضوء.
أنواع مواد اللمبة
هناك العديد من أنواع مواد اللمبة المستخدمة لأغراض وتطبيقات مختلفة. بعض الأكثر شيوعًا منها:
الزجاج
الزجاج هو مادة شفافة تصنع من الرمل المنصهر أو السيليكا الممزوجة بمواد أخرى. يستخدم الزجاج بشكل واسع كحاجز أو غلاف خارجي لللمبات، حيث يمكنه تحمل درجات الحرارة والضغط العالية ويمكن تشكيله في أشكال وألوان مختلفة. كما يمكن للزجاج نقل الضوء بأقل خسارة أو تشوه، ويمكنه أيضًا أن يكون كيميائيًا غير نشط ومقاوم للتآكل.
بعض أنواع الزجاج المستخدمة لللمبات هي:
زجاج السيليكا الصوديومي: هذا هو النوع الأكثر شيوعًا من الزجاج، والذي له نقطة انصهار منخفضة ويُستخدم لللمبات الشعيرية. يحتوي على حوالي 67% سيليكا، بالإضافة إلى أكسيد الصوديوم وأكسيد الكالسيوم ومضافات أخرى.
زجاج السيليكا القلوي الرصاصي: هذا هو نوع من الزجاج الذي له مقاومة كهربائية أعلى من زجاج السيليكا الصوديومي، ويُستخدم للجزء الداخلي من الزجاجة. يحتوي على أكسيد الرصاص وأكسيد البوتاسيوم ومضافات أخرى.
زجاج البوروسيليكات: هذا هو نوع من الزجاج الذي له مقاومة حرارية أعلى ومعامل تمدد حراري أقل من زجاج السيليكا الصوديومي ويُستخدم لللمبات ذات الطاقة العالية، مثل مشاريع السينما. يحتوي على أكسيد البورون وأكسيد الألومنيوم ومضافات أخرى.
زجاج الألومينا السيليكا: هذا هو نوع من الزجاج الذي له مقاومة صدمة حرارية أقل من زجاج البوروسيليكات ولكن له مؤشر انكسار أعلى ويُستخدم لللمبات ذات الطاقة المنخفضة والإنارة العالية. يحتوي على الألومينا والماغنيسيا ومضافات أخرى.
الكوارتز: هذا هو نوع من الزجاج الذي يصنع من السيليكا النقية أو ثاني أكسيد السيليكون، والذي له نقطة انصهار وشفافية عالية جداً. يُستخدم لللمبات الهالوجينية التنغستنية، والتي تعمل في درجات حرارة عالية جداً. يحتوي فقط على كميات ضئيلة من المعادن الأخرى ومجموعات الهيدروكسيل.
زجاج مقاوم للصوديوم: هذا هو نوع من الزجاج المصمم خصيصًا لللمبات البخارية الصوديومية، والتي تنتج ضوءًا قويًا عن طريق تأيين بخار الصوديوم. يتميز بخار الصوديوم بخاصية تخفيض قوية يمكن أن تسبب تعتيمًا سريعًا للزجاج العادي. يحتوي الزجاج المقاوم للصوديوم على كميات صغيرة من السيليكا أو أكاسيد أخرى قابلة للتخفيض بسهولة لمنع هذا التأثير.
السيراميك
السيراميك هو مادة غير معدنية تصنع من الطين أو مواد غير عضوية أخرى يتم تسخينها وتصلبها. يستخدم السيراميك لللمبات لأنه يمكن تشكيله في أشكال وأحجام مختلفة ويمكن أن يكون لديه خصائص بصرية مختلفة، مثل الشفافية أو الشفافية الجزئية. يمكن للسيراميك أيضًا تحمل درجات الحرارة والضغط العالية ويمكن أن يكون كيميائيًا مستقرًا ومقاومًا للتآكل.
بعض أنواع السيراميك المستخدمة لللمبات هي:
سيراميك أكسيد المعادن متعدد البلورات: هذه هي السيراميك التي تصنع من أكاسيد المعادن مثل الألومينا والماغنيسيا أو أكاسيد الأرض النادرة، والتي يتم تسخينها وتسبيكها لتشكيل أجسام متعددة البلورات. يمكن لهذه السيراميك أن تكون شفافة أو شفافة جزئياً حسب مساميتها وحجم بلوراتها. تُستخدم لللمبات ذات الضغط العالي مثل اللمبات البخارية الصوديومية أو اللمبات الهاليدية المعدنية، والتي تتطلب نقل ضوء عالي.
السيراميك التقليدية: هذه هي السيراميك التي تصنع من الطين أو المواد الطبيعية الأخرى التي تخلط بالماء وتشكل في الأشكال المرغوبة قبل الحرق. تشمل الخزف والأستاتيت.
الخزف: هذا هو نوع من السيراميك الذي يصنع من طين الكاولين الممزوج بأكسيد الفلدسبار وأكسيد السيليكا ومضافات أخرى. يتمتع بقوة ميكانيكية عالية ومقاومة للصدمة الحرارية وخواص عزل كهربائي ومقاومة للماء. يستخدم لصنع القواعد أو الأغطية النهائية لللمبات.
الأستاتيت: هذا هو نوع من السيراميك الذي يصنع من التلك الممزوج بالطين ومضافات أخرى. يتمتع بخواص أفضل من الخزف فيما يتعلق بالمقاومة الكهربائية والموصلية الحرارية والقوة العازلة والثبات الأبعادي. يستخدم لصنع العوازل أو الدعامات لللمبات.
المعدن
المعدن هو عنصر أو سبيكة لها موصلية كهربائية وحرارية عالية. يستخدم المعدن لللمبات لأنه يمكنه توفير الاتصال الكهربائي والدعم لمصدر الضوء، وكذلك عكس أو تشتت الضوء حسب التشطيب السطحي. يمكن أيضًا تشكيل المعدن في أشكال وأحجام مختلفة بواسطة الصب والتقطيب والتشغيل أو اللحام.
بعض أنواع المعدن المستخدمة لللمبات هي:
التنغستن: هذا هو عنصر له نقطة انصهار عالية جدًا (3422°C) وقوة الشد (1510 MPa). يستخدم لصنع الشعيرات لللمبات الإشعاع الحراري عن طريق سحبه إلى أسلاك رقيقة ولفها حول ماندريلات الحديد أو الموليبدينوم. تتميز الشعيرات التنغستنية بمقاومتها العالية للحرارة والتبخر، لكنها تحتاج أيضًا إلى جهد عالٍ للعمل.
الموليبدينوم: هذا هو عنصر له نقطة انصهار عالية (2610°C) ولكن قوة الشد (638 MPa) أقل من التنغستن. يستخدم لصنع الدعامات أو الأسلاك الداخلة للشعيرات، وكذلك الأقطاب لللمبات القوسية. للموليبدينوم معامل تمدد حراري مشابه لنوع معين من الزجاج، مما يسمح له بتشكيل ختم محكم معه.
النيكل: هذا هو عنصر له نقطة انصهار معتدلة (1455°C) وقوة الشد (758 MPa). يستخدم لتغليف مكونات الحديد أو الفولاذ لزيادة صلابتها ومرونتها. يتميز النيكل أيضًا بمقاومته العالية للتآكل والتأكسد. يستخدم لصنع الأسلاك الداخلة أو الشرائح ثنائية المعدن، للمبتدئين.
الألومنيوم: هذا هو عنصر له نقطة انصهار منخفضة (660°C) ولكن قوة الشد (310 MPa) عالية. كما أنه خفيف الوزن (2.7 g/cm³) وغير مغناطيسي. يتميز بمقاومته العالية للتآكل بسبب الطبقة الرقيقة من الأكسيد على سطحه. الألومنيوم متاح بسهولة ورخيص الثمن. يستخدم لصنع الأغطية أو المرايا العاكسة لللمبات.
الفولاذ: هذا هو سبيكة من الحديد مع الكربون والعناصر الأخرى مثل المنغنيز أو الكروم. للفولاذ نقطة انصهار متغيرة (1370°C – 1530°C) حسب تركيبه ولكن قوة الشد (400 MPa – 2000 MPa) عالية. يتميز الفولاذ أيضًا بمرونته وقابلية التشكيل الجيد. تتميز صفائح الفولاذ بقوتها العالية ولكن بتكلفة منخفضة مقارنة بالمعادن الأخرى. يمكن أن تكون صفائح الفولاذ مطروقة ساخنة أو باردة حسب سمكها وتشطيب سطحها. يمكن أيضًا تغليف صفائح الفولاذ بطلاء البرسلين لإضفاء مظهر جذاب أو مقاومة للتآكل.
الفولاذ المقاوم للصدأ: هذا هو سبيكة من الحديد مع الكروم (12% – 30%) والعناصر الأخرى مثل النيكل أو الموليبدينوم. يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ بمقاومته العالية للتآكل بسبب طبقة أكسيد الكروم على سطحه. يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ أيضًا بخواصه الميكانيكية الجيدة مثل القوة (515 MPa – 1035 MPa)، الصلابة (95 HRB – 40 HRC)، المرونة (45% – 60%)، الصلابة (100 J – 225 J)، مقاومة التعب (275 MPa – 690 MPa)، مقاومة الانزلاق (35 MPa – 200 MPa)، مقاومة التآكل (0.04 g – 0.4 g)، مقاومة التآكل بالاحتكاك (0.2 mm – 1 mm)، مقاومة التآكل بالتجفيف (0.02 mm – 0.2 mm)، مقاومة التآكل بالتصدع (0 mm – 0 mm)، مقاومة التآكل بين الحبيبات (0 mm – 0 mm)، مقاومة التآكل الكهروكيميائي (0 mV – +50 mV)، مقاومة التآكل بالتآكل (0 mg – <1 mg)، مقاومة التآكل بالهيدروجين (>100 MPa)، مقاومة التآكل بالكبريت (>100 MPa)، مقاومة التآكل بالكاربوريزيشن (>100 MPa)، مقاومة التآكل بالنتريد (>100 MPa)، مقاومة التآكل بالأكسدة (>1000°C)، مقاومة التآكل بالكبريت (>800°C)، مقاومة التآكل بالكاربوريزيشن (>800°C)، مقاومة التآكل بالنتريد (>800°C)، مقاومة التآكل بالديكاربوريزيشن (>800°C)، مقاومة التآكل بالتصدع (>800°C)، مقاومة التآكل بالصدمة الحرارية (>800°C). يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ في المصابيح الخارجية، خاصة حيث هناك احتمال تعرضها للجو التآكلي.
النحاس: هذا هو عنصر له موصلية كهربائية عالية (59.6 MS/m) وموصلية حرارية (401 W/mK). يتميز النحاس أيضًا بمرونته وقابلية التشكيل ويمكن تشكيله بسهولة في أشكال مختلفة. يستخدم النحاس كموصلات، مثل قضبان الحافلة، أجهزة التحكم، والأسلاك الداخلة، وكذلك الأقطاب لللمبات القوسية. يتميز النحاس أيضًا بمقاومته العالية للتآكل، خاصة ضد مياه البحر.
السبائك غير الحديدية: هذه هي السبائك التي لا تحتوي على الحديد كمكون رئيسي، مثل البرونز والنحاس الأصفر واللحام.
البرونز: هذا هو سبيكة من النحاس والقصدير، مع نسب متفاوتة من العناصر الأخرى مثل الزنك أو الفوسفور. يتميز البرونز بخواص ميكانيكية جيدة مثل القوة (200 MPa – 1200 MPa)، الصلابة (60 HB – 250 HB)، المرونة (3% – 40%)، والصلابة (25 J – 200 J). يتميز البرونز أيضًا بمقاومته العالية للتآكل، خاصة ضد مياه البحر والحالات الحمضية. يستخدم البرونز في المصابيح الخاصة التي لها مظهر جذاب.
النحاس الأصفر: هذا هو سبيكة من النحاس والزنك، مع نسب متفاوتة من العناصر الأخرى مثل الرصاص أو النيكل. يتميز النحاس الأصفر بخواص ميكانيكية جيدة مثل القوة (200 MPa – 900 MPa)، الصلابة (50 HB – 200 HB)، المرونة (10% – 50%)، والصلابة (30 J – 150 J). يتميز النحاس الأصفر أيضًا بمقاومته العالية للتآكل، خاصة ضد مياه البحر والحالات القلوية. يستخدم النحاس الأصفر في المصابيح الخاصة التي لها مظهر جذاب.
اللحام: هذا هو سبيكة من القصدير والرصاص، مع نسب متفاوتة من العناصر الأخرى مثل الفضة أو الأنتيمون. يتميز اللحام بنقطة انصهار منخفضة (183°C – 232°C) وقابلية التبلور العالية، مما يعني أنه يمكنه الالتصاق بسطح المعادن بسهولة. يستخدم اللحام لربط المكونات المعدنية معًا عن طريق ذوبانها وتصلبها. يستخدم اللحام في نهاية قاعدة اللمبة للاتصال الكهربائي.
