مواد لامپ: راهنمای جامع

لامپ یک دستگاه است که با استفاده از مقداری مواد قابل اشتعال جذب شده در پرده یا سایر ابزارهای تولید نور مانند گاز و لامپ‌های برقی، نور تولید می‌کند. لامپ‌ها حداقل از حدود ۷۰,۰۰۰ سال قبل از میلاد به وجود آمده‌اند و در طول زمان با استفاده از مواد و طراحی‌های مختلف تکامل یافته‌اند. در این مقاله، ما انواع مختلف موادی که برای ساخت یک لامپ استفاده می‌شوند و خصوصیات و عملکرد آن‌ها را بررسی خواهیم کرد.

چیست مواد لامپ؟

مواد لامپ هر نوع ماده‌ای است که برای ساخت لامپ یا قطعات آن استفاده می‌شود. مواد لامپ می‌توانند به دو دسته اصلی تقسیم‌بندی شوند: مواد عایق و مواد رسانا. مواد عایق آنهایی هستند که اجازه عبور جریان الکتریکی را نمی‌دهند، مانند شیشه، سرامیک و پلاستیک. مواد رسانا آنهایی هستند که اجازه عبور جریان الکتریکی را می‌دهند، مانند فلزات و آلیاژها.

مواد عایق برای تشکیل مانع یا پوشش لامپ استفاده می‌شوند که منبع نور را از عوامل خارجی محافظت می‌کند و روشنایی و کیفیت نور را تحت تأثیر قرار می‌دهد. مواد رسانا برای تشکیل فیلمانت، الکترود، سیم‌های ورودی و پایه یا کاپ لامپ استفاده می‌شوند که اتصال الکتریکی و پشتیبانی برای منبع نور را فراهم می‌کنند.

انواع مواد لامپ

انواع مختلفی از مواد لامپ برای اهداف و کاربردهای مختلف استفاده می‌شوند. برخی از رایج‌ترین آن‌ها عبارتند از:

شیشه

شیشه یک ماده شفاف است که از شن یا سیلیکا ذوب شده با مواد دیگر تهیه می‌شود. شیشه به طور گسترده‌ای به عنوان مانع یا پوشش لامپ‌ها استفاده می‌شود، زیرا می‌تواند دما و فشار بالا را تحمل کند و می‌توان آن را به اشکال و رنگ‌های مختلف شکل داد. شیشه می‌تواند نور را با حداقل ضیاع یا تحریف منتقل کند و می‌تواند شیمیایی غیرفعال و مقاوم در برابر خوردگی باشد.

برخی از انواع شیشه‌ای که برای لامپ‌ها استفاده می‌شوند عبارتند از:

• شیشه سیلیکات سدیم-آهکی: این رایج‌ترین نوع شیشه است که نقطه ذوب پایینی دارد و برای لامپ‌های فیلمانتی استفاده می‌شود. این شیشه حاوی حدود ۶۷٪ سیلیکا است، همراه با اکسید سدیم، اکسید کلسیم و افزودنی‌های دیگر.

• شیشه سیلیکات سرب-آلکالی: این نوع شیشه دارای مقاومت الکتریکی بالاتر از شیشه سیلیکات سدیم-آهکی است و برای بخش داخلی لامپ استفاده می‌شود. این شیشه حاوی اکسید سرب، اکسید پتاسیم و افزودنی‌های دیگر است.

• شیشه بوروسیلیکات: این نوع شیشه دارای مقاومت دمایی بالاتر و ضریب تمدد حرارتی کمتر از شیشه سیلیکات سدیم-آهکی است و برای لامپ‌های با توان بالاتر مانند پروژکتورهای سینما استفاده می‌شود. این شیشه حاوی اکسید بور، اکسید آلومینیوم و افزودنی‌های دیگر است.

• شیشه سیلیکات آلومینیوم: این نوع شیشه دارای مقاومت ضربه حرارتی کمتر از شیشه بوروسیلیکات اما ضریب شکست بالاتر است و برای لامپ‌های با توان پایین و خروجی نور بالا استفاده می‌شود. این شیشه حاوی آلومینیوم، مگنزیوم و افزودنی‌های دیگر است.

• کوارتز: این نوع شیشه از سیلیکا خالص یا دی‌اکسید سیلیکون ساخته شده است که دارای نقطه ذوب و شفافیت بسیار بالا است. این شیشه برای لامپ‌های ولفرام هالوژن استفاده می‌شود که در دماهای بسیار بالا عمل می‌کنند. این شیشه فقط شامل مقدار کمی فلزات و گروه‌های هیدروکسیل است.

• شیشه مقاوم در برابر سدیم: این نوع شیشه به طور خاص برای لامپ‌های بخار سدیم طراحی شده است که نور شدیدی با یونیزه کردن بخار سدیم تولید می‌کنند. بخار سدیم دارای خاصیت کاهنده قدرتمندی است که می‌تواند سبب سیاه‌شدن سریع شیشه‌های معمولی شود. شیشه مقاوم در برابر سدیم شامل مقدار کمی سیلیکا یا اکسیدهای دیگر کاهنده برای جلوگیری از این اثر است.

سرامیک

سرامیک‌ها مواد غیرفلزی هستند که از خاک رس یا سایر مواد غیرآلی که گرم شده و سخت می‌شوند ساخته می‌شوند. سرامیک‌ها برای لامپ‌ها استفاده می‌شوند زیرا می‌توانند به اشکال و ابعاد مختلف قالب‌بندی شوند و می‌توانند خصوصیات نوری مختلفی مانند شفافیت یا نیمه‌شفافیت داشته باشند. سرامیک‌ها می‌توانند دما و فشار بالا را تحمل کنند و می‌توانند شیمیایی ثابت و مقاوم در برابر خوردگی باشند.

برخی از انواع سرامیک‌هایی که برای لامپ‌ها استفاده می‌شوند عبارتند از:

• سرامیک‌های پلی‌کریستالی فلزی: این سرامیک‌ها از اکسیدهای فلزی مانند آلومینیوم، مگنزیوم یا اکسیدهای فلزات نادر ساخته شده‌اند که گرم شده و سینتر شده‌اند تا بدنه‌های پلی‌کریستالی تشکیل شوند. این سرامیک‌ها می‌توانند شفاف یا نیمه‌شفاف باشند بسته به متخلخلی و اندازه ذرات آن‌ها. این سرامیک‌ها برای لامپ‌های فشار بالا مانند لامپ‌های بخار سدیم یا لامپ‌های هالید فلزی استفاده می‌شوند که نیاز به انتقال نور بالا دارند.

• سرامیک‌های معمولی: این سرامیک‌ها از خاک رس یا سایر مواد طبیعی ساخته شده‌اند که با آب مخلوط شده و قبل از سوزاندن به اشکال مورد نظر شکل داده می‌شوند. این سرامیک‌ها شامل پورسلین و استیتایت هستند.

• پورسلین: این نوع سرامیک از خاک رس کائولینی مخلوط شده با فلدسپار، کوارتز و افزودنی‌های دیگر ساخته شده است. این سرامیک دارای قدرت مکانیکی خوب، مقاومت در برابر ضربه حرارتی، خاصیت عایق الکتریکی و مقاومت در برابر رطوبت است. این سرامیک برای ساخت پایه‌ها یا کاپ‌های لامپ‌ها استفاده می‌شود.

• استیتایت: این نوع سرامیک از تالک مخلوط شده با خاک رس و افزودنی‌های دیگر ساخته شده است. این سرامیک خصوصیات بهتری نسبت به پورسلین در زمینه مقاومت الکتریکی، هدایت حرارتی، قدرت دی‌الکتریک و ثبات ابعادی دارد. این سرامیک برای ساخت عایق‌ها یا پشتیبان‌های لامپ‌ها استفاده می‌شود.

فلز

فلز یک عنصر یا آلیاژی است که دارای هدایت الکتریکی و حرارتی بالا است. فلز برای لامپ‌ها استفاده می‌شود زیرا می‌تواند اتصال الکتریکی و پشتیبانی برای منبع نور فراهم کند و همچنین می‌تواند نور را با توجه به پوشش سطحی خود بازتاب یا پخش کند. فلز می‌تواند به اشکال و ابعاد مختلف با ریخته‌گری، تکه‌کاری، ماشین‌کاری یا جوشکاری شکل داده شود.

برخی از انواع فلزی که برای لامپ‌ها استفاده می‌شوند عبارتند از:

• تنگستن: این عنصر دارای نقطه ذوب بسیار بالا (۳۴۲۲°C) و مقاومت کششی (۱۵۱۰ MPa) است. این فلز برای ساخت فیلمانت‌های لامپ‌های لامپ‌های انسانسنت استفاده می‌شود. تنگستن با کشیدن آن به سیم‌های ریز و پیچاندن آن‌ها حول ماندrels آهن یا مولیبدن ساخته می‌شود. فیلمانت‌های تنگستن دارای مقاومت بالا در برابر گرما و تبخیر هستند، اما برای عملکرد نیاز به ولتاژ بالا دارند.

• مولیبدن: این عنصر دارای نقطه ذوب بالا (۲۶۱۰°C) اما مقاومت کششی (۶۳۸ MPa) کمتر از تنگستن است. این فلز برای ساخت پشتیبان‌ها یا سیم‌های ورودی فیلمانت‌ها و همچنین الکترودهای لامپ‌های قوسی استفاده می‌شود. مولیبدن ضریب تغییر حجم مشابهی با برخی از انواع شیشه دارد که به آن اجازه می‌دهد تا با آن‌ها دیواره‌های محکمی تشکیل دهد.

• نیکل: این عنصر دارای نقطه ذوب متوسط (۱۴۵۵°C) و مقاومت کششی (۷۵۸ MPa) است. این فلز برای الکتروپلیت کردن قطعات آهن یا فولاد برای افزایش سختی و الاستیسیته آن‌ها استفاده می‌شود. نیکل همچنین دارای مقاومت بالا در برابر خوردگی و اکسیداسیون است. این فلز برای ساخت سیم‌های ورودی یا نوارهای دو فلزی برای شروع استفاده می‌شود.

• آلومینیوم: این عنصر دارای نقطه ذوب پایین (۶۶۰°C) اما مقاومت کششی (۳۱۰ MPa) بالا است. همچنین سبک (۲.۷ g/cm³) و غیرمغناطیسی است. آلومینیوم دارای مقاومت بالا در برابر خوردگی به دلیل لایه نازک اکسید روی سطح آن است. آلومینیوم به راحتی در دسترس و به قیمت ارزان است. این فلز برای ساخت کاپ‌ها یا بازتابک‌های لامپ‌ها استفاده می‌شود.

• فولاد: این یک آلیاژ از آهن با کربن و عناصر دیگر مانند منگنز یا کروم است. فولاد دارای نقطه ذوب متغیر (۱۳۷۰°C – ۱۵۳۰°C) بسته به ترکیب خود است اما دارای مقاومت کششی (۴۰۰ MPa – ۲۰۰۰ MPa) بالا است. فولاد همچنین دارای خاصیت خوبی در زمینه دکتری و مالاپیتی است. صفحه فولاد دارای قدرت بالا اما قیمت کمتر نسبت به سایر فلزات است. صفحات فولاد می‌توانند با رول‌کاری گرم یا سرد، بسته به ضخامت و پوشش سطحی آن‌ها ساخته شوند. صفحات فولاد می‌توانند با انامل پورسلین پوشش داده شوند تا ظاهر یا مقاومت در برابر خوردگی آن‌ها بهبود یابد.

• فولاد ضدزنگ: این یک آلیاژ از آهن با کروم (۱۲% – ۳۰%) و عناصر دیگر مانند نیکل یا مولیبدن است. فولاد ضدزنگ دارای مقاومت بالا در برابر خوردگی به دلیل لایه اکسید کروم روی سطح آن است. فولاد ضدزنگ همچنین دارای خصوصیات مکانیکی خوبی مانند مقاومت (۵۱۵ MPa – ۱۰۳۵ MPa)، سختی (۹۵ HRB – ۴۰ HRC)، الاستیسیته (۴۵% – ۶۰%)، تاب‌آوری (۱۰۰ J – ۲۲۵ J)، مقاومت در برابر خستگی (۲۷۵ MPa – ۶۹۰ MPa)، مقاومت در برابر خزش (۳۵ MPa – ۲۰۰ MPa)، مقاومت در برابر خوردگی (۰.۰۴ g – ۰.۴ g)، مقاومت در برابر خوردگی (۰.۲ mm – ۱ mm)، مقاومت در برابر خوردگی (۰.۰۲ mm – ۰.۲ mm)، مقاومت در برابر خوردگی (۰ mm – ۰ mm)، مقاومت در برابر خوردگی (۰ mm – ۰ mm)، مقاوم