Mga Materyales para sa Lampara: Isang Komprehensibong Gabay
Ang isang lampara ay isang aparato na naglalabas ng ilaw sa pamamagitan ng isang wick na nasa materyal na maaaring masunog o iba pang mga instrumento na nagpapabuti ng ilaw tulad ng gas at elektrikong lampara. Ang mga lampara ay natuklasan noong hindi maabot ang 70,000 BCE at lumago sa paglipas ng panahon upang gamitin ang iba't ibang materyales at disenyo. Sa artikulong ito, susuriin natin ang iba't ibang uri ng materyales na ginagamit para bumuo ng isang lampara, at ang kanilang katangian at tungkulin.
Ano ang Materyal ng Lampara?
Ang materyal ng lampara ay anumang substansya na ginagamit para bumuo ng isang lampara o kanyang mga komponente. Maaaring ikategorya ang mga materyal ng lampara sa dalawang pangunahing klase: insulating materials at conducting materials. Ang mga insulating materials ay ang mga materyal na hindi nagpapayag ng electric current na dumaan sa kanila, tulad ng glass, ceramics, at plastics. Ang mga conducting materials naman ay ang mga materyal na nagpapayag ng electric current na umagos sa kanila, tulad ng metals at alloys.
Ginagamit ang mga insulating materials para bumuo ng barrier o enclosure ng lampara, na nagprotekta sa pinagmulan ng ilaw mula sa panlabas na mga sangkap at nakakaapekto sa kulay at kalidad ng ilaw. Ang mga conducting materials naman ay ginagamit para bumuo ng filament, electrode, lead-in wire, at base o end cap ng lampara, na nagbibigay ng electrical connection at suporta para sa pinagmulan ng ilaw.
Mga Uri ng Materyal ng Lampara
Maraming uri ng materyal ng lampara ang ginagamit para sa iba't ibang layunin at aplikasyon. Ilang sa mga pinakakaraniwan ay:
Claro
Ang glass ay isang malinis na materyal na gawa mula sa molten sand o silica na pinagsama sa iba pang mga sangkap. Ginagamit ang glass bilang barrier o enclosure para sa mga lampara, dahil ito ay maaaring tahan ang mataas na temperatura at presyon at maaaring ihugis sa iba't ibang anyo at kulay. Ang glass ay maaari ring magtransmit ng ilaw na may minimal na pagkawala o distorsyon, at maaaring kimikal na inert at resistente sa corrosion.
Ilang mga uri ng glass na ginagamit para sa mga lampara ay:
Soda-lime silicate glass: Ito ang pinakakaraniwang uri ng glass, na may mababang melting point at ginagamit para sa filament lamps. Ito ay naglalaman ng humigit-kumulang 67% silica, kasama ang sodium oxide, calcium oxide, at iba pang additives.
Lead-alkali silicate glass: Ito ay isang uri ng glass na may mas mataas na electrical resistivity kaysa sa soda-lime glass, at ginagamit para sa inner portion ng bulb glass. Ito ay naglalaman ng lead oxide, potassium oxide, at iba pang additives.
Borosilicate glass: Ito ay isang uri ng glass na may mas mataas na temperature resistance at mas mababang thermal expansion coefficient kaysa sa soda-lime glass at ginagamit para sa mas mataas na wattage lamps, tulad ng cinema projectors. Ito ay naglalaman ng boron oxide, aluminum oxide, at iba pang additives.
Alumina silicate glass: Ito ay isang uri ng glass na may mas mababang thermal shock resistance kaysa sa borosilicate glass ngunit mas mataas na refractive index at ginagamit para sa low-wattage lamps na may mataas na light output. Ito ay naglalaman ng alumina, magnesia, at iba pang additives.
Quartz: Ito ay isang uri ng glass na gawa mula sa puro silica o silicon dioxide, na may napakataas na melting point at transparency. Ito ay ginagamit para sa tungsten halogen lamps, na gumagana sa napakataas na temperatura. Ito ay naglalaman lamang ng kaunti na trace amounts ng iba pang mga metal at hydroxyl groups.
Sodium-resistant glass: Ito ay isang uri ng glass na espesyal na disenyo para sa sodium vapor lamps, na nagpapabuti ng intense light sa pamamagitan ng ionizing ng sodium vapor. Ang sodium vapor ay may powerful reducing property na maaaring magdulot ng mabilis na blackening ng normal glasses. Ang sodium-resistant glass ay naglalaman ng kaunti na silica o iba pang readily reducing oxides upang iwasan ang epekto na ito.
Ceramics
Ang ceramics ay mga non-metallic materyal na gawa mula sa clay o iba pang inorganic substances na pinainit at pinagtigas. Ginagamit ang ceramics para sa mga lampara dahil ito ay maaaring imoldo sa iba't ibang hugis at laki at maaaring magkaroon ng iba't ibang optical properties, tulad ng transparency o translucency. Ang ceramics ay maaari ring tahan ang mataas na temperatura at presyon at maaaring kimikal na stable at resistente sa corrosion.
Ilang mga uri ng ceramics na ginagamit para sa mga lampara ay:
Polycrystalline metal oxide ceramics: Ito ay mga ceramics na gawa mula sa metal oxides tulad ng alumina, magnesia, o rare earth oxides, na pinainit at sintered upang bumuo ng polycrystalline bodies. Ang mga ceramics na ito ay maaaring transparent o translucent depende sa kanilang porosity at grain size. Ginagamit ito para sa high-pressure lamps tulad ng sodium vapor lamps o metal halide lamps, na nangangailangan ng mataas na light transmission.
Conventional ceramics: Ito ay mga ceramics na gawa mula sa clay o iba pang natural substances na pinagsama sa tubig at ihugis sa desired forms bago ipainit. Ito ay kinabibilangan ng porcelain at steatite.
Porcelain: Ito ay isang uri ng ceramic na gawa mula sa kaolin clay na pinagsama sa feldspar, quartz, at iba pang additives. Ito ay may mahusay na mechanical strength, thermal shock resistance, electrical insulation property, at moisture resistance. Ito ay ginagamit para bumuo ng bases o end caps para sa mga lampara.
Steatite: Ito ay isang uri ng ceramic na gawa mula sa talc na pinagsama sa clay at iba pang additives. Ito ay may mas mahusay na properties kaysa sa porcelain sa termino ng electrical resistivity, thermal conductivity, dielectric strength, at dimensional stability. Ito ay ginagamit para bumuo ng insulators o supports para sa mga lampara.
Metal
Ang metal ay isang elemento o alloy na may mataas na electrical conductivity at thermal conductivity. Ginagamit ang metal para sa mga lampara dahil ito ay maaaring magbigay ng electrical connection at suporta para sa pinagmulan ng ilaw, pati na rin ang reflect o diffuse light depende sa surface finish nito. Ang metal ay maaari ring ihugis sa iba't ibang anyo at laki sa pamamagitan ng casting, forging, machining, o welding.
Ilang mga uri ng metal na ginagamit para sa mga lampara ay:
Tungsten: Ito ay isang elemento na may napakataas na melting point (3422°C) at tensile strength (1510 MPa). Ito ay ginagamit para bumuo ng filaments para sa incandescent lamps sa pamamagitan ng pagdraw ito sa thin wires at coiling them around iron o molybdenum mandrels. Ang tungsten filaments ay may mataas na resistance sa heat at evaporation, ngunit kailangan din ito ng mataas na voltage upang gumana.
Molybdenum: Ito ay isang elemento na may mataas na melting point (2610°C) ngunit mas mababang tensile strength (638 MPa) kaysa sa tungsten. Ito ay ginagamit para bumuo ng supports o lead-in wires para sa filaments, pati na rin electrodes para sa arc lamps. Ang molybdenum ay may similar coefficient of expansion sa ilang uri ng glass, na nagbibigay-daan ito upang bumuo ng tight seals sa kanila.
Nickel: Ito ay isang elemento na may moderate melting point (1455°C) at tensile strength (758 MPa). Ito ay ginagamit para electroplate iron o steel components upang taas ang kanilang hardness at elasticity. Ang nickel ay may mataas na resistance sa corrosion at oxidation. Ito ay ginagamit para bumuo ng lead-in wires o bimetallic strips, para sa starters.
Aluminum: Ito ay isang elemento na may mababang melting point (660°C) ngunit mataas na tensile strength (310 MPa). Ito ay mababa (2.7 g/cm3) at non-magnetic. Ito ay may mataas na corrosion resistance dahil sa thin oxide layer sa surface nito. Ang aluminum ay madaling makukuha at mura sa presyo. Ito ay ginagamit para bumuo ng caps o reflectors para sa mga lampara.
Steel: Ito ay isang alloy ng iron na may carbon at iba pang elements tulad ng manganese o chromium. Ang steel ay may variable melting point (1370°C – 1530°C) depende sa composition nito ngunit mataas na tensile strength (400 MPa – 2000 MPa). Ang steel ay may mahusay na ductility at malleability. Ang steel sheet ay may mataas na lakas ngunit mababang cost kumpara sa iba pang metals. Ang steel sheets ay maaaring hot-rolled o cold-rolled, depende sa kanilang thickness at surface finish. Ang steel sheets ay maaari ring coated ng porcelain enamel upang mapabuti ang kanilang hitsura o corrosion resistance.
Stainless steel: Ito ay isang alloy ng iron na may chromium (12% – 30%) at iba pang elements tulad ng nickel o molybdenum. Ang stainless steel ay may mataas na corrosion resistance dahil sa chromium oxide layer sa surface nito. Ang stainless steel ay may mahusay na mechanical properties tulad ng strength (515 MPa – 1035 MPa), hardness (95 HRB – 40 HRC), ductility (45% – 60%), toughness (100 J – 225 J), fatigue resistance (275 MPa – 690 MPa), creep resistance (35 MPa – 200 MPa), wear resistance (0.04 g – 0.4 g), abrasion resistance (0.2 mm – 1 mm), erosion resistance (0.02 mm – 0.2 mm), cavitation resistance (0 mm – 0.05 mm), pitting resistance (0 mm – 0 mm), stress corrosion cracking resistance (0 mm – 0 mm), intergranular corrosion resistance (0 mm – 0 mm), galvanic corrosion resistance (0 mV – +50 mV), fretting corrosion resistance (0 mg – <1 mg), hydrogen embrittlement resistance (>100 MPa), sulfide stress cracking resistance (>100 MPa), carburization resistance (>100 MPa), nitriding resistance (>100 MPa), oxidation resistance (>1000°C), sulfidation resistance (>800°C), carburization resistance (>800°C), nitriding resistance (>800°C), decarburization resistance (>800°C), scaling resistance (>800°C), spalling resistance (>800°C), embrittlement resistance (>800°C), at thermal shock resistance (>800°C). Ang stainless steel ay ginagamit para sa luminaires, lalo na outdoor ones, kung saan may posibilidad na ma-expose sa corrosive atmospheres.
Copper: Ito ay isang elemento na may mataas na electrical conductivity (59.6 MS/m) at thermal conductivity (401 W/mK). Ang copper ay mabisa at maaaring easily shaped sa iba't ibang anyo. Ang copper ay ginagamit para sa conductors, tulad ng bus bars, switch gears, at lead-in wires, pati na rin electrodes para sa arc lamps. Ang copper ay may mahusay na corrosion resistance, lalo na laban sa seawater.
