Bahan Lampu: Panduan Komprehensif
Lampu adalah perangkat yang menghasilkan penerangan dengan menggunakan sumbu yang dicelupkan ke dalam bahan yang mudah terbakar atau instrumen lain yang menghasilkan cahaya seperti lampu gas dan lampu listrik. Lampu ditemukan setidaknya sejak 70.000 BCE dan telah berevolusi seiring waktu untuk menggunakan berbagai bahan dan desain. Dalam artikel ini, kita akan menjelajahi berbagai jenis bahan yang digunakan untuk membangun sebuah lampu, serta sifat dan fungsinya.
Apa itu Bahan Lampu?
Bahan lampu adalah zat apa pun yang digunakan untuk membangun lampu atau komponennya. Bahan lampu dapat diklasifikasikan menjadi dua kategori utama: bahan isolasi dan bahan konduktif. Bahan isolasi adalah bahan yang tidak memungkinkan arus listrik melewatinya, seperti kaca, keramik, dan plastik. Bahan konduktif adalah bahan yang memungkinkan arus listrik mengalir melaluinya, seperti logam dan paduan.
Bahan isolasi digunakan untuk membentuk penghalang atau penutup lampu, yang melindungi sumber cahaya dari faktor eksternal dan mempengaruhi warna dan kualitas cahaya. Bahan konduktif digunakan untuk membentuk filamen, elektroda, kawat masuk, dan dasar atau tutup lampu, yang menyediakan koneksi listrik dan dukungan untuk sumber cahaya.
Jenis-jenis Bahan Lampu
Ada banyak jenis bahan lampu yang digunakan untuk berbagai tujuan dan aplikasi. Beberapa yang paling umum adalah:
Kaca
Kaca adalah bahan transparan yang dibuat dari pasir atau silika yang dilelehkan dan dicampur dengan zat lain. Kaca secara luas digunakan sebagai penghalang atau penutup untuk lampu, karena dapat menahan suhu dan tekanan tinggi dan dapat dibentuk menjadi berbagai bentuk dan warna. Kaca juga dapat mentransmisikan cahaya dengan kerugian atau distorsi minimal, dan dapat bersifat kimia inert dan tahan korosi.
Beberapa jenis kaca yang digunakan untuk lampu adalah:
Kaca silikat soda-lime: Ini adalah jenis kaca yang paling umum, yang memiliki titik lebur rendah dan digunakan untuk lampu filamen. Kaca ini mengandung sekitar 67% silika, ditambah oksida natrium, oksida kalsium, dan aditif lainnya.
Kaca silikat alkali timbal: Ini adalah jenis kaca yang memiliki resistivitas listrik lebih tinggi daripada kaca soda-lime, dan digunakan untuk bagian dalam kaca bohlam. Kaca ini mengandung oksida timbal, oksida kalium, dan aditif lainnya.
Kaca borosilikat: Ini adalah jenis kaca yang memiliki ketahanan suhu lebih tinggi dan koefisien ekspansi termal lebih rendah daripada kaca soda-lime, dan digunakan untuk lampu daya tinggi, seperti proyektor bioskop. Kaca ini mengandung oksida boron, oksida aluminium, dan aditif lainnya.
Kaca silikat alumina: Ini adalah jenis kaca yang memiliki ketahanan terhadap shock termal lebih rendah daripada kaca borosilikat, tetapi indeks bias lebih tinggi, dan digunakan untuk lampu daya rendah dengan output cahaya tinggi. Kaca ini mengandung alumina, magnesia, dan aditif lainnya.
Kuarsa: Ini adalah jenis kaca yang dibuat dari silika murni atau dioksida silikon, yang memiliki titik lebur dan transparansi sangat tinggi. Kaca ini digunakan untuk lampu halogen tungsten, yang beroperasi pada suhu sangat tinggi. Kaca ini hanya mengandung sedikit logam lain dan grup hidroksil.
Kaca tahan sodium: Ini adalah jenis kaca yang dirancang khusus untuk lampu uap sodium, yang menghasilkan cahaya intens dengan mengionisasi uap sodium. Uap sodium memiliki sifat reduksi kuat yang dapat menyebabkan penggelapan cepat pada kaca normal. Kaca tahan sodium mengandung jumlah kecil silika atau oksida lain yang mudah direduksi untuk mencegah efek ini.
Keramik
Keramik adalah bahan non-logam yang dibuat dari tanah liat atau zat anorganik lainnya yang dipanaskan dan dikeraskan. Keramik digunakan untuk lampu karena dapat dibentuk menjadi berbagai bentuk dan ukuran dan dapat memiliki sifat optik yang berbeda, seperti transparansi atau translusensi. Keramik juga dapat menahan suhu dan tekanan tinggi, dan dapat stabil secara kimia dan tahan korosi.
Beberapa jenis keramik yang digunakan untuk lampu adalah:
Keramik polikristalin oksida logam: Ini adalah keramik yang dibuat dari oksida logam seperti alumina, magnesia, atau oksida tanah jarang, yang dipanaskan dan disinter untuk membentuk badan polikristalin. Keramik ini dapat transparan atau translusen tergantung pada porositas dan ukuran butirannya. Keramik ini digunakan untuk lampu tekanan tinggi seperti lampu uap sodium atau lampu halida logam, yang membutuhkan transmisi cahaya tinggi.
Keramik konvensional: Ini adalah keramik yang dibuat dari tanah liat atau zat alami lainnya yang dicampur dengan air dan dibentuk menjadi bentuk yang diinginkan sebelum dibakar. Keramik ini termasuk porselen dan steatit.
Porselen: Ini adalah jenis keramik yang dibuat dari tanah liat kaolin yang dicampur dengan feldspar, kuarsa, dan aditif lainnya. Porselen memiliki kekuatan mekanis, ketahanan terhadap shock termal, sifat isolasi listrik, dan ketahanan terhadap kelembaban yang baik. Porselen digunakan untuk membuat dasar atau tutup lampu.
Steatit: Ini adalah jenis keramik yang dibuat dari talc yang dicampur dengan tanah liat dan aditif lainnya. Steatit memiliki sifat yang lebih baik daripada porselen dalam hal resistivitas listrik, konduktivitas termal, kekuatan dielektrik, dan stabilitas dimensi. Steatit digunakan untuk membuat insulator atau penyangga untuk lampu.
Logam
Logam adalah elemen atau paduan yang memiliki konduktivitas listrik dan termal tinggi. Logam digunakan untuk lampu karena dapat menyediakan koneksi listrik dan dukungan untuk sumber cahaya, serta memantulkan atau mendifusikan cahaya tergantung pada permukaannya. Logam juga dapat dibentuk menjadi berbagai bentuk dan ukuran dengan pengecoran, penempaan, pemrosesan mesin, atau penyambungan.
Beberapa jenis logam yang digunakan untuk lampu adalah:
Tungsten: Ini adalah elemen yang memiliki titik lebur (3422°C) dan kekuatan tarik (1510 MPa) yang sangat tinggi. Tungsten digunakan untuk membuat filamen untuk lampu pijar dengan cara menariknya menjadi kawat tipis dan menggulungnya di sekitar mandrel besi atau molibdenum. Filamen tungsten memiliki ketahanan terhadap panas dan evaporasi, tetapi juga memerlukan tegangan tinggi untuk beroperasi.
Molibdenum: Ini adalah elemen yang memiliki titik lebur (2610°C) tetapi kekuatan tarik (638 MPa) lebih rendah daripada tungsten. Molibdenum digunakan untuk membuat penyangga atau kawat masuk untuk filamen, serta elektroda untuk lampu busur. Molibdenum memiliki koefisien ekspansi yang serupa dengan beberapa jenis kaca, yang memungkinkannya membentuk segel yang rapat dengan kaca tersebut.
Nikel: Ini adalah elemen yang memiliki titik lebur (1455°C) dan kekuatan tarik (758 MPa) sedang. Nikel digunakan untuk elektroplat baja atau komponen besi untuk meningkatkan kekerasan dan elastisitasnya. Nikel juga memiliki ketahanan terhadap korosi dan oksidasi yang tinggi. Nikel digunakan untuk membuat kawat masuk atau strip bimetal, untuk starter.
Aluminium: Ini adalah elemen yang memiliki titik lebur (660°C) rendah tetapi kekuatan tarik (310 MPa) tinggi. Aluminium juga ringan (2,7 g/cm³) dan non-magnetis. Aluminium memiliki ketahanan terhadap korosi yang tinggi karena lapisan oksida tipis di permukaannya. Aluminium mudah didapatkan dan harganya murah. Aluminium digunakan untuk membuat tutup atau reflektor untuk lampu.
Baja: Ini adalah paduan besi dengan karbon dan elemen lain seperti mangan atau krom. Baja memiliki titik lebur (1370°C – 1530°C) yang bervariasi tergantung pada komposisinya, tetapi kekuatan tarik (400 MPa – 2000 MPa) tinggi. Baja juga memiliki kebaikan duktilitas dan malabilitas. Lembaran baja memiliki kekuatan tinggi tetapi biaya rendah dibandingkan dengan logam lainnya. Lembaran baja dapat dipanaskan atau dingin, tergantung pada ketebalan dan finishing permukaannya. Lembaran baja juga dapat dilapisi dengan enamel porselen untuk meningkatkan penampilan atau ketahanan terhadap korosi.
Baja tahan karat: Ini adalah paduan besi dengan kromium (12% – 30%) dan elemen lain seperti nikel atau molibdenum. Baja tahan karat memiliki ketahanan terhadap korosi karena lapisan oksida kromium di permukaannya. Baja tahan karat juga memiliki sifat mekanik yang baik seperti kekuatan (515 MPa – 1035 MPa), kekerasan (95 HRB – 40 HRC), duktilitas (45% – 60%), kekuatan tarik (100 J – 225 J), ketahanan lelah (275 MPa – 690 MPa), ketahanan creep (35 MPa – 200 MPa), ketahanan aus (0,04 g – 0,4 g), ketahanan abrasif (0,2 mm – 1 mm), ketahanan erosi (0,02 mm – 0,2 mm), ketahanan cavitation (0 mm – 0,05 mm), ketahanan pitting (0 mm – 0 mm), ketahanan terhadap retak korosi stres (0 mm – 0 mm), ketahanan terhadap korosi intergranular (0 mm – 0 mm), ketahanan terhadap korosi galvanis (0 mV – +50 mV), ketahanan terhadap korosi fretting (0 mg – <1 mg), ketahanan terhadap embrittlement hidrogen (>100 MPa), ketahanan terhadap retak stres sulfida (>100 MPa), ketahanan terhadap karburisasi (>100 MPa), ketahanan terhadap nitriding (>100 MPa), ketahanan terhadap oksidasi (>1000°C), ketahanan terhadap sulfidasi (>800°C), ketahanan terhadap karburisasi (>800°C), ketahanan terhadap nitriding (>800°C), ketahanan terhadap decarburization (>800°C), ketahanan terhadap scaling (>800°C), ketahanan terhadap spalling (>800°C), ketahanan terhadap embrittlement (>800°C), dan ketahanan terhadap shock termal (>800°C). Baja tahan karat digunakan untuk pencahayaan, terutama yang outdoor, di mana ada kemungkinan terkena atmosfer korosif.
Tembaga: Ini adalah elemen yang memiliki konduktivitas listrik (59,6 MS/m) dan termal (401 W/mK) yang tinggi. Tembaga juga duktibel dan malabil, dan dapat dibentuk menjadi berbagai bentuk. Tembaga digunakan untuk konduktor, seperti bus bar, switch gear, dan kawat masuk, serta elektroda untuk lampu busur. Tembaga juga memiliki ketahanan terhadap korosi, terutama terhadap air laut.
Paduan non-ferrous: Ini adalah paduan yang tidak mengandung besi sebagai komponen utama, seperti perunggu, kuningan, atau solder.
Perunggu: Ini adalah paduan tembaga dan timah, dengan proporsi bervariasi dari elemen lain seperti seng atau fosfor. Perunggu memiliki sifat mekanik yang baik, seperti kekuatan (200 MPa – 1200 MPa), kekerasan (60 HB – 250 HB), duktilitas (3% – 40%), dan kekuatan tarik (25 J – 200 J). Perunggu juga memiliki ketahanan terhadap korosi, terutama terhadap air laut dan larutan asam. Perunggu digunakan untuk pencahayaan khusus yang memiliki penampilan warna yang menarik.
Kuningan: Ini adalah paduan tembaga dan seng, dengan proporsi bervariasi dari elemen lain seperti timah atau nikel. Kuningan memiliki sifat mekanik yang baik, seperti kekuatan (200 MPa – 900 MPa), kekerasan (50 HB – 200 HB), duktilitas (10% – 50%), dan kekuatan tarik (30 J – 150 J). Kuningan juga memiliki ketahanan terhadap korosi, terutama terhadap air laut dan larutan basa. Kuningan digunakan untuk pencahayaan khusus yang memiliki penampilan warna yang menarik.
Solder: Ini adalah paduan timah dan timbal, dengan proporsi bervariasi dari elemen lain seperti perak atau antimon. Solder memiliki titik lebur (183°C – 232°C) rendah dan wettability tinggi, yang berarti dapat menempel dengan mudah ke permukaan logam. Solder digunakan untuk menyambung komponen logam dengan cara melelehkan dan mengeras. Solder digunakan di ujung tutup lampu untuk koneksi listrik.
Bahan getter: Ini adalah bahan yang digunakan untuk menyerap impurities gas yang diproduksi di dalam lampu selama operasi, karena dapat menurunkan kinerja lampu. Impurities gas termasuk oksigen, monoksida karbon, dioksida karbon, nitrogen, hidrogen, uap air, dan lainnya. Bahan getter dapat berbentuk lembaran, kawat, atau deposit permukaan dan dapat diaktifkan dengan pemanasan atau paparan cahaya ultraviolet. Beberapa bahan getter yang digunakan untuk lampu adalah:
Barium: Ini adalah elemen yang memiliki afinitas tinggi untuk oksigen dan nitrogen dan dapat membentuk senyawa stabil dengan mereka. Barium digunakan sebagai bahan getter logam untuk lampu pijar dan lampu fluorescent.
Tantalum: Ini adalah elemen yang memiliki afinitas tinggi untuk oksigen dan nitrogen dan dapat membentuk senyawa stabil dengan mereka. Tantalum digunakan sebagai bahan getter logam untuk lampu halogen tungsten dan lampu halida logam.
Titanium: Ini adalah elemen yang memiliki afinitas tinggi untuk oksigen dan nitrogen dan dapat membentuk senyawa stabil dengan mereka. Titanium digunakan sebagai bahan getter logam untuk lampu uap sodium dan lampu uap merkuri.
Niobium: Ini adalah elemen yang memiliki afinitas tinggi untuk oksigen dan nitrogen dan dapat membentuk senyawa stabil dengan mereka. Niobium digunakan sebagai bahan getter logam untuk lampu uap sodium dan lampu uap merkuri.
Zirkonium: Ini adalah elemen yang memiliki afinitas tinggi untuk oksigen dan nitrogen dan dapat membentuk senyawa stabil dengan mereka. Zirkonium digunakan sebagai bahan getter logam untuk lampu uap sodium dan lampu uap merkuri.
Paduan barium-tantalum-titanium: Ini adalah paduan barium, tantalum, dan titanium yang memiliki afinitas tinggi untuk oksigen dan nitrogen dan dapat membentuk senyawa stabil dengan mereka. Paduan ini digunakan sebagai bahan getter logam untuk lampu uap sodium dan lampu halida logam.
Fosfor merah: Ini adalah unsur non-logam yang memiliki afinitas tinggi untuk oksigen dan uap air dan dapat membentuk senyawa stabil dengan mereka. Fosfor merah digunakan sebagai bahan getter non-logam untuk lampu pijar dan lampu fluorescent.
