Materiali per Lampade: Una Guida Completa

Una lampada è un dispositivo che produce illuminazione utilizzando una miccia imbevuta di materiale combustibile o altri strumenti produttori di luce come le lampade a gas ed elettriche. Le lampade furono inventate almeno intorno al 70.000 a.C. e nel corso del tempo hanno evoluto utilizzando diversi materiali e design. In questo articolo esploreremo i vari tipi di materiali utilizzati per costruire una lampada, e le loro proprietà e funzioni.

Cos'è un Materiale per Lampade?

Un materiale per lampade è qualsiasi sostanza utilizzata per costruire una lampada o i suoi componenti. I materiali per lampade possono essere classificati in due categorie principali: materiali isolanti e materiali conduttori. I materiali isolanti sono quelli che non permettono il passaggio di corrente elettrica, come vetro, ceramiche e plastica. I materiali conduttori sono quelli che permettono il flusso di corrente elettrica, come metalli e leghe.

I materiali isolanti sono utilizzati per formare la barriera o l'involucro della lampada, che protegge la sorgente luminosa da fattori esterni e influenza il colore e la qualità della luce. I materiali conduttori sono utilizzati per formare il filamento, l'elettrodo, il filo di ingresso e la base o il cappuccio della lampada, che forniscono la connessione elettrica e il supporto per la sorgente luminosa.

Tipi di Materiali per Lampade

Esistono molti tipi di materiali per lampade utilizzati per diversi scopi e applicazioni. Alcuni dei più comuni sono:

Vetro

Il vetro è un materiale trasparente realizzato da sabbia fusa o silice mescolata con altre sostanze. Il vetro è ampiamente utilizzato come barriera o involucro per le lampade, poiché può resistere a temperature e pressioni elevate e può essere modellato in varie forme e colori. Il vetro può anche trasmettere la luce con minima perdita o distorsione e può essere chimicamente inerte e resistente alla corrosione.

Alcuni tipi di vetro utilizzati per le lampade sono:

• Vetro silicato di soda-lime: Questo è il tipo di vetro più comune, che ha un punto di fusione basso ed è utilizzato per le lampade a filamento. Contiene circa il 67% di silice, oltre a ossido di sodio, ossido di calcio e altri additivi.

• Vetro silicato alcalino-alimentare: Questo è un tipo di vetro che ha una maggiore resistività elettrica rispetto al vetro silicato di soda-lime, ed è utilizzato per la parte interna del vetro della lampada. Contiene ossido di piombo, ossido di potassio e altri additivi.

• Vetro borosilicato: Questo è un tipo di vetro che ha una maggiore resistenza termica e un coefficiente di espansione termica inferiore rispetto al vetro silicato di soda-lime ed è utilizzato per lampade ad alta potenza, come quelle per proiettori cinematografici. Contiene ossido di boro, ossido di alluminio e altri additivi.

• Vetro silicato di allumina: Questo è un tipo di vetro che ha una minore resistenza allo shock termico rispetto al vetro borosilicato, ma un indice di rifrazione superiore ed è utilizzato per lampade a bassa potenza con alto rendimento luminoso. Contiene allumina, magnesia e altri additivi.

• Quarzo: Questo è un tipo di vetro realizzato da silice pura o biossido di silicio, che ha un punto di fusione molto elevato e trasparenza. È utilizzato per le lampade a tungsteno halogeno, che operano a temperature molto elevate. Contiene solo tracce di altri metalli e gruppi idrossile.

• Vetro resistente al sodio: Questo è un tipo di vetro progettato specificamente per le lampade a vapore di sodio, che producono luce intensa ionizzando il vapore di sodio. Il vapore di sodio ha una forte proprietà riducente che può causare un rapidissimo annerimento dei vetri normali. Il vetro resistente al sodio contiene piccole quantità di silice o altri ossidi facilmente riducibili per prevenire questo effetto.

Ceramiche

Le ceramiche sono materiali non metallici realizzati da argilla o altre sostanze inorganiche che vengono riscaldate e indurite. Le ceramiche sono utilizzate per le lampade perché possono essere modellate in varie forme e dimensioni e possono avere diverse proprietà ottiche, come la trasparenza o la traslucidità. Le ceramiche possono anche resistere a temperature e pressioni elevate e possono essere chimicamente stabili e resistenti alla corrosione.

Alcuni tipi di ceramiche utilizzate per le lampade sono:

• Ceramiche policristalline di ossidi metallici: Queste sono ceramiche realizzate da ossidi metallici come allumina, magnesia o ossidi di terra rare, che vengono riscaldati e sintetizzati per formare corpi policristallini. Queste ceramiche possono essere trasparenti o traslucide a seconda della loro porosità e dimensione dei granuli. Sono utilizzate per lampade ad alta pressione come le lampade a vapore di sodio o le lampade a ioduri metallici, che richiedono una trasmissione luminosa elevata.

• Ceramiche convenzionali: Queste sono ceramiche realizzate da argilla o altre sostanze naturali che vengono mescolate con acqua e plasmate nelle forme desiderate prima della cottura. Includono la porcellana e lo steatite.

• Porcellana: Questo è un tipo di ceramica realizzato da argilla kaolinica mista a feldspato, quarzo e altri additivi. Ha una buona resistenza meccanica, resistenza allo shock termico, proprietà di isolamento elettrico e resistenza all'umidità. Viene utilizzato per realizzare basi o cappucci per lampade.

• Steatite: Questo è un tipo di ceramica realizzato da talco misto a argilla e altri additivi. Ha proprietà migliori della porcellana in termini di resistività elettrica, conducibilità termica, resistenza dielettrica e stabilità dimensionale. Viene utilizzato per realizzare isolatori o supporti per lampade.

Metallo

Il metallo è un elemento o un lega che ha una alta conducibilità elettrica e termica. Il metallo viene utilizzato per le lampade perché può fornire una connessione elettrica e un supporto per la sorgente luminosa, così come riflettere o diffondere la luce a seconda del suo finitura superficiale. Il metallo può anche essere modellato in varie forme e dimensioni tramite colata, forgiatura, meccanizzazione o saldatura.

Alcuni tipi di metallo utilizzati per le lampade sono:

• Tungsteno: Questo è un elemento che ha un punto di fusione molto elevato (3422°C) e una resistenza a trazione (1510 MPa). Viene utilizzato per realizzare filamenti per le lampade incandescenti attraverso l'estrazione di fili sottili e arrotolandoli intorno a mandrini di ferro o molibdeno. I filamenti di tungsteno hanno una alta resistenza al calore e all'evaporazione, ma richiedono anche una tensione elevata per funzionare.

• Molibdeno: Questo è un elemento che ha un punto di fusione elevato (2610°C) ma una resistenza a trazione (638 MPa) inferiore al tungsteno. Viene utilizzato per realizzare supporti o fili di collegamento per i filamenti, nonché elettrodi per le lampade ad arco. Il molibdeno ha un coefficiente di espansione simile a alcuni tipi di vetro, il che gli permette di formare giunti stretti con essi.

• Nichel: Questo è un elemento che ha un punto di fusione moderato (1455°C) e una resistenza a trazione (758 MPa). Viene utilizzato per galvanizzare componenti di ferro o acciaio per aumentarne la durezza ed elasticità. Il nichel ha anche una alta resistenza alla corrosione e all'ossidazione. Viene utilizzato per realizzare fili di collegamento o nastri bimetalli, per avviatori.

• Alluminio: Questo è un elemento che ha un punto di fusione basso (660°C) ma una resistenza a trazione (310 MPa) elevata. È anche leggero (2,7 g/cm³) e non magnetico. Ha una alta resistenza alla corrosione grazie al sottile strato di ossido sulla sua superficie. L'alluminio è facilmente reperibile e a basso costo. Viene utilizzato per realizzare cappucci o riflettori per le lampade.

• Acciaio: Questo è un lega di ferro con carbonio e altri elementi come manganese o cromo. L'acciaio ha un punto di fusione variabile (1370°C – 1530°C) a seconda della sua composizione, ma una resistenza a trazione (400 MPa – 2000 MPa) elevata. L'acciaio ha anche una buona duttilità e malleabilità. Le lamiere d'acciaio hanno una alta resistenza ma un costo basso rispetto ad altri metalli. Le lamiere d'acciaio possono essere laminate a caldo o a freddo, a seconda dello spessore e del finitura superficiale. Le lamiere d'acciaio possono anche essere rivestite con smalto porcellanato per migliorare il loro aspetto o la resistenza alla corrosione.

• Acciaio inossidabile: Questo è un lega di ferro con cromo (12% – 30%) e altri elementi come nichel o molibdeno. L'acciaio inossidabile ha una alta resistenza alla corrosione grazie al suo strato di ossido di cromo sulla superficie. L'acciaio inossidabile ha anche buone proprietà meccaniche come resistenza (515 MPa – 1035 MPa), durezza (95 HRB – 40 HRC), duttilità (45% – 60%), tenacità (100 J – 225 J), resistenza alla fatica (275 MPa – 690 MPa), resistenza alla crepa (35 MPa – 200 MPa), resistenza all'usura (0,04 g – 0,4 g), resistenza all'abrasione (0,2 mm – 1 mm), resistenza all'erosione (0,02 mm – 0,2 mm), resistenza alla cavità (0 mm – 0,05 mm), resistenza alla pitting (0 mm – 0 mm), resistenza alla corrosione intergranulare (0 mm – 0 mm), resistenza alla corrosione galvanica (0 mV – +50 mV), resistenza alla corrosione da fretting (0 mg – <1 mg), resistenza all'embrittlement idrogeno (>100 MPa), resistenza alla rottura da stress sulfureo (>100 MPa), resistenza alla carburizzazione (>100 MPa), resistenza alla nitridazione (>100 MPa), resistenza all'ossidazione (>1000°C), resistenza alla sulfidazione (>800°C), resistenza alla carburizzazione (>800°C), resistenza alla nitridazione (>800°C), resistenza alla decarburizzazione (>800°C), resistenza alla squamatura (>800°C), resistenza all'embrittlement (>800°C) e resistenza allo shock termico (>800°C). L'acciaio inossidabile viene utilizzato per i lampioni, specialmente quelli all'aperto, dove c'è la possibilità di esposizione a atmosfere corrosive.

• Rame: Questo è un elemento che ha una alta conducibilità elettrica (59,6 MS/m) e termica (401 W/mK). Il rame è anche duttile e malleabile e può essere facilmente modellato in varie forme. Il rame viene utilizzato per i conduttori, come bus bar, impianti di commutazione, e fili di collegamento, nonché elettrodi per le lampade ad arco. Il rame ha anche una buona resistenza alla corrosione, specialmente contro l'acqua di mare.

• Leghe non ferrose: Queste sono leghe che non contengono il ferro come componente principale, come bronzo, ottone o saldature.

• Bronzo: Questo è un lega di rame e stagno, con proporzioni variabili di altri elementi come zinco o fosforo. Il bronzo ha buone proprietà meccaniche, come resistenza (200 MPa – 1200 MPa), durezza (60 HB – 250 HB), duttilità (3% – 40%) e tenacità (25 J – 200 J). Il bronzo ha anche una buona resistenza alla corrosione, specialmente contro l'acqua di mare e soluzioni acide. Il bronzo viene utilizzato per lampioni speciali che hanno un aspetto colorato attraente.

• Ottone: Questo è un lega di rame e zinco, con proporzioni variabili di altri elementi come piombo o nichel. L'ottone ha buone proprietà meccaniche, come resistenza (200 MPa – 900 MPa), durezza (50 HB – 200 HB), duttilità (10% – 50%) e tenacità (30 J – 150 J). L'ottone ha anche una buona resistenza alla corrosione, specialmente contro l'ac