Materiały do lamp: kompleksowy przewodnik

Lampa to urządzenie produkujące światło poprzez wykorzystanie knotu nasączonego materiałem łatwopalnym lub innych źródeł światła, takich jak gazu i lamp elektryczne. Lampy zostały wynalezione co najmniej 70 000 lat temu i z biegiem czasu ewoluowały, używając różnych materiałów i projektów. W tym artykule przeanalizujemy różne rodzaje materiałów stosowanych do budowy lamp oraz ich właściwości i funkcje.

Czym jest materiał lampy?

Materiał lampy to każdy substancja używana do konstrukcji lampy lub jej elementów. Materiały lampowe można podzielić na dwie główne kategorie: materiały izolujące i przewodzące. Materiały izolujące to te, które nie pozwalają prądz elektrycznemu przepływać przez nie, takie jak szkło, ceramika i tworzywa sztuczne. Materiały przewodzące to te, które umożliwiają przepływ prądu elektrycznego, takie jak metale i stopy.

Materiały izolujące są używane do formowania barier lub obudowy lampy, które chronią źródło światła przed zewnętrznymi czynnikami i wpływają na kolor i jakość światła. Materiały przewodzące są używane do formowania włókien, elektrod, przewodów wiodących i podstawy lub końcówki lampy, które zapewniają połączenie elektryczne i wsparcie dla źródła światła.

Typy materiałów lampowych

Istnieje wiele rodzajów materiałów lampowych używanych do różnych celów i zastosowań. Niektóre z najbardziej powszechnych to:

Szkło

Szkło to przezroczysty materiał wykonany z stopionego piasku lub kwarcu mieszanki z innymi substancjami. Szkło jest szeroko stosowane jako bariéra lub obudowa lamp, ponieważ może wytrzymać wysokie temperatury i ciśnienia oraz może być kształtowane w różne formy i kolory. Szkło może również przesyłać światło z minimalnymi stratami lub zniekształceniami, a także jest chemicznie obojętne i odporny na korozję.

Niektóre typy szkła używane do lamp to:

• Soda-lime silicate glass: Jest to najpopularniejszy typ szkła, który ma niski punkt topnienia i jest używany do lamp żarowych. Zawiera około 67% kwarcu, wraz z tlenkiem sodu, tlenkiem wapnia i innymi dodatkami.

• Tlenek ołowiu-soda silikatowe szkło: Jest to typ szkła, który ma wyższą elektryczną oporność niż soda-lime glass, i jest używany do wewnętrznej części szklanego bańki. Zawiera tlenek ołowiu, tlenek potasu i inne dodatki.

• Borosilicatowe szkło: Jest to typ szkła, który ma wyższą temperaturę topnienia i niższy współczynnik rozszerzalności termicznej niż soda-lime glass, i jest używany do lamp o większej mocy, takich jak projektor kinowy. Zawiera boran, tlenek glinu i inne dodatki.

• Alumina silikatowe szkło: Jest to typ szkła, który ma niższą odporność na termiczny szok niż borosilicatowe szkło, ale wyższy współczynnik załamania i jest używany do lamp o niskiej mocy z dużym natężeniem światła. Zawiera aluminia, magnezia i inne dodatki.

• Kwarc: Jest to typ szkła, który jest wykonany z czystego kwarcu lub tlenku krzemu, który ma bardzo wysoki punkt topnienia i przezroczystość. Jest używany do lamp żarowych halogenowych, które działają przy bardzo wysokich temperaturach. Zawiera tylko śladowe ilości innych metali i grup hydroksylowych.

• Sodoodporność szkła: Jest to typ szkła specjalnie zaprojektowanego dla lamp par sodowych, które produkują intensywne światło poprzez jonizację pary sodowej. Pary sodowe mają potężną właściwość redukującą, która może powodować szybkie czernienie zwykłych szkieł. Sodoodporne szkło zawiera małe ilości kwarcu lub innych łatwo redukujących tlenków, aby zapobiec temu efektowi.

Keramika

Keramika to nietkwiowe materiały wykonane z gliny lub innych nieorganicznych substancji, które są nagrzewane i hartowane. Keramika jest używana do lamp, ponieważ można ją formować w różne kształty i rozmiary oraz może mieć różne właściwości optyczne, takie jak przezroczystość lub półprzezroczystość. Keramika może również wytrzymywać wysokie temperatury i ciśnienia oraz może być chemicznie stabilna i odporna na korozję.

Niektóre typy keramiki używane do lamp to:

• Polikrystaliczne metalo-oxide keramiki: Są to keramiki wykonane z tlenków metali, takich jak alumina, magnesia lub tlenki rzadkich ziemi, które są nagrzewane i spiekane, aby utworzyć ciała polikrystaliczne. Te keramiki mogą być przezroczyste lub półprzezroczyste w zależności od porowatości i wielkości ziaren. Są one używane do lamp wysokociśnieniowych, takich jak lampy par sodowych lub lampy halogenowe metale, które wymagają wysokiej transmisji światła.

• Konwencjonalne keramiki: Są to keramiki wykonane z gliny lub innych naturalnych substancji, które są mieszane z wodą i formowane w pożądane kształty przed paleniem. Obejmują porcelanę i steatyt.

• Porcelana: Jest to typ keramiki, który jest wykonany z kaolinowej gliny mieszanej z feldsparem, kwarcem i innymi dodatkami. Ma dobrą mechaniczną wytrzymałość, odporność na termiczny szok, właściwości izolacji elektrycznej i odporność na wilgoć. Jest używana do produkcji podstaw lub końcówek lamp.

• Steatyt: Jest to typ keramiki, który jest wykonany z talcum mieszany z gliną i innymi dodatkami. Ma lepsze właściwości niż porcelana pod względem oporności elektrycznej, przewodzenia ciepła, wytrzymałości dielektrycznej i stabilności wymiarowej. Jest używany do produkcji izolatorów lub wsporników lamp.

Metal

Metal to pierwiastek lub stop, który ma wysoką przewodność elektryczną i cieplną. Metal jest używany do lamp, ponieważ może zapewnić połączenie elektryczne i wsparcie dla źródła światła, a także odbijać lub rozpraszać światło w zależności od jego powierzchni. Metal można również kształtować w różne formy i rozmiary przez odlew, kucie, frezowanie lub spawanie.

Niektóre typy metali używane do lamp to:

• Wolfram: Jest to pierwiastek, który ma bardzo wysoką temperaturę topnienia (3422°C) i wytrzymałość na rozciąganie (1510 MPa). Jest używany do produkcji włókien dla lamp żarowych, poprzez przeciąganie go w cienkie druty i nawijanie ich na mandryle żelaza lub molibdenu. Włókna wolframowe mają wysoką odporność na ciepło i odparowanie, ale wymagają wysokiego napięcia do działania.

• Molibden: Jest to pierwiastek, który ma wysoką temperaturę topnienia (2610°C), ale niższą wytrzymałość na rozciąganie (638 MPa) niż wolfram. Jest używany do produkcji wsporników lub przewodów wiodących dla włókien, a także elektrod do lamp łukowych. Molibden ma podobny współczynnik rozszerzalności do niektórych typów szkła, co pozwala mu tworzyć szczelne złącza z nimi.

• Nikiel: Jest to pierwiastek, który ma umiarkowaną temperaturę topnienia (1455°C) i wytrzymałość na rozciąganie (758 MPa). Jest używany do galwanizacji elementów z żelaza lub stali, aby zwiększyć ich twardość i sprężystość. Nikiel ma również wysoką odporność na korozję i utlenianie. Jest używany do produkcji przewodów wiodących lub dwumetalowych taśm, dla starterów.

• Aluminium: Jest to pierwiastek, który ma niską temperaturę topnienia (660°C), ale wysoką wytrzymałość na rozciąganie (310 MPa). Jest również lekki (2.7 g/cm3) i niemagnetyczny. Ma wysoką odporność na korozję dzięki cienkiej warstwie tlenku na jego powierzchni. Aluminium jest łatwo dostępne i tanie. Jest używane do produkcji nakrętek lub reflektorów dla lamp.

• Stal: To stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami, takimi jak mangan lub chrom. Stal ma zmienną temperaturę topnienia (1370°C – 1530°C) w zależności od składu, ale wysoką wytrzymałość na rozciąganie (400 MPa – 2000 MPa). Stal ma również dobrą ciągliwość i plastyczność. Blacha stalowa ma wysoką wytrzymałość, ale niską cenę w porównaniu do innych metali. Blachy stalowe mogą być rolowane na gorąco lub na zimno, w zależności od grubości i powierzchni. Blachy stalowe mogą również być pokryte emalią porcelanową, aby poprawić ich wygląd lub odporność na korozję.

• Stal nierdzewna: To stop żelaza z chromem (12% – 30%) i innymi pierwiastkami, takimi jak nikiel lub molibden. Stal nierdzewna ma wysoką odporność na korozję dzięki warstwie tlenku chromu na jej powierzchni. Stal nierdzewna ma również dobre właściwości mechaniczne, takie jak wytrzymałość (515 MPa – 1035 MPa), twardość (95 HRB – 40 HRC), ciągliwość (45% – 60%), twardość (100 J – 225 J), odporność na zmęczenie (275 MPa – 690 MPa), odporność na pełzanie (35 MPa – 200 MPa), odporność na zużycie (0.04 g – 0.4 g), odporność na erozję (0.2 mm – 1 mm), odporność na kawitację (0 mm – 0.05 mm), odporność na pitting (0 mm – 0 mm), odporność na intergranularną korozję (0 mm – 0 mm), odporność na galwaniczną korozję (0 mV – +50 mV), odporność na fretting korozję (0 mg – <1 mg), odporność na wodorowe embrittlement (>100 MPa), odporność na pękanie spowodowane siarczanami (>100 MPa), odporność na karburację (>100 MPa), odporność na azotowanie (>100 MPa), odporność na utlenianie (>1000°C), odporność na sulfidację (>800°C), odporność na karburację (>800°C), odporność na azotowanie (>800°C), odporność na dekarburację (>800°C), odporność na skalowanie (>800°C), odporność na odskakowanie (>800°C), odporność na embrittlement (>800°C) i odporność na termiczny szok (>800°C). Stal nierdzewna jest używana do oświetleniów, zwłaszcza na zewnątrz, gdzie istnieje ryzyko ekspozycji na korodujące atmosfery.

• Miedź: To pierwiastek, który ma wysoką przewodność elektryczną (59.6 MS/m) i cieplną (401 W/mK). Miedź jest również ciągła i plastyczna, a jej można łatwo kształtować w różne formy. Miedź jest używana do produkcji przewodników, takich jak busbars, przełączniki i przewody wiodące, a także elektrod do lamp łukowych. Miedź ma również dobrą odporność na korozję, szczególnie wobec wód morskich.

• Stopnie bezżelazne: To stopy, które nie zawierają żelaza jako głównego składnika, takie jak brąz, mosiądz lub cyna.

• Brąz: To stop miedzi i cynku, z różnymi proporcjami innych pierwiastków, takich jak ołów lub nikel. Brąz ma dobre właściwości mechaniczne, takie jak wytrzymałość (200 MPa – 1200 MPa), twardość (60 HB – 250 HB), ciągliwość (3% – 40%) i twardość (25 J – 200 J). Brąz ma również dobrą odporność na korozję, szczególnie wobec wód morskich i kwasowych roztworów. Brąz jest używany do specjalnych oświetleniów, które mają atrakcyjny kolor.

• Mosiądz: To stop miedzi i cynku, z różnymi proporcjami innych pierwiastków, takich jak ołów lub nikel. Mosiądz ma dobre właściwości mechaniczne, takie jak wytrzymałość (200 MPa – 900 MPa), twardość (50 HB – 200 HB), ciągliwość (10% – 50%) i twardość (30 J – 150 J). Mosiądz ma również dobrą odporność na korozję, szczególnie wobec wód morskich i zasadowych roztworów. Mosiądz jest używany do specjalnych oświetleniów, które mają atrakcyjny kolor.

• Cyna: To stop cynku i ołowiu, z różnymi proporcjami innych pierwiastków, takich jak srebro lub antymon. Cyna ma niską temperaturę topnienia (183°C – 232°C) i wysoką zdolność do moknięcia, co oznacza, że może łatwo przylegać do metalowych powierzchni. Cyna jest używana do łączenia metalowych elementów, poprzez ich topienie i stygnięcie. Cyna jest używana na końcu nakrętki lampy do połączenia elektrycznego.

• Materiał getter: To materiał, który jest używany do absorpcji gazowych zanieczyszczeń, które są produkowane wewnątrz lampy podczas działania, ponieważ mogą one obniżyć wydajność lampy. Gazowe zanieczyszczenia obejmują tlen, tlenek węgla, dwutlenek węgla, azot, wodór, parę wodną i inne. Materiał getter może być w formie blachy, drutu lub osadu powierzchniowego i może być aktywowany przez grzanie lub narażenie na ultrafioletowe światło. Niektóre materiały getter używane do lamp to:

• Bar: To pierwiastek, który ma wysoką afinitę do tlenu i azotu i może tworzyć stabilne związki z nimi. Bar jest używany jako materiał getter metalowy do lamp żarowych i fluorescencyjnych.

• Tantal: To pierwiastek, który ma wysoką afinitę do tlenu i azotu i może tworzyć stabilne związki z nimi. Tantal jest używany jako materiał getter metalowy do lamp halogenowych i halogenowych metali.

• Titan: To pierwiastek, który ma wysoką afinitę do tlenu i azotu i może tworzyć stabilne związki z nimi. Titan jest używany jako materiał getter metalowy do lamp par sodowych i par rtęciowych.

• Niob: To pierwiastek, który ma wysoką afinitę do tlenu i azotu i może tworzyć stabilne związki z nimi. Niob jest używany jako materiał getter metalowy do lamp par sodowych i par rtęciowych.

• Cyran: To pierwiastek, który ma wysoką afinitę do tlenu i azotu i może tworzyć stabilne związki z nimi. Cyran jest używany jako materiał getter metalowy do lamp par sodowych i par rtęciowych.

• Stop bar-tantal-titan: To stop bar, tantalu i tytanu, który ma wysoką