Materiais para Lâmpadas: Um Guia Completo

Uma lâmpada é um dispositivo que produz iluminação usando uma mecha embebida em material combustível ou outros instrumentos geradores de luz, como lâmpadas a gás e elétricas. As lâmpadas foram inventadas pelo menos desde 70.000 a.C. e evoluíram ao longo do tempo para usar diferentes materiais e designs. Neste artigo, exploraremos os vários tipos de materiais usados para construir uma lâmpada, bem como suas propriedades e funções.

O que é um Material de Lâmpada?

Um material de lâmpada é qualquer substância utilizada para construir uma lâmpada ou seus componentes. Os materiais de lâmpada podem ser classificados em duas categorias principais: materiais isolantes e materiais condutores. Materiais isolantes são aqueles que não permitem a passagem de corrente elétrica, como vidro, cerâmica e plásticos. Materiais condutores são aqueles que permitem a passagem de corrente elétrica, como metais e ligas metálicas.

Materiais isolantes são usados para formar a barreira ou a carcaça da lâmpada, protegendo a fonte de luz de fatores externos e influenciando a cor e a qualidade da luz. Materiais condutores são usados para formar o filamento, o eletrodo, o fio de entrada e a base ou a tampa da lâmpada, fornecendo a conexão elétrica e suporte para a fonte de luz.

Tipos de Materiais de Lâmpada

Existem muitos tipos de materiais de lâmpada usados para diferentes propósitos e aplicações. Alguns dos mais comuns são:

Vidro

O vidro é um material transparente feito de areia derretida ou sílica misturada com outras substâncias. O vidro é amplamente utilizado como barreira ou carcaça para lâmpadas, pois pode suportar altas temperaturas e pressões e pode ser moldado em várias formas e cores. O vidro também pode transmitir luz com perdas mínimas ou distorções e pode ser quimicamente inerte e resistente à corrosão.

Alguns dos tipos de vidro usados para lâmpadas são:

• Vidro silicato sódico-cálcico: Este é o tipo mais comum de vidro, que tem um ponto de fusão baixo e é usado para lâmpadas de filamento. Contém cerca de 67% de sílica, além de óxido de sódio, óxido de cálcio e outros aditivos.

• Vidro silicato alcalino-lead: Este é um tipo de vidro que tem uma resistividade elétrica maior que o vidro sódico-cálcico e é usado para a parte interna do bulbo de vidro. Contém óxido de chumbo, óxido de potássio e outros aditivos.

• Vidro borossilicato: Este é um tipo de vidro que tem uma maior resistência à temperatura e um menor coeficiente de expansão térmica que o vidro sódico-cálcico e é usado para lâmpadas de alta potência, como projetores de cinema. Contém óxido de boro, óxido de alumínio e outros aditivos.

• Vidro silicato de alumínio: Este é um tipo de vidro que tem uma menor resistência ao choque térmico que o vidro borossilicato, mas um índice de refração maior e é usado para lâmpadas de baixa potência com alta saída luminosa. Contém alumina, magnésia e outros aditivos.

• Quartzo: Este é um tipo de vidro feito de sílica pura ou dióxido de silício, que tem um ponto de fusão muito alto e transparência. É usado para lâmpadas halogênio de tungstênio, que operam em temperaturas muito altas. Contém apenas traços de outros metais e grupos hidroxila.

• Vidro resistente a sódio: Este é um tipo de vidro especialmente projetado para lâmpadas de vapor de sódio, que produzem luz intensa ionizando vapor de sódio. O vapor de sódio tem uma propriedade redutora poderosa que pode causar rapidamente o escurecimento de vidros normais. O vidro resistente a sódio contém pequenas quantidades de sílica ou outros óxidos facilmente redutíveis para evitar esse efeito.

Cerâmicas

As cerâmicas são materiais não metálicos feitos de argila ou outras substâncias inorgânicas que são aquecidas e endurecidas. As cerâmicas são usadas para lâmpadas porque podem ser moldadas em várias formas e tamanhos e podem ter diferentes propriedades ópticas, como transparência ou translucidez. As cerâmicas também podem suportar altas temperaturas e pressões e podem ser quimicamente estáveis e resistentes à corrosão.

Alguns dos tipos de cerâmicas usados para lâmpadas são:

• Cerâmicas policristalinas de óxidos metálicos: Estas são cerâmicas feitas de óxidos metálicos como alumina, magnésia ou óxidos de terras raras, que são aquecidos e sinterizados para formar corpos policristalinos. Essas cerâmicas podem ser transparentes ou translúcidas, dependendo de sua porosidade e tamanho de grão. São usadas para lâmpadas de alta pressão, como lâmpadas de vapor de sódio ou lâmpadas de halogênio metálico, que requerem alta transmissão de luz.

• Cerâmicas convencionais: Estas são cerâmicas feitas de argila ou outras substâncias naturais que são misturadas com água e moldadas nas formas desejadas antes do cozimento. Incluem porcelana e estearita.

• Porcelana: Este é um tipo de cerâmica feita de argila kaolinita misturada com feldspato, quartzo e outros aditivos. Tem boa resistência mecânica, resistência ao choque térmico, propriedade de isolamento elétrico e resistência à umidade. É usada para fazer bases ou tampas de lâmpadas.

• Estearita: Este é um tipo de cerâmica feita de talco misturado com argila e outros aditivos. Tem melhores propriedades do que a porcelana em termos de resistividade elétrica, condutividade térmica, resistência dielétrica e estabilidade dimensional. É usada para fazer isoladores ou suportes para lâmpadas.

Metal

O metal é um elemento ou liga que tem alta condutividade elétrica e térmica. O metal é usado para lâmpadas porque pode fornecer conexão elétrica e suporte para a fonte de luz, além de refletir ou difundir a luz, dependendo de seu acabamento superficial. O metal também pode ser moldado em várias formas e tamanhos por fundição, forjamento, usinagem ou soldagem.

Alguns dos tipos de metal usados para lâmpadas são:

• Tungstênio: Este é um elemento que tem um ponto de fusão muito alto (3422°C) e resistência à tração (1510 MPa). É usado para fazer filamentos para lâmpadas incandescentes esticando-o em fios finos e enrolando-os em mandril de ferro ou molibdênio. Filamentos de tungstênio têm alta resistência ao calor e evaporação, mas também requerem alta voltagem para operar.

• Molibdênio: Este é um elemento que tem um ponto de fusão alto (2610°C), mas resistência à tração (638 MPa) inferior ao do tungstênio. É usado para fazer suportes ou fios de entrada para filamentos, bem como eletrodos para lâmpadas de arco. O molibdênio tem um coeficiente de expansão similar a alguns tipos de vidro, o que permite formar selos apertados com eles.

• Níquel: Este é um elemento que tem um ponto de fusão moderado (1455°C) e resistência à tração (758 MPa). É usado para eletrodepositar componentes de ferro ou aço para aumentar sua dureza e elasticidade. O níquel também tem alta resistência à corrosão e oxidação. É usado para fazer fios de entrada ou tiras bimetálicas, para iniciadores.

• Alumínio: Este é um elemento que tem um ponto de fusão baixo (660°C), mas resistência à tração alta (310 MPa). Também é leve (2,7 g/cm³) e não magnético. Tem alta resistência à corrosão devido à fina camada de óxido em sua superfície. O alumínio é facilmente disponível e barato. É usado para fazer tampas ou refletores para lâmpadas.

• Aço: Esta é uma liga de ferro com carbono e outros elementos como manganês ou cromo. O aço tem um ponto de fusão variável (1370°C – 1530°C) dependendo de sua composição, mas resistência à tração alta (400 MPa – 2000 MPa). O aço também tem boa ductilidade e maleabilidade. A chapa de aço tem alta resistência, mas custo baixo em comparação com outros metais. As chapas de aço podem ser laminadas a quente ou a frio, dependendo de sua espessura e acabamento superficial. As chapas de aço também podem ser revestidas com esmalte de porcelana para melhorar sua aparência ou resistência à corrosão.

• Aço inoxidável: Esta é uma liga de ferro com crômio (12% – 30%) e outros elementos como níquel ou molibdênio. O aço inoxidável tem alta resistência à corrosão devido à sua camada de óxido de crômio na superfície. O aço inoxidável também tem boas propriedades mecânicas como resistência (515 MPa – 1035 MPa), dureza (95 HRB – 40 HRC), ductilidade (45% – 60%), tenacidade (100 J – 225 J), resistência à fadiga (275 MPa – 690 MPa), resistência ao fluência (35 MPa – 200 MPa), resistência ao desgaste (0,04 g – 0,4 g), resistência à abrasão (0,2 mm – 1 mm), resistência à erosão (0,02 mm – 0,2 mm), resistência à cavitação (0 mm – 0,05 mm), resistência à pitting (0 mm – 0 mm), resistência à corrosão intergranular (0 mm – 0 mm), resistência à corrosão galvânica (0 mV – +50 mV), resistência à corrosão por fretting (0 mg – <1 mg), resistência à embrittlement por hidrogênio (>100 MPa), resistência à fissuração por tensão sulfídrica (>100 MPa), resistência à carbonização (>100 MPa), resistência à nitridação (>100 MPa), resistência à oxidação (>1000°C), resistência à sulfidização (>800°C), resistência à carbonização (>800°C), resistência à nitridação (>800°C), resistência à decarbonização (>800°C), resistência à escamação (>800°C), resistência à esfoliação (>800°C), resistência à embrittlement (>800°C) e resistência ao choque térmico (>800°C). O aço inoxidável é usado para luminárias, especialmente as externas, onde há chance de exposição a atmosferas corrosivas.

• Cobre: Este é um elemento que tem alta condutividade elétrica (59,6 MS/m) e térmica (401 W/mK). O cobre também é dúctil e maleável e pode ser facilmente moldado em várias formas. O cobre é usado para condutores, como barras coletoras, dispositivos de comando, e fios de entrada, bem como eletrodos para lâmpadas de arco. O cobre também tem boa resistência à corrosão, especialmente contra a água do mar.

• Ligas não fer