Материалы для ламп: Полное руководство

Лампа - это устройство, которое производит освещение с помощью фитиля, пропитанного горючим материалом, или других светоизлучающих приборов, таких как газовые и электрические лампы. Лампы были изобретены по крайней мере 70 000 лет назад и со временем эволюционировали, используя разные материалы и дизайны. В этой статье мы рассмотрим различные типы материалов, используемых для изготовления ламп, а также их свойства и функции.

Что такое материал лампы?

Материал лампы - это любой материал, который используется для изготовления лампы или ее компонентов. Материалы ламп можно разделить на две основные категории: изоляционные материалы и проводящие материалы. Изоляционные материалы - это те, которые не позволяют электрическому току проходить через них, такие как стекло, керамика и пластмассы. Проводящие материалы - это те, которые позволяют электрическому току проходить через них, такие как металлы и сплавы.

Изоляционные материалы используются для формирования барьера или корпуса лампы, который защищает источник света от внешних факторов и влияет на цвет и качество света. Проводящие материалы используются для формирования нити, электрода, вводного провода и основания или колпачка лампы, которые обеспечивают электрическое соединение и поддержку источника света.

Типы материалов ламп

Существует множество типов материалов для ламп, которые используются для различных целей и применений. Некоторые из самых распространенных:

Стекло

Стекло - это прозрачный материал, изготовленный из расплавленного песка или диоксида кремния, смешанного с другими веществами. Стекло широко используется в качестве барьера или корпуса для ламп, так как оно может выдерживать высокие температуры и давление, а также может быть сформировано в различные формы и цвета. Стекло также передает свет с минимальными потерями или искажениями и является химически инертным и устойчивым к коррозии.

Некоторые типы стекла, используемые для ламп, включают:

• Силикатное стекло с натрием и кальцием: Это самый распространенный тип стекла, который имеет низкую температуру плавления и используется для ламп с нитью накала. Оно содержит около 67% диоксида кремния, а также оксид натрия, оксид кальция и другие добавки.

• Свинцово-щелочное силикатное стекло: Это тип стекла, который имеет более высокое электрическое сопротивление, чем силикатное стекло с натрием и кальцием, и используется для внутренней части колбы лампы. Оно содержит оксид свинца, оксид калия и другие добавки.

• Боросиликатное стекло: Это тип стекла, который имеет более высокую термическую стойкость и более низкий коэффициент теплового расширения, чем силикатное стекло с натрием и кальцием, и используется для ламп высокой мощности, таких как кинопроекторы. Оно содержит оксид бора, оксид алюминия и другие добавки.

• Алюмосиликатное стекло: Это тип стекла, который имеет более низкую термическую ударную прочность, чем боросиликатное стекло, но более высокий показатель преломления и используется для ламп низкой мощности с высоким световым потоком. Оно содержит алюминий, магний и другие добавки.

• Кварц: Это тип стекла, изготовленный из чистого диоксида кремния, который имеет очень высокую температуру плавления и прозрачность. Он используется для вольфрамовых галогенных ламп, которые работают при очень высоких температурах. Он содержит только следовые количества других металлов и гидроксильных групп.

• Стекло, устойчивое к натрию: Это тип стекла, специально разработанный для натриевых ламп, которые производят интенсивный свет путем ионизации натриевой пары. Натриевая пар имеет мощное восстановительное свойство, которое может вызвать быстрое потемнение обычных стекол. Стекло, устойчивое к натрию, содержит небольшие количества диоксида кремния или других легко восстанавливающихся оксидов, чтобы предотвратить этот эффект.

Керамика

Керамика - это неметаллические материалы, изготовленные из глины или других неорганических веществ, которые нагреваются и затвердевают. Керамика используется для ламп, так как она может быть сформирована в различные формы и размеры и может иметь разные оптические свойства, такие как прозрачность или полупрозрачность. Керамика также может выдерживать высокие температуры и давление и быть химически стабильной и устойчивой к коррозии.

Некоторые типы керамики, используемые для ламп, включают:

• Поликристаллическая металлоксидная керамика: Это керамика, изготовленная из металлических оксидов, таких как алюминий, магний или редкоземельные оксиды, которые нагреваются и спекаются, образуя поликристаллические тела. Эти керамики могут быть прозрачными или полупрозрачными в зависимости от их пористости и размера зерен. Они используются для высоконапорных ламп, таких как натриевые лампы или металлогалогенные лампы, которые требуют высокой светопропускной способности.

• Традиционная керамика: Это керамика, изготовленная из глины или других натуральных веществ, смешанных с водой и сформированных в желаемые формы перед обжигом. Она включает фарфор и стеатит.

• Фарфор: Это тип керамики, изготовленный из каолина, смешанного с полевым шпатом, кварцем и другими добавками. Он имеет хорошую механическую прочность, термическую ударную прочность, электрическую изоляцию и влагостойкость. Он используется для изготовления оснований или колпачков ламп.

• Стеатит: Это тип керамики, изготовленный из талька, смешанного с глиной и другими добавками. У него лучшие свойства, чем у фарфора, в отношении электрического сопротивления, теплопроводности, диэлектрической прочности и размерной стабильности. Он используется для изготовления изоляторов или опор для ламп.

Металл

Металл - это элемент или сплав, который имеет высокую электрическую и тепловую проводимость. Металл используется для ламп, так как он может обеспечивать электрическое соединение и поддержку источника света, а также отражать или рассеивать свет в зависимости от его поверхности. Металл также может быть сформирован в различные формы и размеры методами литья, ковки, механической обработки или сварки.

Некоторые типы металлов, используемых для ламп, включают:

• Вольфрам: Это элемент, который имеет очень высокую температуру плавления (3422°C) и прочность на растяжение (1510 МПа). Он используется для изготовления нитей накала для ламп накаливания, рисуя его в тонкие проволоки и наматывая их на железные или молибденовые мандрилы. Нити накала из вольфрама имеют высокую термическую стойкость и устойчивость к испарению, но они также требуют высокого напряжения для работы.

• Молибден: Это элемент, который имеет высокую температуру плавления (2610°C), но меньшую прочность на растяжение (638 МПа), чем вольфрам. Он используется для изготовления опор или вводных проводов для нитей накала, а также электродов для дуговых ламп. Молибден имеет схожий коэффициент термического расширения с некоторыми видами стекла, что позволяет ему образовывать плотные соединения с ними.

• Никель: Это элемент, который имеет умеренную температуру плавления (1455°C) и прочность на растяжение (758 МПа). Он используется для электрохимического покрытия железных или стальных компонентов, чтобы увеличить их твердость и упругость. Никель также имеет высокую устойчивость к коррозии и окислению. Он используется для изготовления вводных проводов или биметаллических полос, используемых в стартерах.

• Алюминий: Это элемент, который имеет низкую температуру плавления (660°C), но высокую прочность на растяжение (310 МПа). Он также легкий (2,7 г/см³) и немагнитный. У него высокая устойчивость к коррозии благодаря тонкому слою оксида на его поверхности. Алюминий доступен и дешев. Он используется для изготовления колпачков или отражателей для ламп.

• Сталь: Это сплав железа с углеродом и другими элементами, такими как марганец или хром. Температура плавления стали (1370°C – 1530°C) зависит от ее состава, но она имеет высокую прочность на растяжение (400 МПа – 2000 МПа). Сталь также имеет хорошую пластичность и ковкость. Стальные листы имеют высокую прочность, но низкую стоимость по сравнению с другими металлами. Стальные листы могут быть горячекатаными или холоднокатаными, в зависимости от их толщины и отделки поверхности. Стальные листы также могут быть покрыты фарфоровой эмалью, чтобы улучшить их внешний вид или устойчивость к коррозии.

• Нержавеющая сталь: Это сплав железа с хромом (12% – 30%) и другими элементами, такими как никель или молибден. Нержавеющая сталь имеет высокую устойчивость к коррозии благодаря слою оксида хрома на ее поверхности. Нержавеющая сталь также имеет хорошие механические свойства, такие как прочность (515 МПа – 1035 МПа), твердость (95 HRB – 40 HRC), пластичность (45% – 60%), ударная вязкость (100 Дж – 225 Дж), усталостная прочность (275 МПа – 690 МПа), критическая скорость (35 МПа – 200 МПа), износостойкость (0,04 г – 0,4 г), абразивная стойкость (0,2 мм – 1 мм), эрозионная стойкость (0,02 мм – 0,2 мм), кавитационная стойкость (0 мм – 0,05 мм), устойчивость к точечной коррозии (0 мм – 0 мм), устойчивость к межкристаллитной коррозии (0 мм – 0 мм), гальваническая коррозионная стойкость (0 мВ – +50 мВ), устойчивость к фреттинг-коррозии (0 мг – <1 мг), устойчивость к водородному охрупчиванию (>100 МПа), устойчивость к сульфидному растрескиванию (>100 МПа), устойчивость к карбюризации (>100 МПа), устойчивость к нитрированию (>100 МПа), устойчивость к окислению (>1000°C), устойчивость к сульфидированию (>800°C), устойчивость к карбюризации (>800°C), устойчивость к нитрированию (>800°C), устойчивость к декарбюризации (>800°C), устойчивость к шлакованию (>800°C), устойчивость к отслаиванию (>800°C), устойчивость к хрупкости (>800°C) и устойчивость к тепловому удару (>800°C). Нержавеющая сталь используется для осветительных приборов, особенно для наружных, где есть вероятность воздействия коррозионных атмосфер.

• Медь: Это элемент, который имеет высокую электрическую проводимость (59,6 МС/м) и теплопроводность (401 Вт/мK). Медь также пластична и ковка, и может быть легко сформирована в различные формы. Медь используется для проводников, таких как шины, коммутационные устройства и вводные провода, а также электроды для дуговых ламп. Медь также имеет хорошую устойчивость к коррозии, особенно против морской воды.

• Безжелезные сплавы: Это сплавы, которые не содержат железа в качестве основного компонента, такие как бронза, латунь или припой.

• Бронза: Это сплав меди и олова, с различными пропорциями других элементов, таких как цинк или фосфор. Бронза имеет хорошие механические свойства, такие как прочность (200 МПа – 1200 МПа), твердость (60 HB – 250 HB), пластичность (3% – 40%) и ударная вязкость (25 Дж – 200 Дж). Бронза также имеет хорошую устойчивость к коррозии, особенно против морской воды и кислотных растворов. Бронза используется для специальных осветительных приборов, которые имеют привлекательный цветовой вид.

• Латунь: Это сплав меди и цинка, с различными пропорциями других элементов, таких как свинец или никель. Латунь имеет хорошие механические свойства, такие как прочность (200 МПа – 900 МПа), твердость (50 HB – 200 HB), пластичность (10% – 50%) и ударная вязкость (30 Дж – 150 Дж). Латунь также имеет хорошую устойчивость к коррозии, особенно против морской воды и щелочных растворов. Латунь используется для специальных осветительных приборов, которые имеют привлекательный цветовой вид.

• Припой: Это сплав олова и свинца, с различными пропорциями других элементов, таких как серебро или антимоний. Припой имеет низкую температуру плавления (183°C – 232°C) и высокую смачиваемость, что означает, что он может легко прилипать к металлическим поверхностям. Припой используется для соединения металлических компонентов, плавя и затвердевая их. Припой используется на конце колпачка лампы для электрического соединения.

• Материал-геттер: Это материал, который используется для поглощения газовых примесей, образующихся внутри лампы во время работы, так как они могут снижать производительность лампы. Газовые примеси включают кислород, оксид углерода, диоксид углерода, азот, водород, водяной пар и другие. Материал-геттер может быть в виде листа, проволоки или поверхностного покрытия и может быть активирован нагревом или воздействием ультрафиолетового света. Некоторые материалы-геттеры, используемые для ламп, включают:

• Барий: Это элемент, который имеет высокую склонность к связыванию с кислородом и азотом и может образовывать стабильные соединения с ними. Барий используется в качестве металлического геттера для ламп накаливания и люминесцентных ламп.

• Тантал: Это элемент, который имеет высокую склонность к связыванию с кислородом и азотом и может образовывать стабильные соединения с ними. Тантал используется в качестве металлического геттера для вольфрамовых галогенных ламп и металлогалогенных ламп.

• Титан: Это элемент, который имеет высокую склонность к связыванию с кислородом и азотом и может образовывать стабильные соединения с ними. Титан используется в качестве металлического геттер