Prezentare generală a materialelor de iluminat de bază
Dezvoltarea iluminatului modern este inseparabilă de evoluția și inovarea materialelor de iluminat de bază. De la materialele tradiționale inițiale până la noile materiale utilizate pe scară largă în prezent, aplicarea științifică a materialelor de iluminat a îmbunătățit semnificativ performanța și durata de viață a corpurilor de iluminat. Aceste materiale prezintă proprietăți superioare la diferite temperaturi și condiții de funcționare, servind ca o forță motrice crucială pentru progresul tehnologiei iluminatului.
▣ Clasificarea materialelor
▣ Materiale de umplutură și etanșare
În regiunile convenționale cu temperaturi scăzute (<140℃), se utilizează pe scară largă materiale tradiționale precum rășinile indigo, cauciucul neopren, cauciucul spumant EPDM și spuma poliuretanică turnată prin injecție. Cu toate acestea, pentru regiunile cu temperaturi ridicate (<200℃), sunt necesare rășini siliconice extrudate, turnate sau tăiate. În ultimii ani, metodele de reacție turnate prin injecție au devenit cea mai recentă inovație, permițând etanșări fără sudură, de înaltă calitate. Materialele de umplutură tradiționale și noi sunt utilizate în diferite regiuni de temperatură pentru a asigura conexiuni mecanice și etanșări.
Pe durata de viață a lămpii, chitul pentru soclul lămpii trebuie să ofere o conexiune mecanică fiabilă între diverși coeficienți de dilatare termică și diferite materiale ale lămpii. Materialul utilizat pentru atașarea soclului metalic al lămpii la becul de sticlă este de obicei un amestec de aproximativ 90% umplutură de pulbere de marmură cu rășini fenolice, naturale și siliconice. Pentru atașarea soclului ceramic la corpul lămpii din silice topită, este necesară o pastă de lipit cu punct de topire mai ridicat, componenta sa principală fiind un amestec de silice și lianți anorganici, cum ar fi silicatul de sodiu.
▣ Gaze Gazele principale utilizate în lămpi, ca și componente ale aerului, sunt de obicei obținute prin distilare fracționată. Aceste gaze sunt utilizate nu numai pentru a controla diverse procese fizice și chimice, ci și pentru a genera lumină. În timpul funcționării lămpii, mediul la temperatură ridicată sporește semnificativ reactivitatea chimică a multor materiale ale lămpii, putând duce la deteriorarea gravă a materialelor structurale ale lămpii. Pentru a evita acest lucru, structura lămpii trebuie protejată prin controlul oxidării și coroziunii. O metodă comună este utilizarea de gaze inerte sau nereactive pentru a menține mediul de lucru din interiorul lămpii.
Procesele fizice precum evaporarea și pulverizarea scurtează durata de viață a componentelor critice, cum ar fi filamentul și electrozii. Cu toate acestea, atunci când lampa este umplută cu gaz inert, iar densitatea gazului este suficient de mare, nocivitatea acestor procese este redusă semnificativ. În timp ce kriptonul de înaltă densitate poate fi utilizat în unele lămpi incandescente pentru a reduce conductivitatea termică și a suprima evaporarea filamentului de tungsten, prelungind astfel durata de viață a lămpii, argonul este de obicei utilizat ca gaz de umplere în aplicații practice.
Moleculele de azot au capacitatea de a preveni formarea arcurilor distructive între componentele aflate la potențiale diferite din interiorul lămpii; prin urmare, gazul de umplere pentru lămpi este de obicei compus din azot sau un amestec de azot și gaze inerte argon și kripton. În lămpile cu descărcare în gaz, gazele monomoleculare precum argonul, neonul și xenonul sunt utilizate ca gaze auxiliare pentru inițierea descărcării. În plus, gazele cu halogenuri metalice joacă, de asemenea, un rol unic în sursele de lumină cu descărcare în gaz.
Din cauza temperaturilor extrem de ridicate de funcționare ale lămpilor, anumite componente critice din cadrul lămpii sunt foarte sensibile la urme de gaze oxidante și dopate cu carbon, inclusiv oxigen, monoxid de carbon, dioxid de carbon, hidrocarburi și vapori de apă. În majoritatea lămpilor, conținutul acestor gaze impure dăunătoare este de obicei strict controlat, fiind permis să fie doar câteva părți per milion din gazul total de umplere.
▣ Materiale Getter
În timpul funcționării becului, componente precum filamentul și electrozii ating temperaturi extrem de ridicate. Aceste componente sunt foarte sensibile la gazele din jur și reacționează ușor cu oxigenul rezidual, vaporii de apă, hidrogenul și hidrocarburile, afectând astfel performanța becului. Prin urmare, trebuie luate măsuri pentru a elimina sau reduce aceste gaze reziduale. Materialele getter elimină gazele reziduale din bec folosind materiale metalice sau nemetalice, menținând performanța becului.
Un getter este un material special conceput pentru a îndepărta impuritățile de pe carcasa sau tubul becului după sigilare. Materialele getter sunt în general clasificate în două tipuri: materiale getter pentru vaporizare și materiale getter volumetrice. Materialele getter pentru vaporizare sunt utilizate după ce dispozitivele de vid sunt sigilate. Acestea funcționează prin încălzirea rapidă sau vaporizarea instantanee a unui metal activ, apărând ca un depozit subțire sau o peliculă pe componentele selectate pentru a elimina gazul. Materialele getter volumetrice, pe de altă parte, sunt adesea plasate în interiorul becului sub formă de fire metalice, componente structurale sau depozite semi-libere. Acestea absorb gaze atunci când temperatura crește și rămân eficiente pe toată durata de viață a becului.
Printre metalele getter utilizate în mod obișnuit se numără bariul, tantalul, titanul, niobiul, zirconiul și aliajele acestora. În plus, fosforul, un agent de eliminare a gazelor nemetalice, îndepărtează eficient urmele de oxigen și vapori de apă din gazul inert din interiorul becului și, prin urmare, a fost utilizat pe scară largă pentru o lungă perioadă de timp.
▣ Sticlă și sticlă de cuarț
Sticla produsă comercial poate fi împărțită în trei categorii principale: silicat de sodiu-calciu, silicat alcalin de plumb și borosilicat. Sticla cu silicat de sodiu-calciu este cea mai frecvent utilizată în industria iluminatului. Alegerea tipului de sticlă depinde de cerințele de temperatură, de menținerea etanșeității la aer și de performanța electrică.
Sticla silicată alcalino-plumb este utilizată în principal pentru fabricarea componentelor interne ale becurilor obișnuite și tuburilor fluorescente. Pentru spoturile convenționale și lămpile cu descărcare de mare putere cu temperaturi de funcționare mai ridicate, este necesară sticla borosilicată. Sticla de cuarț are o transparență ridicată, o rezistență excelentă la șocuri termice și poate rezista la medii cu temperaturi ridicate, cu temperaturi de funcționare de până la 900 de grade Celsius.
Etanșeitatea la aer este un indicator cheie atunci când se selectează materialele din sticlă pentru lămpi. Sticla trebuie să aibă proprietatea de a se etanșa fără stres cu metalele pentru a asigura etanșeitatea la aer și stabilitatea pe termen lung a becului. În plus, rezistivitatea, constanta dielectrică și pierderea dielectrică a sticlei trebuie să îndeplinească standarde satisfăcătoare pentru a satisface cerințele de performanță electrică.
▣ Materiale ceramice
În medii cu temperaturi și presiuni ridicate, sticla care conține silice este ușor corodată de vaporii metalelor alcaline, necesitând astfel materiale care să reziste la coroziunea chimică. Ceramica este utilizată pentru rezistența la temperaturi ridicate și la coroziune, având o rezistență mecanică și o stabilitate termică ridicate.
Tuburile policristaline semitransparente din alumină (PCA) sunt o componentă cheie în fabricarea lămpilor cu sodiu de înaltă presiune (HPS). În ciuda unei grosimi a peretelui de doar 1 mm, acestea ating o transmitanță totală a luminii vizibile de peste 90%. Ceramica obișnuită, datorită rezistenței mecanice bune, rezistenței la șocuri termice și izolației electrice excelente pe intervalul de temperatură de funcționare, este adesea utilizată pentru fabricarea duliilor și a bazelor de lămpi.
▣ Materiale pentru controlul luminii
Reflectoarele sunt componente cheie în controlul luminii și sunt împărțite în două tipuri: reflexie regulată și reflexie speculară. Reflexia difuză este, de asemenea, o metodă importantă de reflexie. Atunci când selectăm materiale pentru controlul luminii, trebuie să luăm în considerare în mod cuprinzător diverși factori, inclusiv proprietățile optice ale materialului, rezistența, tenacitatea, rezistența la căldură și rezistența la radiațiile ultraviolete.
Peliculele reflectorizante în infraroșu sunt un material cheie pentru controlul luminii, care îmbunătățește semnificativ eficiența lămpilor incandescente prin reflectarea energiei infraroșii înapoi către filament. Tehnologia de suprapunere cu oxid multistrat este, de asemenea, utilizată pe scară largă în fabricarea peliculelor reflectorizante în infraroșu, aplicate pe suprafața carcasei lămpilor cu filament cu halogen prin depunere chimică de vapori. Simultan, tehnologia peliculelor cu filtru de interferență multistrat este, de asemenea, utilizată pentru a modifica culoarea luminii. Selecția materialelor reflectorizante echilibrează proprietățile optice, mecanice și termice pentru a spori eficiența lămpii.