Temel Aydınlatma Malzemelerine Genel Bakış
Modern aydınlatmanın gelişimi, temel aydınlatma malzemelerinin evrimi ve inovasyonundan ayrılamaz. Başlangıçtaki geleneksel malzemelerden günümüzde yaygın olarak kullanılan yeni malzemelere kadar, aydınlatma malzemelerinin bilimsel uygulamaları, armatürlerin performansını ve kullanım ömrünü önemli ölçüde iyileştirmiştir. Bu malzemeler, farklı sıcaklık ve çalışma koşullarında üstün özellikler sergileyerek, aydınlatma teknolojisindeki ilerlemeler için önemli bir itici güç görevi görmektedir.
▣ Malzeme Sınıflandırması
▣ Dolgu Maddeleri ve Sızdırmazlık Malzemeleri
Geleneksel düşük sıcaklık bölgelerinde (<140℃), indigo reçineleri, neopren kauçuk, EPDM köpük kauçuk ve enjeksiyon kalıplı poliüretan köpük gibi geleneksel malzemeler yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, yüksek sıcaklık bölgeleri (>200℃) için ekstrüde, kalıplanmış veya kesilmiş silikon reçineler gereklidir. Son yıllarda, enjeksiyon kalıplı reaksiyon yöntemleri, kusursuz ve yüksek kaliteli contalar sağlayan en son yenilik haline gelmiştir. Mekanik bağlantılar ve contalar sağlamak için farklı sıcaklık bölgelerinde geleneksel ve yeni dolgu malzemeleri kullanılmaktadır.
Lambanın kullanım ömrü boyunca, lamba başlığı macununun farklı termal genleşme katsayıları ve farklı lamba malzemeleri arasında güvenilir bir mekanik bağlantı sağlaması gerekir. Metal lamba başlığını cam ampule tutturmak için kullanılan malzeme genellikle yaklaşık %90 oranında mermer tozu dolgu maddesi ve fenolik, doğal ve silikon reçinelerin bir karışımıdır. Seramik lamba başlığını erimiş silika lamba gövdesine tutturmak için ise, ana bileşeni silika ve sodyum silikat gibi inorganik bağlayıcıların bir karışımı olan daha yüksek erime noktalı bir lehim macunu gerekir.
▣ Gazlar Lambalarda kullanılan birincil gazlar, havanın bileşenleri olarak genellikle fraksiyonel damıtma yoluyla elde edilir. Bu gazlar yalnızca çeşitli fiziksel ve kimyasal süreçleri kontrol etmek için değil, aynı zamanda ışık üretmek için de kullanılır. Lamba çalışırken, yüksek sıcaklık ortamı birçok lamba malzemesinin kimyasal tepkime kabiliyetini önemli ölçüde artırarak, lambanın yapısal malzemelerine ciddi hasar verebilir. Bunu önlemek için, lambanın yapısı oksidasyon ve korozyonu kontrol altına alarak korunmalıdır. Lambanın içindeki çalışma ortamını korumak için yaygın bir yöntem, inert veya reaktif olmayan gazlar kullanmaktır.
Buharlaştırma ve püskürtme gibi fiziksel işlemler, filaman ve elektrotlar gibi kritik bileşenlerin ömrünü kısaltır. Ancak, lamba inert gazla doldurulduğunda ve gaz yoğunluğu yeterince yüksek olduğunda, bu işlemlerin zararlı etkileri önemli ölçüde azalır. Yüksek yoğunluklu kripton, bazı akkor lambalarda ısı iletimini azaltmak ve tungsten filaman buharlaşmasını baskılayarak lamba ömrünü uzatmak için kullanılabilirken, pratik uygulamalarda genellikle dolgu gazı olarak argon kullanılır.
Azot molekülleri, lamba içindeki farklı potansiyellerdeki bileşenler arasında yıkıcı ark oluşumunu önleme özelliğine sahiptir; bu nedenle, lambaların dolgu gazı genellikle azot veya azot ile inert gazlar argon ve kripton karışımından oluşur. Gaz deşarj lambalarında, deşarj başlatma için yardımcı gaz olarak argon, neon ve ksenon gibi monomoleküler gazlar kullanılır. Ayrıca, metal halojenür gazlar da gaz deşarj ışık kaynaklarında benzersiz bir rol oynar.
Lambaların son derece yüksek çalışma sıcaklıkları nedeniyle, lambanın içindeki bazı kritik bileşenler, oksijen, karbon monoksit, karbondioksit, hidrokarbonlar ve su buharı gibi eser miktarda oksitleyici ve karbon katkılı gazlara karşı oldukça hassastır. Çoğu lambada, bu zararlı safsızlık gazlarının içeriği genellikle sıkı bir şekilde kontrol edilir ve toplam dolgu gazının milyonda yalnızca birkaç parça kadar olmasına izin verilir.
▣ Getter Materyalleri
Ampul çalışırken, filaman ve elektrot gibi bileşenler son derece yüksek sıcaklıklara ulaşır. Bu bileşenler, çevredeki gazlara karşı oldukça hassastır ve artık oksijen, su buharı, hidrojen ve hidrokarbonlarla kolayca reaksiyona girerek ampul performansını etkiler. Bu nedenle, bu artık gazları ortadan kaldırmak veya azaltmak için önlemler alınmalıdır. Gaz giderici malzemeler, metalik veya metal olmayan malzemeler kullanarak ampuldeki artık gazları gidererek ampul performansını korur.
Gaz giderici, ampul gövdesi veya tüpü kapatıldıktan sonra kirleri gidermek için özel olarak tasarlanmış bir malzemedir. Gaz giderici malzemeler genellikle iki türe ayrılır: buharlaştırma gaz giderici malzemeler ve hacimsel gaz giderici malzemeler. Buharlaştırma gaz giderici malzemeler, vakum cihazları kapatıldıktan sonra kullanılır. Aktif bir metali hızla ısıtarak veya anında buharlaştırarak, belirli bileşenler üzerinde ince bir tortu veya film tabakası oluşturarak gazı giderir. Hacimsel gaz giderici malzemeler ise genellikle ampulün içine metal teller, yapısal bileşenler veya yarı gevşek tortular şeklinde yerleştirilir. Sıcaklık yükseldiğinde gazları emer ve ampulün ömrü boyunca etkili kalırlar.
Yaygın olarak kullanılan gaz giderici metaller arasında baryum, tantal, titanyum, niyobyum, zirkonyum ve alaşımları bulunur. Ayrıca, metalik olmayan bir gaz giderici madde olan fosfor, ampul içindeki inert gazdan eser miktarda oksijen ve su buharını etkili bir şekilde uzaklaştırır ve bu nedenle uzun süredir yaygın olarak kullanılmaktadır.
▣ Cam ve Kuvars Cam
Ticari olarak üretilen camlar üç ana kategoriye ayrılabilir: sodyum-kalsiyum silikat, kurşun-alkali silikat ve borosilikat. Sodyum-kalsiyum silikat cam, aydınlatma endüstrisinde en yaygın kullanılan cam türüdür. Cam türü seçimi, sıcaklık gereksinimlerine, hava geçirmezliğin korunmasına ve elektrik performansına bağlıdır.
Kurşun-alkali silikat cam, çoğunlukla sıradan ampullerin ve floresan tüplerinin iç bileşenlerinin üretiminde kullanılır. Geleneksel spot ışıkları ve daha yüksek çalışma sıcaklıklarına sahip yüksek güçlü deşarj lambaları için borosilikat cam gereklidir. Kuvars cam, yüksek şeffaflığa, mükemmel termal şok direncine sahiptir ve 900 santigrat dereceye kadar çalışma sıcaklıklarına sahip yüksek sıcaklık ortamlarına dayanabilir.
Hava geçirmezlik, lambalar için cam malzemeleri seçerken önemli bir göstergedir. Ampulün hava geçirmezliğini ve uzun süreli stabilitesini sağlamak için camın metallerle gerilimsiz sızdırmazlık özelliğine sahip olması gerekir. Ayrıca, camın özdirenci, dielektrik sabiti ve dielektrik kaybı, elektriksel performans gerekliliklerini karşılamak için tatmin edici standartları karşılamalıdır.
▣ Seramik Malzemeler
Silika içeren camlar, yüksek sıcaklık ve basınç ortamlarında alkali metal buharları tarafından kolayca aşındırılır, bu nedenle kimyasal korozyona dayanıklı malzemelere ihtiyaç vardır. Seramikler, yüksek sıcaklık ve korozyon direnci için kullanılır, yüksek mekanik mukavemet ve termal stabiliteye sahiptir.
Polikristalin yarı saydam alümina (PCA) tüpler, yüksek basınçlı sodyum lambaların (HPS) üretiminde önemli bir bileşendir. Sadece 1 mm'lik bir duvar kalınlığına sahip olmalarına rağmen, %90'ın üzerinde toplam görünür ışık geçirgenliğine ulaşırlar. Sıradan seramikler, iyi mekanik mukavemetleri, termal şok direnci ve çalışma sıcaklığı aralığında mükemmel elektrik yalıtımı nedeniyle genellikle lamba tutucuları ve lamba tabanları yapmak için kullanılır.
▣ Işık Kontrolü için Malzemeler
Reflektörler, ışık kontrolünde önemli bileşenlerdir ve iki türe ayrılırlar: düzenli yansıma ve aynasal yansıma. Dağınık yansıma da önemli bir yansıma yöntemidir. Işık kontrol malzemelerini seçerken, malzemenin optik özellikleri, mukavemeti, tokluğu, ısı direnci ve ultraviyole radyasyon direnci gibi çeşitli faktörleri kapsamlı bir şekilde göz önünde bulundurmalıyız.
Kızılötesi yansıtıcı filmler, kızılötesi enerjiyi filamana geri yansıtarak akkor lambaların verimliliğini önemli ölçüde artıran önemli bir ışık kontrol malzemesidir. Çok katmanlı oksit kaplama teknolojisi, kimyasal buhar biriktirme yoluyla halojen filaman lamba gövdelerinin yüzeyine uygulanan kızılötesi yansıtıcı filmlerin üretiminde de yaygın olarak kullanılmaktadır. Aynı zamanda, ışığın rengini değiştirmek için çok katmanlı girişim filtresi film teknolojisi de kullanılmaktadır. Yansıtıcı malzeme seçimi, lamba verimliliğini artırmak için optik, mekanik ve termal özellikleri dengeler.