Лампе се састоје од два основна типа: сијалица са жарном нити (или са жарном нити) и сијалица са пражњењем. Основне компоненте оба типа лампе укључују стакло, разне комаде металне жице, гас за пуњење и обично базу. У зависности од произвођача лампе, ови материјали се или израђују у компанији или се могу набавити од спољног добављача. Типични произвођач лампе ће направити сопствене стаклене сијалице, али може купити друге делове и стакла од специјализованих произвођача или других компанија за лампе.
У зависности од типа лампе, могу се користити разне наочаре. Лампе са жарном нити и флуоресцентне лампе обично користе стакло натријум-креча. Лампе са вишим температурама ће користити боросиликатно стакло, док ће лампе високог притиска користити или кварц или керамику за лучну цев и боросиликатно стакло за спољни омотач. Оловно стакло (који садржи приближно 20 до 30% олова) се обично користи за заптивање крајева сијалица.
Жице које се користе као носачи или конектори у конструкцији лампе могу бити направљене од различитих материјала укључујући челик, никл, бакар, магнезијум и гвожђе, док су филаменти направљени од волфрама или легуре волфрам-торијум. Један критични захтев за носећу жицу је да мора одговарати карактеристикама експанзије стакла где жица продире у стакло да би спровела електричну струју за лампу. Често се у овој апликацији користе вишеделне проводне жице.
Базе (или капице) се обично праве од месинга или алуминијума, а месинг је пожељнији материјал када је потребна употреба на отвореном.
Лампе са жарном нити
Сијалице са жарном нити су најстарији тип лампе који се још увек производи. Име су добиле по начину на који ове лампе производе своју светлост: кроз загревање жичане нити до температуре која је довољно висока да изазове да светли. Иако је могуће произвести лампу са жарном нити са готово било којом врстом филамента (ране лампе су користиле угљеник), данас већина таквих сијалица користи нит направљену од метала волфрама.
Волфрамове лампе. Уобичајена верзија ових лампи за домаћинство састоји се од стаклене сијалице која обухвата филамент од волфрамове жице. Електрична енергија се води до жаруља помоћу жица које подржавају нит и протежу се кроз стаклени носач који је запечаћен за сијалицу. Жице се затим повезују са металном подлогом, при чему је једна жица залемљена на средишњем отвору базе, а друга се повезује са шкољком са навојем. Носеће жице су посебног састава, тако да имају исте карактеристике експанзије као и стакло, спречавајући цурење када се лампе загреју током употребе. Стаклена сијалица је обично направљена од кречног стакла, док је стаклени носач од оловног стакла. Сумпор диоксид се често користи за припрему носача. Сумпор диоксид делује као мазиво током монтаже лампе велике брзине. У зависности од дизајна лампе, сијалица може да садржи вакуум или може да користи гас за пуњење аргон или неки други нереактивни гас.
Лампе овог дизајна се продају од прозирних стаклених сијалица, мат сијалица и сијалица обложених разним материјалима. Замрзнуте сијалице и оне обложене белим материјалом (често глина или аморфни силицијум) се користе да би се смањио одсјај од филамента који се налази код прозирних сијалица. Сијалице су такође премазане разним другим украсним премазима, укључујући обојену керамику и лакове на спољашњој страни сијалице и друге боје, попут жуте или розе, са унутрашње стране сијалице.
Иако је типичан облик за домаћинство најчешћи, сијалице са жарном нити могу бити направљене у многим облицима сијалица, укључујући цевасте, глобусе и рефлекторе, као и у многим величинама и јачинама, од субминијатурних до великих сценских/студијских лампи.
Волфрам-халогене лампе. Један проблем у дизајну стандардне лампе са волфрамовим влакном је тај што волфрам испарава током употребе и кондензује се на хладнијем стакленом зиду, затамњујући га и смањујући пренос светлости. Додавање халогена, као што је бромоводоник или метил бромид, гасу за пуњење елиминише овај проблем. Халогена реагује са волфрамом, спречавајући га да се кондензује на стакленом зиду. Када се лампа охлади, волфрам ће се поново таложити на нит. Пошто ова реакција најбоље функционише при вишим притисцима лампе, волфрам-халогене сијалице обично садрже гас на притиску од неколико атмосфера. Обично се халоген додаје као део гаса за пуњење лампе, обично у концентрацијама од 2% или мање.
Волфрам-халогене лампе такође могу користити сијалице направљене од кварца уместо стакла. Кварцне сијалице могу да издрже веће притиске од оних направљених од стакла. Међутим, кварцне сијалице представљају потенцијалну опасност, пошто је кварц провидан за ултраљубичасто светло. Иако волфрамова нит производи релативно мало ултраљубичастог зрачења, продужено излагање на блиској удаљености може изазвати црвенило коже и изазвати иритацију очију. Филтрирање светлости кроз покривно стакло ће у великој мери смањити количину ултраљубичастог, као и обезбедити заштиту од врућег кварца у случају да лампа пукне током употребе.
Опасности и мере предострожности
Све у свему, највеће опасности у производњи сијалица, без обзира на врсту производа, настају због опасности од аутоматизоване опреме и руковања стакленим сијалицама и лампама и другим материјалима. Посекотине од стакла и посезање у радну опрему су најчешћи узроци незгода; питања руковања материјалом, као што су понављани покрети или повреде леђа, су од посебне забринутости.
Оловни лем се често користи на лампама. За лампе које се користе у апликацијама на вишим температурама, могу се користити лемови који садрже кадмијум. У аутоматизованим операцијама склапања лампе, изложеност оба ова лема је минимална. Тамо где се врши ручно лемљење, као у поправци или полуаутоматским операцијама, треба пратити изложеност олову или кадмијуму.
Потенцијална изложеност опасним материјама током производње лампе константно се смањивала од средине 20. века. У производњи сијалица са жарном нити, велики број сијалица је раније био угравиран раствором флуороводоничне киселине или соли бифлуорида да би се добила мат лампа. Ово је у великој мери замењено употребом премаза од глине ниске токсичности. Иако није у потпуности замењена, употреба флуороводоничне киселине је знатно смањена. Ова промена је смањила ризик од опекотина коже и иритације плућа услед киселине. Керамичке обојене превлаке коришћене на спољашњој страни неких производа за лампе су раније садржале пигменте тешких метала као што су олово, кадмијум, кобалт и други, као и коришћење оловног силикатног стакла као део композиције. Током последњих година, многи пигменти тешких метала су замењени мање токсичним бојама. У случајевима када се тешки метали и даље користе, може се користити облик ниже токсичности (нпр. хром ИИИ уместо хрома ВИ).
Намотани волфрамови филаменти се и даље праве тако што се волфрам омота око молибденске или челичне трнове жице. Када се калем формира и синтерује, трнови се растварају коришћењем хлороводоничне киселине (за челик) или мешавине азотне и сумпорне киселине за молибден. Због потенцијалног излагања киселини, овај посао се рутински обавља у системима хаубе или, у скорије време, у потпуно затвореним растварачима (посебно тамо где је мешавина азота/сумпора укључена).
Гасови за пуњење који се користе у волфрам-халогеним сијалицама додају се лампама у потпуно затвореним системима са малим губицима или излагањем. Употреба бромоводоника представља своје проблеме због његове корозивне природе. Мора се обезбедити ЛЕВ, а за системе за довод гаса морају се користити цеви отпорне на корозију. Торована волфрамова жица (обично 1 до 2% торијума) се још увек користи у неким типовима лампе. Међутим, постоји мали ризик од торијума у облику жице.
Сумпор диоксид се мора пажљиво контролисати. ЛЕВ треба користити свуда где се материјал додаје у процес. Детектори цурења такође могу бити корисни у складишним просторима. Употреба мањих гасних боца од 75 кг је пожељнија у односу на веће контејнере од 1,000 кг због потенцијалних последица катастрофалног испуштања.
Иритација коже може бити потенцијална опасност од флукса за лемљење или од смола које се користе у основном цементу. Неки системи цемента за базу користе параформалдехид уместо природних смола, што доводи до потенцијалног излагања формалдехиду током очвршћавања основног цемента.
Све лампе користе систем хемијског „добирања“, у коме је материјал премазан на филаменту пре склапања. Сврха пријемника је да реагује и уклони заосталу влагу или кисеоник у лампи након што је лампа запечаћена. Типични геттери укључују фосфор нитрид и мешавине металних прахова алуминијума и цирконијума. Док је добијач фосфорног нитрида прилично бениган у употреби, руковање металним прахом алуминијума и цирконијума може представљати опасност од запаљивости. Геттери се наносе мокри у органском растварачу, али ако се материјал проспе, суви метални прахови се могу запалити трењем. Метални пожари се морају гасити специјалним апаратима за гашење пожара класе Д и не могу се сузбити водом, пеном или другим уобичајеним материјалима. Трећи тип геттера укључује употребу фосфина или силана. Ови материјали се могу укључити у гасно пуњење лампе при ниској концентрацији или се могу додати у високој концентрацији и „треперити“ у лампи пре коначног пуњења гасом. Оба ова материјала су веома токсична; ако се користи у високој концентрацији, на локацији треба користити потпуно затворене системе са детекторима цурења и алармима.
Лампе и цеви за пражњење
Лампе са пражњењем, модели ниског и високог притиска, ефикасније су на бази светлости по вату од сијалица са жарном нити. Флуоресцентне сијалице се већ дуги низ година користе у пословним зградама и све чешће се користе у кућама. Недавно су развијене компактне верзије флуоресцентних лампи посебно као замена за лампу са жарном нити.
Лампе високог притиска се дуго користе за велике површине и улично осветљење. Развијају се и верзије ових производа ниже снаге.
Флуоресцентне лампе
Флуоресцентне лампе су назване по флуоресцентном праху који се користи за облагање унутрашњости стаклене цеви. Овај прах апсорбује ултраљубичасто светло произведено од паре живе која се користи у лампи, и претвара је и поново емитује као видљиву светлост.
Стакло које се користи у овој лампи је слично оном који се користи у лампама са жарном нити, користећи кречно стакло за цев и оловно стакло за носаче на сваком крају. Тренутно се користе две различите породице фосфора. Халофосфати, засновани на калцијум или стронцијум хлоро-флуоро-фосфату, су старији фосфори, који су ушли у широку употребу раних 1950-их када су заменили фосфоре на бази берилијум силиката. Друга породица фосфора укључује фосфоре направљене од ретких земаља, обично укључујући итријум, лантан и друге. Ови реткоземни фосфори обично имају уски емисиони спектар, а користи се њихова мешавина - обично црвени, плави и зелени фосфор.
Фосфори су помешани са везивним системом, суспендовани или у органској мешавини или у мешавини воде/амонијака и премазани са унутрашње стране стаклене цеви. Органска суспензија користи бутил ацетат, бутил ацетат/нафту или ксилен. Због еколошких прописа, суспензије на бази воде замењују оне које су органске. Када се премаз нанесе, осуши се на цеви, а цев се загрева на високу температуру да би се уклонило везиво.
По један носач је причвршћен за сваки крај лампе. Жива је сада уведена у лампу. Ово се може урадити на различите начине. Иако се у неким областима жива додаје ручно, преовлађујући начин је аутоматски, са лампом постављеном или вертикално или хоризонтално. На вертикалним машинама, носач на једном крају лампе је затворен. Затим се жива убацује у лампу одозго, лампа се пуни аргоном под ниским притиском, а врх горњег носача је запечаћен, потпуно затварајући лампу. На хоризонталним машинама, жива се уноси са једне стране, док се лампа гаси са друге стране. Аргон се поново додаје до одговарајућег притиска, а оба краја лампе су запечаћена. Једном запечаћене, поклопци или базе се додају на крајеве, а жичани водови се затим или залемљују или заваре на електричне контакте.
Могу се користити још два могућа начина увођења живине паре. У једном систему, жива се налази на траци импрегнисаној живом, која ослобађа живу када се лампа први пут покрене. У другом систему се користи течна жива, али се налази у стакленој капсули која је причвршћена за носач. Капсула се пуца након што је лампа запечаћена и исцрпљена, чиме се ослобађа жива.
Компактне флуоресцентне сијалице су мање верзије стандардне флуоресцентне лампе, понекад укључујући баластну електронику као интегралну компоненту лампе. Компактне флуоресцентне лампе обично ће користити мешавину фосфора ретких земаља. Неке компактне лампе ће укључити стартер који садржи мале количине радиоактивних материјала који помажу при покретању лампе. Ови стартери за сјај обично користе криптон-85, водоник-3, прометијум-147 или природни торијум да обезбеде оно што се зове тамна струја, која помаже да се лампа брже покрене. Ово је пожељно са становишта потрошача, где купац жели да лампа одмах упали, без треперења.
Опасности и мере предострожности
Производња флуоресцентних лампи доживела је значајан број промена. Рана употреба фосфора који садржи берилијум је укинута 1949. године, елиминишући значајну респираторну опасност током производње и употребе фосфора. У многим операцијама, суспензије фосфора на бази воде замениле су органске суспензије у премазу флуоресцентних лампи, смањујући изложеност радника као и емисију ВОЦ у животну средину. Суспензије на бази воде подразумевају минимално излагање амонијаку, посебно током мешања суспензија.
Жива остаје материјал који изазива највећу забринутост током израде флуоресцентних лампи. Иако је изложеност релативно ниска, осим око издувних машина, постоји потенцијал за значајну изложеност радницима који су стационирани око машине за издувне гасове, механичарима који раде на овим машинама и током операција чишћења. Личну заштитну опрему, као што су комбинезон и рукавице за избегавање или ограничавање излагања и, где је потребно, заштиту за дисање, треба користити, посебно током активности одржавања и чишћења. Програм биолошког праћења, укључујући анализу живе урина, треба успоставити за локације за производњу флуоресцентних лампи.
Два фосфорна система који су тренутно у производњи користе материјале за које се сматра да имају релативно ниску токсичност. Док неки од адитива матичним фосфорима (као што су баријум, олово и манган) имају границе изложености које су утврдиле различите владине агенције, ове компоненте су обично присутне у релативно ниским процентима у композицијама.
Фенол-формалдехидне смоле се користе као електрични изолатори у завршним поклопцима сијалица. Цемент обично укључује природне и синтетичке смоле, које могу укључивати иритансе коже као што је хексаметилен-тетрамин. Аутоматизована опрема за мешање и руковање ограничава могућност контакта коже са овим материјалима, чиме се ограничава могућност иритације коже.
Живине лампе високог притиска
Живине лампе високог притиска укључују два слична типа: оне које користе само живу и оне које користе мешавину живе и разних металних халогенида. Основни дизајн лампи је сличан. Оба типа користе кварцну лучну цев која ће садржати живу или мешавину живе/халид. Ова лучна цев је затим затворена у спољни омотач од тврдог, боросиликатног стакла, а метална основа је додата како би се обезбедили електрични контакти. Спољни плашт може бити провидан или обложен или распршујућим материјалом или фосфором да би се променила боја светлости.
Живине лампе садрже само живу и аргон у цеви кварцног лука лампе. Жива, под високим притиском, ствара светлост са високим садржајем плаве и ултраљубичасте. Кварцна лучна цев је потпуно провидна за УВ светло, а у случају да је спољни омотач поломљен или уклоњен, моћан је извор УВ светлости који може изазвати опекотине коже и очију код оних који су изложени. Иако ће типичан дизајн живине лампе наставити да ради ако се уклони спољни омотач, произвођачи такође нуде неке моделе у спојеном дизајну који ће престати да ради ако се јакна поквари. Током нормалне употребе, боросиликатно стакло спољашњег омотача апсорбује висок проценат УВ светлости, тако да нетакнута лампа не представља опасност.
Због високог садржаја плаве боје у спектру живине лампе, унутрашњост спољашњег омотача је често обложена фосфором као што је итријум ванадат фосфат или сличан фосфор који појачава црвену боју.
Метал халогенидне лампе такође садрже живу и аргон у лучној цеви, али додају металне халиде (обично мешавина натријума и скандијума, могуће са другим). Додатак металних халогенида повећава излаз црвене светлости лампе, стварајући лампу која има уравнотеженији светлосни спектар.
Опасности и мере предострожности
Осим живе, потенцијално опасни материјали који се користе у производњи живиних сијалица високог притиска укључују материјале за облагање који се користе на спољним омотачима и халогенидне адитиве који се користе у метал-халогеним лампама. Један материјал за облагање је једноставан дифузор, исти као онај који се користи у лампама са жарном нити. Други је фосфор који исправља боју, итријум ванадат или итријум ванадат фосфат. Иако је сличан ванадијум пентоксиду, сматра се да је ванадат мање токсичан. Излагање халогенидним материјалима обично није значајно, пошто халогениди реагују на влажном ваздуху и морају се држати на сувом и у инертној атмосфери током руковања и употребе. Слично томе, иако је натријум веома реактиван метал, и њиме је потребно руковати у инертној атмосфери да би се избегла оксидација метала.
Натријумске лампе
Тренутно се производе две врсте натријумових лампи. Лампе ниског притиска садрже само метални натријум као извор светлости и производе веома жуту светлост. Натријумске лампе високог притиска користе живу и натријум за стварање беље светлости.
Натријумове лампе ниског притиска имају једну стаклену цев, која садржи метални натријум, затворену у другу стаклену цев.
Натријумске лампе високог притиска садрже мешавину живе и натријума у керамичкој цеви од алуминијума високе чистоће. Осим састава лучне цеви, конструкција натријумске лампе високог притиска је у суштини иста као живина и метал-халогена сијалица.
Опасности и мере предострожности
Постоји неколико јединствених опасности током производње натријумових лампи високог или ниског притиска. У оба типа лампе, натријум се мора одржавати сувим. Чисти метални натријум ће бурно реаговати са водом, производећи водоник и довољно топлоте да изазове паљење. Метални натријум остављен у ваздуху ће реаговати са влагом у ваздуху, стварајући оксидни премаз на металу. Да би се ово избегло, натријум се обично рукује у претинцу за рукавице, у атмосфери сувог азота или аргона. За локације које производе натријумове сијалице високог притиска, потребне су додатне мере предострожности за руковање живом, слично онима које производе живине лампе високог притиска.
Питања животне средине и јавног здравља
Одлагање отпада и/или рециклажа сијалица које садрже живу је питање које је у многим областима света у последњих неколико година добило висок степен пажње. Иако је у најбољем случају операција „исплативости“ са становишта трошкова, тренутно постоји технологија за враћање живе из флуоресцентних сијалица и сијалица високог притиска. Рециклирање материјала за лампе у данашње време је прецизније описано као рекултивација, пошто се материјали лампе ретко поново обрађују и користе у изради нових лампи. Обично се метални делови шаљу дилерима старог метала. Опорављено стакло се може користити за прављење фибергласа или стаклених блокова или као агрегат у цементном или асфалтном поплочавању. Рециклажа може бити јефтинија алтернатива, у зависности од локације и доступности рециклаже и опција за одлагање опасног или специјалног отпада.
Баласти коришћени у инсталацијама флуоресцентних сијалица раније су садржавали кондензаторе који су користили ПЦБ као диелектрик. Иако је производња пригушница које садрже ПЦБ прекинута, многе старије пригушнице могу и даље бити у употреби због њиховог дугог животног века. Одлагање баласта који садржи ПЦБ може бити регулисано и може захтевати одлагање као посебан или опасан отпад.
Производња стакла, посебно боросиликатних стакла, може бити значајан извор НОx емисија у атмосферу. Недавно се чисти кисеоник уместо ваздуха користи са гасним горионицима као средство за смањење НОx Емисија.