СВЕТОТЕХНИКА

Светоотражающие материалы

Светоотражающие материалы используются для изготовления отражателей и перераспределения светового потока источников све­та путем отражения его в нужных направлениях. По характеру рас­пределения отраженного света различают зеркальное (направленное), направленно-рассеянное, рассеянное (диффузное) и смешанное от­ражение (рис. 5).

Важнейшими параметрами светоотражающих материалов явля­ются коэффициент отражения р, кривая пространственного распре­деления отраженного света (индикатриса), а для цветных материалов еще и спектральное распределение коэффициента отражения. Цвет­ные материалы при изготовлении ОП не используются, поэтому да­лее о них говорить не будем.

Материалы с зеркальным и направленно-рассеянным отраже­нием — это металлы с различной обработкой поверхности или ме­таллические покрытия на неметаллических поверхностях (в конечном счете, также металлы). Диффузным характером отражения обладают ткани, бумага неглянцевых сортов, многие эмали и краски. Смешан­ный характер отражения присущ стеклоэмалям (силикатным эмалям) и белым материалам с блестящей поверхностью (глушеное стекло, глушеные полимерные материалы, глянцевая бумага и другие).

Зеркальное отражение позволяет наиболее гибко и точно пере­распределять световой поток источников света, формируя, таким образом, требуемую кривую сил света (КСС). Из чистых металлов наибольший коэффициент отражения имеет серебро — до 0,92. Од­нако из-за дороговизны его применяют только для покрытия стеклян­ных отражателей некоторых типов прожекторов и оптических прибо­ров.

В светотехнической промышленности фактически единственным материалом с зеркальным отражением является алюминий. Коэффи­циент отражения чистого алюминия при очень тщательной полировке поверхности может быть выше 0,8; однако чистый алюминий на воз­духе быстро окисляется и тускнеет. Поэтому необходима защита алю­миния от прямого контакта с воздухом. Способов защиты алюминия от окисления достаточно много.

Наиболее распространенными из таких способов являются аль - закирование и анодирование или электрохимическое полирование (иногда называемое объярчением). Альзакирование — это нанесе­ние тонкой пленки двуокиси кремния на алюминиевую поверхность. Такая пленка, немного снижая коэффициент отражения, надежно за­щищает алюминий от воздействия воздуха и одновременно делает его поверхность более твердой. Анодирование или электрохими­ческое полирование — это обработка алюминиевой поверхности в растворах ортофосфорной кислоты, хромового ангидрида и других химических веществ при одновременном воздействии электрическо­го тока. В результате такой обработки поверхность алюминия дела­ется гладкой (отполированной) и блестящей. Под действием элект­рического тока на поверхности алюминия образуется тончайший слой окиси алюминия, предотвращающий ее дальнейшее окисление и по­тускнение.

Чем чище алюминий, тем выше его коэффициент отражения. Но чистый алюминий — это очень мягкий и достаточно дорогой матери­ал. Поэтому чаще для изготовления отражателей используются бо­лее твердые и дешевые материалы (алюминиевые сплавы, сталь, пластмассы, для особо точных — стекло), на которые наносится тон­кий слой особо чистого алюминия с последующей его защитой. Чаще всего алюминий наносится путем распыления в вакууме, а для нане­сения защитного слоя используют двуокись кремния, распыляемую на той же установке после создания слоя алюминия.

Для получения чисто зеркального отражения поверхность, на ко­торую наносится слой алюминия, должна быть хорошо отполирована. Если поверхность подложки шероховата, то характер отражения бу­дет направленно-рассеянным, причем, чем больше шероховатость, тем более рассеянным будет отражение.

В настоящее время ряд фирм за рубежом (Alanod в Германии, Saccal в Италии) освоил промышленное производство листового алю­миния с «готовой» поверхностью с уже напыленным слоем алюминия исключительно высокой чистоты (99,95 %), защищенным тончайши­ми слоями двуокисей кремния и титана. При этом толщина защитных слоев подбирается так, чтобы свет, отраженный от передней (обра­щенной к воздуху) и задней (обращенной к алюминию) поверхностей пленки находился в противофазе и как бы гасился за счет интерфе­ренции. Подобная технология (просветление оптики) уже много лет применяется в оптической промышленности — хорошо известны фо­тоаппараты с так называемыми «голубыми объективами», имеющими значительно больший коэффициент пропускания, чем аналогичные объективы с чистыми (непросветленными) линзами. Применение та­ких интерференционных покрытий и чистейшего алюминия позволи­ло довести коэффициент отражения до 0,95 (листы марки Miro не­мецкой фирмы Alanod).

Так как основой таких листовых материалов служит не чистый алюминий, а алюминиевый сплав с хорошими механическими свой­ствами, из них можно гнуть очень точные отражатели с достаточной формоустойчивостью.

Листы светотехнического алюминия выпускаются не только с зер­кальным, но и с направленно-рассеянным отражением с различной степенью рассеяния, а также тонированные в розовый или золотис­тый цвета. Для защиты отражающей поверхности от повреждения во время транспортировки и обработки лицевая сторона листов покры­вается полимерной пленкой, которая легко снимается с уже готовых отражателей.

Недостатками листового светотехнического алюминия типа Alanod являются невозможность использования его для изготовления отражателей сложной формы из-за неизбежного повреждения защит­ного слоя при глубокой вытяжке и достаточно высокая стоимость. Однако в производстве светильников с линейными люминесцентны­ми лампами этот материал находит все большее распространение для изготовления отражателей и элементов зеркальных экранирую­щих решеток.

Для получения материалов с диффузным (рассеянным) отраже­нием используются различные эмали и краски на основе белых пиг­ментов — окиси цинка, двуокиси титана, сернокислого бария и др. Эмали или краски наносятся на поверхность отражателей распыле­нием струей сжатого воздуха или электростатическим полем. Коэф­фициент отражения хороших эмалей — не ниже 0,85.

В светильниках с мощными лампами часто применяются стек - лоэмали, имеющие смешанный характер отражения, — с зеркальной и диффузной составляющими. В таких материалах при малых углах падения света преобладает диффузный характер отражения (рзерк ^ 7 %, рдиф ^50-65 %). При больших углах падения зеркальное отра­жение увеличивается, а диффузное — уменьшается. При этом сум­марный коэффициент отражения возрастает примерно с 60 до 85 %. Эту особенность материалов со смешанным отражением необходи­мо учитывать при разработке светильников.

Стеклоэмали наносятся чаще всего на поверхность стальных от­ражателей, которые одновременно являются и корпусами светильни­ков. Стеклоэмалевые покрытия характеризуются высокой теплоустой­чивостью, химической стойкостью, механической прочностью (допус­кают многократную протирку и мойку). Поэтому основная область применения светильников с отражателями, покрытыми стеклоэмалью, — освещение производственных помещений.