Optisk keramikk

Optisk keramikk, avanserte industrielle materialer utviklet for bruk i optiske applikasjoner.

Optiske materialer henter deres nytte av responsen på infrarødt, optisk og ultrafiolett lys. De mest åpenbare optiske materialene er glass, som er beskrevet i artikkelen industrielt glass, men keramikk er også utviklet for en rekke optiske anvendelser. Denne artikkelen kartlegger flere av disse applikasjonene, både passive (f.eks. Vinduer, radomer, lampekonvolutter, pigmenter) og aktive (f.eks. Fosfor, lasere, elektrooptiske komponenter).

Passive enheter

Optiske og infrarøde vinduer

I sin rene tilstand er de fleste keramiske isoleringsmidler med bred bånd. Dette betyr at det er et stort gap av forbudte tilstander mellom energien til de høyeste fylte elektronnivåene og energien til det neste høyeste ledige nivået. Hvis dette båndgapet er større enn optiske lysenergier, vil disse keramikkene være optisk gjennomsiktige (selv om pulver og porøse komprimeringer av slik keramikk vil være hvite og ugjennomsiktige på grunn av lysspredning). To anvendelser av optisk gjennomsiktig keramikk er vinduer for strekkodelesere på supermarkeder og infrarøde radome- og laservinduer.

Safir (en-krystallform av aluminiumoksyd, Al ₂ O ₃) har blitt brukt til kassevinduer i supermarkeder. Den kombinerer optisk gjennomsiktighet med høy ripemotstand. Tilsvarende er en-krystall eller infrarødt gjennomsiktig polykrystallinsk keramikk som natriumklorid (NaCl), rubidiumdopert kaliumklorid (KCl), kalsiumfluorid (CaF) og strontiumfluorid (SrF ₂) for erosjonsresistente infrarøde radomer., vinduer for infrarøde detektorer, og infrarøde laservinduer. Disse polykrystallinske halogenidmaterialene har en tendens til å overføre lavere bølgelengder enn oksider, og strekker seg ned til det infrarøde området; Imidlertid sprer stråling av deres korngrenser og porøsitet. Derfor brukes de best som enkeltkrystaller. Som sådan er imidlertid halogenider utilstrekkelig sterke for store vinduer: de kan plastisk deformeres under sin egen vekt. For å styrke dem blir enkle krystaller typisk varmsmidd for å indusere rene korngrenser og store kornstørrelser, som ikke reduserer den infrarøde overføringen betydelig, men lar kroppen motstå deformasjon. Alternativt kan storkornet materiale smeltes sammen.

Lampekonvolutter

Elektriske utladningslamper, hvor lukkede gasser blir strømforsynt av en påført spenning og derved blir gjort til å glød, er ekstremt effektive lyskilder, men varmen og korrosjonen som er involvert i deres drift, skyver optisk keramikk til deres termokjemiske grenser. Et stort gjennombrudd fant sted i 1961 da Robert Coble av General Electric Company i USA har vist at aluminiumoksyd (en syntetisk polykrystallinsk, Al ₂ O ₃) kan være sintret til optisk tetthet og gjennomskinnelighet ved hjelp av magnesia (magnesiumoksid, MgO) som et sintringshjelpemiddel. Denne teknologien tillot at den ekstremt varme natriumutladningen i høytrykksnatriumdamplampen ble inneholdt i et ildfast materiale som også overførte lyset. Plasmaet i den indre aluminiumoksydlampekonvolutten når temperaturer på 1200 ° C. Energiutslipp dekker nesten hele det synlige spekteret, og skaper et sterkt hvitt lys som reflekterer alle farger - i motsetning til det fra lavtrykksdamplampen, hvis ravglød er vanlig i skylines i storbyene.

pigmenter

Den keramiske farge- eller pigmentindustrien er en langvarig, tradisjonell industri. Keramiske pigmenter eller flekker er laget av oksyd- eller selenidforbindelser i kombinasjon med spesifikke overgangsmetaller eller sjeldne jordartselementer. Absorpsjon av visse bølgelengder av lys av disse artene gir spesifikke farger til forbindelsen. For eksempel, kobolt-aluminat (CoAl ₂ O ₄) og kobolt-silikat (Co ₂ SiO ₄) er blå; tinn-vanadiumoksyd (kjent som V-dopet SnO ₂) og zirkonium-vanadiumoksyd (V-dopet ZrO ₂) er gule; kobolt kromitt (CoCr ₂ O ₃) og krom granat (2CaO · Cr ₂ O ₃ · 3SiO ₂) er grønne; og krom hematitt (CrFe ₂ O ₃) er svart. En ekte rød farge, ikke tilgjengelig i naturlig forekommende silikatmaterialer, finnes i faste oppløsninger av kadmiumsulfid og kadmiumselenid (CdS-CdSe).

Pulveriserte pigmenter er innlemmet i keramiske legemer eller glasurer for å gi farge til den fyrte varen. Termisk stabilitet og kjemisk inertitet under avfyring er viktige hensyn.