Optiline keraamika

Optiline keraamika, kõrgtehnoloogilised tööstuslikud materjalid, mis on välja töötatud kasutamiseks optilistes rakendustes.

Optiliste materjalide kasulikkus tuleneb nende reageerimisest infrapuna-, optilise- ja ultraviolettvalgusele. Kõige ilmsemad optilised materjalid on klaasid, mida on kirjeldatud artiklis „Tööstuslik klaas”, kuid keraamika on välja töötatud ka paljude optiliste rakenduste jaoks. Selles artiklis vaadeldakse paljusid neist rakendustest, nii passiivseid (nt aknad, ruumid, lambiümbrised, pigmendid) kui ka aktiivseid (nt fosforid, laserid, elektro-optilised komponendid).

Passiivsed seadmed

Optilised ja infrapunaaknad

Puhtas olekus on enamus keraamikast laia ribaga isolaatoreid. See tähendab, et kõrgeima täidetud elektronide taseme ja järgmise kõrgeima hõivamata taseme energia vahel on suur keelatud olekute vahe. Kui see ribavahemik on suurem kui optilisi valgusenergiaid, on need keraamikad optiliselt läbipaistvad (ehkki sellise keraamika pulbrid ja poorsed kompaktid on valguse hajumise tõttu valged ja läbipaistmatud). Kaks optiliselt läbipaistva keraamika rakendust on vöötkoodilugejate aknad supermarketites ning infrapunakiirguse ja laseriga aknad.

Supermarketi kassas on kasutatud safiiri (ühekristalliline alumiiniumoksiidi vorm Al ₂ O ₃). See ühendab optilise läbipaistvuse ja kõrge kriimustuskindluse. Sarnaselt on erosioonikindlate infrapunakiirguse jaoks kasutatud ühekristallilisi või infrapuna-läbipaistvaid polükristallilisi keraamikaid, näiteks naatriumkloriidi (NaCl), rubiidiumiga legeeritud kaaliumkloriidi (KCl), kaltsiumfluoriidi (CaF) ja strontsiumfluoriidi (SrF ₂)., infrapuna detektorite aknad ja infrapuna laser aknad. Need polükristallilised halogeniidimaterjalid kipuvad kandma madalamat lainepikkust kui oksiidid, ulatudes kuni infrapunapiirkonnani; nende terade piirid ja poorsus hajutavad aga kiirgust. Seetõttu on neid kõige parem kasutada üksikute kristallidena. Sellistena on halogeniidid suurte akende jaoks ebapiisavalt tugevad: nad võivad oma raskuse all plastiliselt deformeeruda. Nende tugevdamiseks on monokristallid tavaliselt kuuma sepistatud, et tekitada puhtaid terade piire ja suuri tera suurusi, mis ei vähenda infrapuna ülekannet märkimisväärselt, kuid võimaldavad kehal deformatsioonile vastu seista. Teise võimalusena võib sulameetodil valada suureteralist materjali.

Lambiümbrised

Elektrilahenduslambid, milles suletud gaasid saadakse rakendatavast pingest ja mis seetõttu pannakse hõõguma, on äärmiselt tõhusad valgusallikad, kuid nende töös esinev kuumus ja korrosioon suruvad optilise keraamika nende termokeemilistesse piiridesse. Suur läbimurre toimus 1961. aastal, kui Robert Coble (General Electric Company, USA) näitas, et alumiiniumoksiidi (sünteetiline polükristalliline Al ₂ O ₃) saab paagutada optilise tiheduse ja poolläbipaistvuseni, kasutades magneesiumoksiidi (magneesiumoksiidi, MgO) paagutusabi. See tehnoloogia võimaldas kõrgrõhunaatriumlampis sisalduva äärmiselt kuuma naatriumilahenduse sisaldada tulekindlas materjalis, mis ka selle valgust edasi kandis. Alumiiniumoksiidlambi sisemises ümbrises olev plasma saavutab temperatuuri 1200 ° C (2200 ° F). Energia emissioon katab peaaegu kogu nähtava spektri, luues ereda valge valguse, mis peegeldab kõiki värve - erinevalt madala rõhuga naatriumiauruga lampist, mille merevaigukollane sära on tavaline suuremate linnade taevapiirides.

Pigmendid

Keraamiliste värvide või pigmentide tootmine on pikaajaline traditsiooniline tööstus. Keraamilised pigmendid või plekid on valmistatud oksiidi või seleniidi ühenditest koos konkreetsete siirdemetallide või haruldaste muldmetallide elementidega. Nende liikide teatud valguse lainepikkuste neeldumine annab ühendile spetsiifilised värvid. Näiteks, koobalt Aluminaat (süsi ₂ O ₄) ja koobalti silikaat (Co ₂ SiO ₄) on sinised; tina-vanaadiumoksiid (tuntud kui V-dopeeritud SNØ ₂) ja tsirkooni-vanaadiumi oksiid (V dopeeritud ZrO ₂) on kollased; koobaltkromiit (CoCr ₂ O ₃) ja kroomgranaat (2CaO · Cr ₂ O ₃ · 3SiO ₂) on rohelised; ja kroomhematiit (CrFe ₂ O ₃) on must. Kaadmiumsulfiidi ja kaadmiumi seleniidi (CdS-CdSe) tahketes lahustes on tõelist punast värvi, mida looduslikult esinevates silikaatmaterjalides pole saadaval.

Pulbrilised pigmendid lisatakse keraamilistesse korpustesse või glasuuridesse, et anda tulekahjule värvi. Termiline stabiilsus ja keemiline inertsus süütamise ajal on olulised kaalutlused.