Optisk keramik, avancerade industriella material utvecklade för användning i optiska applikationer.
Optiska material drar nytta av deras svar på infrarött, optiskt och ultraviolett ljus. De mest uppenbara optiska materialen är glas, som beskrivs i artikeln industriellt glas, men keramik har också utvecklats för ett antal optiska tillämpningar. Den här artikeln undersöker flera av dessa applikationer, både passiva (t.ex. fönster, radomer, lamphöljen, pigment) och aktiva (t.ex. fosforer, lasrar, elektrooptiska komponenter).
Passiva enheter
Optiska och infraröda fönster
I sitt rena tillstånd är de flesta keramiker isolerade med bredband. Detta innebär att det finns ett stort gap av förbjudna tillstånd mellan energin i de högst fyllda elektronnivåerna och energin från nästa högsta oupptagna nivå. Om detta bandgap är större än optiska ljusenergier kommer dessa keramik att vara optiskt genomskinlig (även om pulver och porösa kompakter av sådana keramiska material kommer att vara vita och ogenomskinliga på grund av ljusspridning). Två applikationer av optiskt genomskinlig keramik är fönster för streckkodsläsare på stormarknader och infraröda radome- och laserfönster.
Safir (en kristallform av aluminiumoxid, Al 2 O 3) har använts för kassafönster i stormarknader. Den kombinerar optisk transparens med hög repningsmotstånd. På liknande sätt har enkelkristall eller infraröd transparent polykristallin keramik såsom natriumklorid (NaCl), rubidiumdopad kaliumklorid (KCl), kalciumfluorid (CaF) och strontiumfluorid (SrF 2) använts för erosionsresistenta infraröda radomer, fönster för infraröda detektorer och infraröda laserfönster. Dessa polykristallina halogenidmaterial tenderar att överföra lägre våglängder än oxider, som sträcker sig ner till det infraröda området; emellertid sprider deras korngränser och porositet strålning. Därför används de bäst som enkristaller. Som sådan är halogenider emellertid otillräckligt starka för stora fönster: de kan plastiskt deformeras under sin egen vikt. För att stärka dem är enkristaller vanligtvis smidda för att inducera rena korngränser och stora kornstorlekar, som inte minskar den infraröda transmissionen betydligt men tillåter kroppen att motstå deformation. Alternativt kan storkornigt material fusionsgjutas.
Lamp kuvert
Elektriska urladdningslampor, i vilka inneslutna gaser drivs av en applicerad spänning och därigenom görs att glöda, är extremt effektiva ljuskällor, men värmen och korrosionen som ingår i deras drift driver optisk keramik till sina termokemiska gränser. Ett stort genombrott inträffade i 1961, då Robert Coble av General Electric Company i USA visade att aluminiumoxid (en syntetisk polykristallin, Al 2 O 3) kunde sintras till optisk densitet och translucens användning magnesia (magnesiumoxid, MgO) som en sintringshjälpmedel. Denna teknik gjorde det möjligt att innehålla den extremt heta natriumutladdningen i högtrycksnatriumånglampan i ett eldfast material som också överförde dess ljus. Plasma i det inre aluminiumoxidlampans hölje når temperaturer på 1 200 ° C (2200 ° F). Energiutsläpp täcker nästan hela det synliga spektrumet och skapar ett starkt vitt ljus som reflekterar alla färger - till skillnad från den för lågtrycksnatriumånga lampan, vars bärnsten glöd är vanligt i storskyddens städer.
pigment
Den keramiska färg- eller pigmentindustrin är en långvarig traditionell industri. Keramiska pigment eller fläckar är tillverkade av oxid- eller selenidföreningar i kombination med specifika övergångsmetaller eller sällsynta jordartselement. Absorption av vissa ljusvåglängder av dessa arter ger specifika färger till föreningen. Till exempel, koboltaluminat (CoAl 2 O 4) och kobolt silikat (Co 2 SiO 4) är blå; tenn-vanadiumoxid (känd som V-dopad SnO 2) och zirkonium-vanadiumoxid (V-dopad ZrO 2) är gula; kobolt kromit (CoCr 2 O 3) och krom granat (2CaO · Cr 2 O 3 · 3SiO 2) är gröna; och krom hematit (CrFe 2 O 3) är svart. En riktig röd färg, som inte finns i naturligt förekommande silikatmaterial, finns i fasta lösningar av kadmiumsulfid och kadmiumselenid (CdS-CdSe).
Pulverformiga pigment införlivas i keramiska kroppar eller glasyr för att ge färg till det avfyrade lagret. Termisk stabilitet och kemisk inertitet under bränningen är viktiga överväganden.
