Optisk keramik, avancerede industrielle materialer udviklet til anvendelse i optiske applikationer.
Optiske materialer henter deres nytte af deres reaktion på infrarødt, optisk og ultraviolet lys. De mest indlysende optiske materialer er briller, der er beskrevet i artiklen industrielt glas, men keramik er også blevet udviklet til en række optiske anvendelser. Denne artikel undersøger flere af disse applikationer, både passive (f.eks. Vinduer, radomer, lampekonvolutter, pigmenter) og aktive (f.eks. Fosfor, lasere, elektrooptiske komponenter).
Passive enheder
Optiske og infrarøde vinduer
I deres rene tilstand er de fleste keramiske isolatorer med bred bånd. Dette betyder, at der er et stort mellemrum af forbudte tilstande mellem energien i de højeste fyldte elektronniveauer og energien fra det næste højeste ubesatte niveau. Hvis dette båndgap er større end optiske lysenergier, vil disse keramikker være optisk gennemsigtige (selvom pulvere og porøse komprimeringer af sådan keramik vil være hvide og uigennemsigtige på grund af lysspredning). To anvendelser af optisk gennemsigtig keramik er vinduer til stregkodelæsere i supermarkeder og infrarøde radome- og laservinduer.
Safir (en enkelt krystalform af aluminiumoxid, Al 2 O 3) er blevet brugt til købvinduer i supermarkeder. Det kombinerer optisk gennemsigtighed med høj ridsemodstand. Tilsvarende er en-krystal eller infrarødt transparent polykrystallinsk keramik, såsom natriumchlorid (NaCl), rubidiumdopet kaliumchlorid (KCl), calciumfluorid (CaF) og strontiumfluorid (SrF 2) blevet anvendt til erosionsresistente infrarøde radomer, vinduer til infrarøde detektorer og infrarøde laservinduer. Disse polykrystallinske halogenidmaterialer har en tendens til at transmittere lavere bølgelængder end oxider, der strækker sig ned til det infrarøde område; deres korngrænser og porøsitet spreder imidlertid stråling. Derfor bruges de bedst som enkeltkrystaller. Som sådan er halogenider imidlertid utilstrækkelig stærke til store vinduer: de kan plastisk deformeres under deres egen vægt. For at styrke dem varmesmedes enkle krystaller typisk for at inducere rene korngrænser og store kornstørrelser, som ikke reducerer den infrarøde transmission betydeligt, men tillader kroppen at modstå deformation. Alternativt kan storkornet materiale smeltestøbes.
Lampekonvolutter
Elektriske afladelamper, hvor lukkede gasser tilføres strøm med en påtrykt spænding og derved bringes til at glød, er ekstremt effektive lyskilder, men varmen og korrosion, der er involveret i deres drift, skubber optisk keramik til deres termokemiske grænser. Et stort gennembrud skete i 1961, da Robert Coble af General Electric Company i USA viste, at aluminiumoxid (en syntetisk polykrystallinsk, Al 2 O 3) kunne sintret til optisk tæthed og gennemskinnelighed hjælp magnesia (magnesiumoxid, MgO) som en sintringshjælp. Denne teknologi gjorde det muligt at indeholde den ekstremt varme natriumafladning i højtryksnatriumdamplampen i et ildfast materiale, der også transmitterede dens lys. Plasmaet inden i den indvendige aluminiumoxidlampekonvolut når temperaturer på 1.200 ° C. Energiemission dækker næsten hele det synlige spektrum og skaber et lyst hvidt lys, der reflekterer alle farver - i modsætning til det fra lavtryks-natriumdamplampen, hvis ravglød er almindeligt i skylines i større byer.
Pigmenter
Den keramiske farve- eller pigmentindustri er en mangeårig traditionel industri. Keramiske pigmenter eller pletter er lavet af oxid- eller selenidforbindelser i kombination med specifikke overgangsmetaller eller sjældne jordartselementer. Absorption af bestemte bølgelængder af lys fra disse arter giver forbindelsen specifikke farver. F.eks cobaltaluminat (CoAI 2 O 4) og cobalt silikat (Co 2 SiO 4) er blå; tin-vanadiumoxid (kendt som V-doteret SnO 2) og zirconium-vanadiumoxid (V-doteret ZrO 2) er gule; cobalt chromit (CoCr 2 O 3) og chrom granat (2CaO · Cr 2 O 3 · 3SiO 2) er grønne; og chrom hæmatit (CrFe 2 O 3) er sort. En ægte rød farve, som ikke er tilgængelig i naturligt forekommende silikatmaterialer, findes i faste opløsninger af cadmiumsulfid og cadmium-selenid (CdS-CdSe).
Pulveriserede pigmenter inkorporeres i keramiske legemer eller glasurer for at give farve til det fyrede ware. Termisk stabilitet og kemisk inertitet under fyring er vigtige overvejelser.
