Optička keramika

Optička keramika, napredni industrijski materijali razvijeni su za upotrebu u optičkim primjenama.

Optički materijali koriste se njihovim reakcijama na infracrveno, optičko i ultraljubičasto svjetlo. Najočitiji optički materijali su stakla koja su opisana u članku industrijsko staklo, ali keramika je također razvijena za brojne optičke primjene. U ovom se članku istražuje nekoliko ovih primjena, pasivnih (npr. Prozori, radomi, omotnice svjetiljke, pigmenti) i aktivnih (npr. Fosfor, laseri, elektro-optičke komponente).

Pasivni uređaji

Optički i infracrveni prozori

U svom čistom stanju, većina keramike je izolatori sa širokim pojasevima. To znači da postoji veliki jaz zabranjenih stanja između energije najviše ispunjene razine elektrona i energije sljedeće najviše nezauzete razine. Ako je ovaj jaz veće od optičke svjetlosne energije, ova će keramika biti optički prozirna (iako će prašci i porozni kompaktni materijali iz takve keramike biti bijeli i neprozirni zbog rasipanja svjetlosti). Dvije primjene optički prozirne keramike su prozori za čitače bar-kodova u supermarketima i infracrveni radom i laserski prozori.

Safir (single-kristalni oblik aluminijevog oksida, Al ₂ O ₃) je bio korišten za supermarket naplata prozora. Kombinira optičku prozirnost s visokom otpornošću na ogrebotine. Slično tome, monokristalna ili infracrvena prozirna polikristalna keramika kao što je natrijev klorid (NaCl), kalijev klorid dopiran ruidijem (KCl), kalcijev fluorid (CaF) i stroncijev fluorid (SrF ₂) korišteni su za otporne na eroziju infracrvene radomere, prozori za infracrvene detektore i infracrveni laserski prozori. Ovi polikristalni halogenidi teže prenositi niže valne duljine od oksida, protežući se do infracrvenog područja; međutim, njihove granice zrna i poroznost rasipaju zračenje. Stoga ih je najbolje koristiti kao monokristale. Kao takvi, međutim, halogenidi nisu dovoljno jaki za velike prozore: mogu se plastično deformirati pod vlastitom težinom. Da bi ih ojačali, monokristal se obično vruće kova kako bi se stvorile čiste granice zrna i velike veličine zrna, koje ne smanjuju značajno infracrveni prijenos, već omogućuju tijelu da se odupre deformaciji. Alternativno, krupnozrnat materijal se može lijevati fuzijom.

Omotnice lampe

Električne žarulje za pražnjenje, u kojima se zatvoreni plinovi napajaju primijenjenim naponom i na taj način stvaraju žar, izuzetno su učinkoviti izvori svjetla, ali toplina i korozija koji su uključeni u njihov rad guraju optičku keramiku do svojih termokemijskih granica. Veliki proboj dogodio se 1961., kada je Robert Coble iz General Electric Company-a u Sjedinjenim Državama pokazao da se glinica (sintetički polikristalni, Al ₂ O ₃) može sintrati do optičke gustoće i prozirnosti koristeći magnezijum (magnezijev oksid, MgO) kao pomagala za sinterovanje. Ta je tehnologija omogućila da se izuzetno vrući natrijev ispuh u žarulji natrijeve pare visokog tlaka nalazi u vatrostalnom materijalu koji je također propustio svoju svjetlost. Plazma unutar unutarnje ovojnice glinice postiže temperature od 1.200 ° C (2.200 ° F). Emisija energije pokriva gotovo cjelokupni vidljivi spektar, stvarajući svijetlo bijelo svjetlo koje odražava sve boje - za razliku od lampe niskog tlaka natrijeve pare, čiji jantarni sjaj je uobičajen u skilinama velikih gradova.

pigmenti

Industrija keramike u boji ili pigmentu je dugogodišnja, tradicionalna industrija. Keramički pigmenti ili mrlje izrađeni su od oksidnih ili selenidnih spojeva u kombinaciji sa specifičnim elementima prijelaznog metala ili rijetko zemljanim elementima. Apsorpcija određenih valnih duljina svjetla od ovih vrsta daje spoju određene boje. Na primjer, kobalt aluminat (ugljen ₂ O ₄) i kobalt silikata (Co ₂ SiO ₄) su plavo; kositar-vanadijevog oksida (poznat kao V-dopirani SnO ₂) i cirkonij-vanadijevog oksida (V dopiranog ZrO ₂) žute; kobalt Chromite (COCH ₂ O ₃) i krom granat (2CaO · Cr ₂ O ₃ · 3SiO ₂) su zelene; i krom hematit (CrFe ₂ O ₃) je crna. Prava crvena boja, nedostupna u prirodnim silikatnim materijalima, pronađena je u čvrstim otopinama kadmij sulfida i kadmijevog selenida (CdS-CdSe).

Pigmenti u prahu ugrađeni su u keramička tijela ili glazure kako bi se užarenim proizvodima unijela boja. Toplinska stabilnost i kemijska inertnost tijekom pečenja važni su aspekti.