Optik seramikler

Optik seramikler, optik uygulamalarda kullanılmak üzere geliştirilmiş gelişmiş endüstriyel malzemeler.

Optik malzemeler, kızılötesi, optik ve ultraviyole ışığa tepkilerinden yararlanırlar. En belirgin optik malzemeler, endüstriyel cam ürününde açıklanan camlardır, ancak seramikler de bir dizi optik uygulama için geliştirilmiştir. Bu makale, pasif (örn., Pencereler, radomlar, lamba zarfları, pigmentler) ve aktif (örn., Fosforlar, lazerler, elektro-optik bileşenler) gibi bu uygulamaların birkaçını araştırmaktadır.

Pasif cihazlar

Optik ve kızılötesi pencereler

Saf halde, çoğu seramik geniş bant boşluklu izolatörlerdir. Bu, en yüksek doldurulmuş elektron seviyelerinin enerjisi ile bir sonraki en yüksek boştaki seviyenin enerjisi arasında büyük bir yasak durum aralığı olduğu anlamına gelir. Bu bant boşluğu optik ışık enerjilerinden daha büyükse, bu seramikler optik olarak şeffaf olacaktır (ancak bu tür seramiklerin tozları ve gözenekli sıkışmaları ışık saçılması nedeniyle beyaz ve opak olacaktır). Optik olarak şeffaf seramiklerin iki uygulaması, süpermarketlerdeki barkod okuyucular için pencereler, kızılötesi radom ve lazer pencerelerdir.

Süpermarket kasa pencereleri için safir (tek kristalli alüminyum oksit formu, Al ₂ O ₃) kullanılmıştır. Optik şeffaflığı yüksek çizilme direnciyle birleştirir. Benzer şekilde, sodyum klorür (NaCl), rubidyum katkılı potasyum klorür (KCl), kalsiyum florür (CaF) ve stronsiyum florür (SrF ₂) gibi tek kristalli veya kızılötesi şeffaf polikristalin seramikler, erozyona dayanıklı kızılötesi radomlar için kullanılmıştır., kızılötesi dedektör pencereleri ve kızılötesi lazer pencereler. Bu polikristalin halid malzemeler, kızıl ötesi bölgeye kadar uzanan oksitlerden daha düşük dalga boylarını iletme eğilimindedir; bununla birlikte, bunların tane sınırları ve gözeneklilik saçılım radyasyonu. Bu nedenle, en iyi tek kristaller olarak kullanılırlar. Bununla birlikte, halojenürler büyük pencereler için yeterince güçlü değildir: kendi ağırlıkları altında plastik olarak deforme olabilirler. Onları güçlendirmek için, tek kristaller tipik olarak temiz tane sınırlarını ve büyük tane boyutlarını indüklemek için sıcak dövme ile yapılır, bu da kızılötesi iletimini önemli ölçüde azaltmaz, ancak vücudun deformasyona direnmesine izin verir. Alternatif olarak, büyük taneli malzeme füzyonla dökülebilir.

Lamba zarfları

Kapalı gazlara uygulanan bir voltaj ile enerji verildiği ve bu şekilde parladığı elektrik deşarj lambaları son derece verimli ışık kaynaklarıdır, ancak çalışmalarında yer alan ısı ve korozyon optik seramikleri termokimyasal sınırlarına iter. Büyük bir ilerleme, Amerika Birleşik Devletleri, General Electric Company, Robert Coble alümina (sentetik kristalli Al göstermiştir 1961, meydana gelen ₂ O ₃) a olarak magnezya (magnezyum oksit MgO) kullanılarak optik yoğunluk ve saydamlık sinterlenmiş edilebilir sinterleme yardımı. Bu teknoloji, yüksek basınçlı sodyum buharlı lambadaki aşırı sıcak sodyum deşarjının, ışığını da ileten bir refrakter malzemede tutulmasına izin verdi. İç alümina lamba zarfı içindeki plazma 1.200 ° C (2.200 ° F) sıcaklığa ulaşır. Enerji emisyonu, neredeyse tüm görünür spektrumu kapsar ve kehribar ışıltısı büyük şehirlerin silüetlerinde yaygın olan düşük basınçlı sodyum buharlı lambanın aksine, tüm renkleri yansıtan parlak beyaz bir ışık oluşturur.

Pigmentler

Seramik rengi veya pigment endüstrisi uzun zamandır devam eden geleneksel bir endüstridir. Seramik pigmentler veya lekeler, belirli geçiş metali veya nadir toprak elementleri ile kombinasyon halinde oksit veya selenid bileşiklerinden yapılır. Bu tür tarafından belirli ışık dalga boylarının emilmesi, bileşiğe spesifik renkler kazandırır. Örneğin, kobalt alüminat (kömür ₂ O ₄) ve kobalt silikat (Co ₂ SiO ₄) mavi; (V-takviyeli SnO olarak bilinen kalay vanadyum oksit ₂ ve zirkonyum-vanadyum oksit) (V-takviyeli ZrO ₂) sarı; Kobalt krom (CoCr ₂ O ₃) ve krom gamet (2CaO-Cr ₂ O ₃ · 3SiO ₂) yeşil; ve krom hematit (CrFe ₂ O ₃) siyahtır. Doğal olarak oluşan silikat malzemelerde bulunmayan gerçek bir kırmızı renk, kadmiyum sülfür ve kadmiyum selenidin (CdS-CdSe) katı çözeltilerinde bulunur.

Toz haline getirilmiş pigmentler, fırınlanmış ürüne renk vermek için seramik gövdelere veya sırlara dahil edilir. Ateşleme sırasında termal kararlılık ve kimyasal inertlik önemli hususlardır.