Optische keramiek, geavanceerde industriële materialen ontwikkeld voor gebruik in optische toepassingen.
Optische materialen ontlenen hun nut aan hun reactie op infrarood, optisch en ultraviolet licht. De meest voor de hand liggende optische materialen zijn glazen, die worden beschreven in het artikel industrieel glas, maar ook keramiek is ontwikkeld voor een aantal optische toepassingen. Dit artikel onderzoekt een aantal van deze toepassingen, zowel passief (bijv. Ramen, radomes, lampomhulsels, pigmenten) als actief (bijv. Fosforen, lasers, elektro-optische componenten).
Passieve apparaten
Optische en infraroodvensters
In hun pure staat zijn de meeste keramiek isolatoren met brede bandafstand. Dit betekent dat er een grote kloof is tussen de verboden toestanden tussen de energie van de hoogst gevulde elektroneniveaus en de energie van het volgende hoogste onbezette niveau. Als deze bandafstand groter is dan optische lichtenergieën, zullen deze keramiek optisch transparant zijn (hoewel poeders en poreuze compacts van dergelijke keramiek door lichtverstrooiing wit en ondoorzichtig zullen zijn). Twee toepassingen van optisch transparant keramiek zijn ramen voor barcodelezers in supermarkten en infrarood radome en laserramen.
Sapphire (een eenkristalvorm van aluminiumoxide, Al 2 O 3) is gebruikt voor kassa's van supermarkten. Het combineert optische transparantie met een hoge krasbestendigheid. Evenzo zijn enkelkristal- of infraroodtransparante polykristallijne keramiek zoals natriumchloride (NaCl), rubidium-gedoteerd kaliumchloride (KCl), calciumfluoride (CaF) en strontiumfluoride (SrF 2) gebruikt voor erosiebestendige infrarood-radomes, vensters voor infrarooddetectoren en infraroodlaservensters. Deze polykristallijne halogenidematerialen hebben de neiging lagere golflengten door te geven dan oxiden en strekken zich uit tot in het infrarode gebied; hun korrelgrenzen en poreusheid verstrooien echter de straling. Daarom kunnen ze het beste als enkele kristallen worden gebruikt. Als zodanig zijn haliden echter onvoldoende sterk voor grote ramen: ze kunnen onder hun eigen gewicht plastisch vervormen. Om ze te versterken, worden enkele kristallen typisch warmgesmeed om zuivere korrelgrenzen en grote korrelgroottes te induceren, die de infraroodtransmissie niet significant verminderen, maar het lichaam in staat stellen weerstand te bieden aan vervorming. Als alternatief kan grootkorrelig materiaal door smelten worden gegoten.
Lamp enveloppen
Elektrische ontladingslampen, waarin ingesloten gassen worden bekrachtigd door een aangelegde spanning en daardoor gaan gloeien, zijn uiterst efficiënte lichtbronnen, maar de hitte en corrosie die bij hun werking betrokken zijn, duwen optische keramiek tot hun thermochemische grenzen. Een grote doorbraak vond plaats in 1961, toen Robert Coble van de General Electric Company in de Verenigde Staten aantoonde dat aluminiumoxide (een synthetisch polykristallijn, Al 2 O 3) gesinterd kon worden tot optische dichtheid en doorschijnendheid met magnesiumoxide (magnesiumoxide, MgO) als een sinterhulp. Door deze technologie kon de extreem hete natriumontlading in de hogedruknatriumdamplamp worden opgevangen in een vuurvast materiaal dat ook zijn licht doorlaat. Het plasma in de binnenste aluminium lampomhulling bereikt temperaturen van 1.200 ° C (2.200 ° F). De energie-emissie bestrijkt bijna het hele zichtbare spectrum en creëert een helder wit licht dat alle kleuren weerkaatst - in tegenstelling tot de lagedruknatriumdamplamp, waarvan de amberkleurige gloed gebruikelijk is in de skylines van grote steden.
Pigmenten
De keramische kleur- of pigmentindustrie is een langdurige, traditionele industrie. Keramische pigmenten of beitsen zijn gemaakt van oxide- of selenideverbindingen in combinatie met specifieke overgangsmetalen of zeldzame aardmetalen. Absorptie van bepaalde golflengten van licht door deze soorten geeft de verbinding specifieke kleuren. Zo zijn bijvoorbeeld kobaltaluminaat (CoAl 2 O 4) en kobalt silicaat (Co 2 SiO 4) blauw; tin-vanadiumoxide (zogenaamde V-gedoteerd SnO 2) en zirconium-vanadium oxide (V-gedoteerd ZrO 2) zijn geel; kobalt chromiet (CoCr 2 O 3) en chroom granaat (2CaO · Cr 2 O 3 · 3SiO 2) zijn groen; en chroomhematiet (CrFe 2 O 3) is zwart. Een echte rode kleur, niet beschikbaar in natuurlijk voorkomende silicaatmaterialen, wordt gevonden in vaste oplossingen van cadmiumsulfide en cadmiumselenide (CdS-CdSe).
Poedervormige pigmenten worden verwerkt in keramische lichamen of glazuren om de gebakken artikelen kleur te geven. Thermische stabiliteit en chemische inertheid tijdens het bakken zijn belangrijke overwegingen.
