Ceramica optică, materiale industriale avansate dezvoltate pentru utilizare în aplicații optice.
Materialele optice își obțin utilitatea din răspunsul lor la lumina infraroșie, optică și ultravioletă. Cele mai evidente materiale optice sunt ochelarii, care sunt descriși în articol sticla industrială, dar ceramica a fost dezvoltată și pentru o serie de aplicații optice. Acest articol examinează mai multe dintre aceste aplicații, atât pasive (de exemplu, ferestre, radom, plicuri pentru lămpi, pigmenți), cât și active (de exemplu, fosfori, lasere, componente electro-optice).
Dispozitive pasive
Ferestre optice și cu infraroșu
În stare pură, majoritatea ceramicii sunt izolatoare cu bandă largă. Aceasta înseamnă că există un decalaj mare de stări interzise între energia celor mai înalte niveluri de electroni umplute și energia celui mai înalt nivel neocupat. Dacă acest interval de bandă este mai mare decât energiile optice de lumină, aceste ceramice vor fi optic transparente (deși pulberile și compactele poroase ale acestor ceramice vor fi albe și opace din cauza împrăștierii luminii). Două aplicații ale ceramicii optic transparente sunt ferestrele pentru cititorii de coduri de bare de la supermarketuri și radio-infraroșu și ferestrele cu laser.
Sapphire (o formă monocristalină de oxid de aluminiu, Al 2 O 3) a fost utilizat pentru geamurile de la supermarket. Combină transparența optică cu rezistență ridicată la zgârieturi. În mod similar, ceramică policristalină cu un singur cristal sau infraroșu transparent, cum ar fi clorură de sodiu (NaCl), clorură de potasiu dopată cu rubidiu (KCl), fluorură de calciu (CaF) și fluorură de stronțiu (SrF 2) au fost utilizate pentru radomii cu infraroșu rezistenți la eroziune, ferestre pentru detectoare cu infraroșu și ferestre laser cu infraroșu. Aceste materiale cu halogenuri policristaline tind să transmită lungimi de undă mai mici decât oxizii, extinzându-se în regiunea infraroșie; cu toate acestea, granițele lor și porozitatea împrăștie radiațiile. Prin urmare, sunt utilizate cel mai bine ca cristale unice. Ca atare, însă, halogenele sunt insuficient de puternice pentru ferestrele mari: se pot deforma plastic sub propria greutate. Pentru a le întări, cristalele individuale sunt de obicei forjate la cald pentru a induce granițele curate ale granulelor și dimensiuni mari de cereale, care nu scad semnificativ transmisia în infraroșu, dar permit corpului să reziste la deformare. Alternativ, materialul cu granule mari poate fi turnat prin fuziune.
Plicuri cu lampă
Lămpile cu descărcare electrică, în care gazele închise sunt alimentate printr-o tensiune aplicată și astfel făcute să strălucească, sunt surse de lumină extrem de eficiente, însă căldura și coroziunea implicate în funcționarea lor împing ceramica optică la limitele lor termochimice. O descoperire majoră a avut loc în 1961, când Robert Coble de la General Electric Company din Statele Unite a demonstrat că alumina (un policristalin sintetic, Al 2 O 3) poate fi sinterizată la densitate optică și translucență folosind magnezie (oxid de magneziu, MgO) ca ajutor de sinterizare. Această tehnologie a permis descărcarea de sodiu extrem de fierbinte în lampa cu vapori de sodiu de înaltă presiune să fie conținută într-un material refractar care și-a transmis lumina. Plasma în plica interioară de lampă de alumină atinge temperaturi de 1.200 ° C (2.200 ° F). Emisiunea de energie acoperă aproape întregul spectru vizibil, creând o lumină albă strălucitoare care reflectă toate culorile - spre deosebire de cea a lămpii cu vapori de sodiu cu presiune joasă, a cărei strălucire de chihlimbar este obișnuită în lucrarile marilor orașe.
pigmenţi
Industria culorilor ceramice sau a pigmenților este o industrie tradițională de lungă durată. Pigmenții sau petele ceramice sunt fabricate din oxizi sau compuși selenidici în combinație cu elemente specifice de tranziție sau de metale rare. Absorbția anumitor lungimi de undă a luminii de către aceste specii conferă culori specifice compusului. De exemplu, aluminat de cobalt (cãrbune 2 O 4) și silicat de cobalt (Co 2 SiO 4) sunt albastre; Oxidul de stan-vanadiu (cunoscut sub numele de SnO 2 dopat de V) și oxidul de zirconiu-vanadiu (ZrO 2 dopat în V) sunt galbene; cobalt cromit (CoCr 2 O 3) și crom granat (2CaO · Cr 2 O 3 · 3SiO 2) sunt verzi; iar hematitul de crom (CrFe 2 O 3) este negru. O adevărată culoare roșie, indisponibilă în materialele silicate naturale, se găsește în soluții solide de sulfură de cadmiu și selenură de cadmiu (CdS-CdSe).
Pigmenții sub formă de pulbere sunt încorporați în corpuri ceramice sau glazuri pentru a da culoare obiectelor de ardere. Stabilitatea termică și inerția chimică în timpul arderii sunt considerente importante.
