Optiskā keramika, moderni rūpnieciski materiāli, kas izstrādāti izmantošanai optiskos nolūkos.
Optisko materiālu lietderība ir atkarīga no reakcijas uz infrasarkano, optisko un ultravioleto gaismu. Acīmredzamākie optiskie materiāli ir brilles, kas aprakstīti rakstā Rūpnieciskais stikls, bet keramika ir izstrādāta arī vairākiem optiskiem pielietojumiem. Šajā rakstā apskatīti vairāki no šiem lietojumiem, gan pasīvajiem (piemēram, logiem, apgaismes ķermeņiem, lampu apvalkiem, pigmentiem), gan aktīvajiem (piemēram, fosforiem, lāzeriem, elektrooptiskajiem komponentiem).
Pasīvās ierīces
Optiskie un infrasarkanie logi
Tīrā stāvoklī lielākā daļa keramikas ir plaša diapazona izolatori. Tas nozīmē, ka pastāv liela aizliegto stāvokļu plaisa starp visaugstāk piepildīto elektronu līmeni un nākamā augstākā neaizņemtā līmeņa enerģiju. Ja šī joslas atstarpe ir lielāka par optiskās gaismas enerģiju, šī keramika būs optiski caurspīdīga (lai gan šādas keramikas pulveri un poraini kompakti gaismas izkliedes dēļ būs balti un necaurspīdīgi). Divas optiski caurspīdīgas keramikas lietojumprogrammas ir logi svītrkodu lasītājiem lielveikalos un infrasarkano staru un lāzera logi.
Lielveikalu kasēs logiem ir izmantots safīrs (alumīnija oksīda vienkristāla forma, Al 2 O 3). Tas apvieno optisko caurspīdīgumu un augstu izturību pret skrāpējumiem. Līdzīgi vienkristāla vai infrasarkanā caurspīdīguma polikristāliski keramikas izstrādājumi, piemēram, nātrija hlorīds (NaCl), ar rubīdija leģētu kālija hlorīdu (KCl), kalcija fluorīds (CaF) un stroncija fluorīds (SrF 2) ir izmantoti pret eroziju izturīgiem infrasarkaniem stariem, logi infrasarkano staru detektoriem un infrasarkanie lāzera logi. Šiem polikristāliskajiem halogenīdu materiāliem ir tendence pārraidīt mazāku viļņu garumu nekā oksīdiem, un tie sniedzas līdz infrasarkanajam reģionam; tomēr to graudu robežas un porainība izkliedē starojumu. Tādēļ tos vislabāk izmanto kā vienkristālus. Tomēr halogenīdi lieliem logiem nav pietiekami izturīgi: tie var plastiski deformēties pēc sava svara. Lai tos stiprinātu, parasti kristāli tiek karsti kalti, lai izraisītu tīru graudu robežas un lielus graudu lielumus, kas būtiski nemazina infrasarkano staru caurlaidību, bet ļauj ķermenim pretoties deformācijai. Alternatīvi, lielapjoma materiālu var sakausēt.
Lampu aploksnes
Elektriskās gāzizlādes spuldzes, kurās slēgtās gāzes tiek barotas ar pielietotu spriegumu un tādējādi liek tām mirdzēt, ir ārkārtīgi efektīvi gaismas avoti, taču to darbībā iesaistītais karstums un korozija optisko keramiku izspiež līdz tām noteiktajām termoķīmiskajām robežām. Liels izrāviens notika 1961. gadā, kad Roberts Koble no General Electric Company Amerikas Savienotajās Valstīs pierādīja, ka alumīnija oksīdu (sintētisku polikristālisku Al 2 O 3) var saķepināt līdz optiskajam blīvumam un caurspīdīgumam, izmantojot magnēziju (magnija oksīdu, MgO). saķepināšanas līdzeklis. Šī tehnoloģija ļāva ārkārtīgi karstu nātrija izlādi augstspiediena nātrija tvaika lampā atrast ugunsizturīgā materiālā, kas arī raidīja tā gaismu. Plazma iekšējā alumīnija oksīda lampas apvalkā sasniedz temperatūru 1200 ° C (2,200 ° F). Enerģijas emisija aptver gandrīz visu redzamo spektru, radot spilgti baltu gaismu, kas atspoguļo visas krāsas - atšķirībā no zema spiediena nātrija tvaika lampas, kuras dzintara mirdzums ir izplatīts lielāko pilsētu debesīs.
Pigmenti
Keramikas krāsu vai pigmenta rūpniecība ir ilgstoša, tradicionāla nozare. Keramikas pigmenti vai traipi ir izgatavoti no oksīda vai selenīda savienojumiem kombinācijā ar īpašiem pārejas metāla vai retzemju elementiem. Noteiktu gaismas viļņu garumu absorbcija šīm sugām piešķir savienojumam specifiskas krāsas. Piemēram, kobalta alumināts (CoAl 2 O 4) un kobalta silikāts (Co 2 SiO 4) ir zilā krāsā; alvas-vanādija oksīda (pazīstama kā V leģēti sno 2) un cirkonija-vanādija oksīda (V leģēti ZrO 2) ir dzeltenā krāsā; kobalta hromīts (CoCr 2 O 3) un hroma granāts (2CaO · Cr 2 O 3 · 3SiO 2) ir zaļi; un hroma hematīts (CrFe 2 O 3) ir melns. Kadmija sulfīda un kadmija selenīda (CdS-CdSe) cietajos šķīdumos ir pieejama patiesi sarkana krāsa, kas nav pieejama dabiski sastopamos silikātu materiālos.
Pigmentētus pulverus iestrādā keramikas ķermeņos vai glazūrās, lai krāsotajiem izstrādājumiem piešķirtu krāsu. Svarīgi apsvērumi ir termiskā stabilitāte un ķīmiskā inerce apdedzināšanas laikā.
