Optinen keramiikka, edistykselliset teollisuusmateriaalit, jotka on kehitetty käytettäväksi optisissa sovelluksissa.
Optiset materiaalit saavat hyödyllisyytensä vastauksestaan infrapuna-, optiseen ja ultraviolettivaloon. Ilmeisimmät optiset materiaalit ovat lasit, joita kuvataan artikkelissa teollisuuslasi, mutta myös keramiikkaa on kehitetty lukuisiin optisiin sovelluksiin. Tässä artikkelissa tarkastellaan useita näistä sovelluksista, sekä passiivisia (esim. Ikkunat, säteilyvalaisimet, lampun verhokäyrät, pigmentit) että aktiivisia (esim. Fosforit, laserit, sähköoptiset komponentit).
Passiiviset laitteet
Optiset ja infrapunaikkunat
Puhtaassa tilassaan useimmat keramiikat ovat laajakaistaisia eristeitä. Tämä tarkoittaa, että korkeimmin täytettyjen elektronitasojen energian ja seuraavan korkeimman varaustason energian välillä on suuri kiellettyjen tilojen välinen ero. Jos tämä kaistaväli on suurempi kuin optiset valoenergiat, nämä keramiikat ovat optisesti läpinäkyviä (vaikka tällaisten keraamisten jauheet ja huokoiset tiivisteet ovat valkoisia ja läpinäkymättömiä valon sironnan takia). Kaksi optisesti läpinäkyvän keramiikan sovellusta ovat ikkunat viivakoodilukijalle supermarketeissa ja infrapunaradio- ja laserikkunat.
Safiiri (yksikiteinen alumiinioksidimuoto, Al 2 O 3) on käytetty supermarketien kassalle. Siinä yhdistyvät optinen läpinäkyvyys ja korkea naarmuuntumisenkestävyys. Samoin yksikiteisiä tai infrapuna-läpinäkyviä monikiteisiä keraamisia aineita, kuten natriumkloridi (NaCl), rubidiumilla seostettu kaliumkloridi (KCl), kalsiumfluoridi (CaF) ja strontiumfluoridi (SrF 2) on käytetty eroosionkestäviin infrapunaradioihin, infrapunailmaisimien ikkunat ja infrapunalaserikkunat. Näillä monikiteisillä halogenidimateriaaleilla on taipumus siirtää pienempiä aallonpituuksia kuin oksidit, ulottuen infrapuna-alueelle; niiden raerajat ja huokoisuus sirottavat säteilyä. Siksi niitä käytetään parhaiten yksittäisinä kiteinä. Sellaisenaan halogenidit eivät kuitenkaan ole riittävän vahvoja suurille ikkunoille: ne voivat muovautua plastisesti oman painonsa alla. Niiden lujittamiseksi yksittäiset kristallit on tyypillisesti kuuma-taottu aiheuttamaan puhtaat raerajat ja suuret raekoko, jotka eivät vähennä infrapunasäteilyä merkittävästi, mutta sallivat kehon vastustaa muodonmuutosta. Vaihtoehtoisesti isojyväinen materiaali voidaan sulataa valamalla.
Lampun kirjekuoret
Sähköpurkauslamput, joissa suljetuille kaasuille annetaan virtaa jännitteellä ja saadaan siten hehkumaan, ovat erittäin tehokkaita valonlähteitä, mutta niiden toimintaan liittyvä lämpö ja korroosio työntävät optisen keramiikan termokemiallisiin rajoihinsa. Suuri läpimurto tapahtui vuonna 1961, kun Robert Coble Yhdysvaltain General Electric Company -yrityksestä osoitti, että alumiinioksidi (synteettinen monikiteinen, Al 2 O 3) voitiin sintrata optiseen tiheyteen ja läpikuultavuuteen käyttämällä magneesiaa (magnesiumoksidi, MgO) sintrausapu. Tämän tekniikan ansiosta erittäin kuuma natriumpurkaus korkean paineen natriumhöyrylampussa oli tulenkestävässä materiaalissa, joka myös välitti valonsa. Alumiinioksidilampun sisäkuoressa oleva plasma saavuttaa lämpötilan 1 200 ° C (2 200 ° F). Energianpäästö kattaa melkein koko näkyvän spektrin, jolloin saadaan kirkas valkoinen valo, joka heijastaa kaikki värit - toisin kuin matalapaineisessa natriumhöyrylampussa, jonka meripihkan hehku on yleinen suurten kaupunkien taivaanrannoissa.
pigmentit
Keraamisten väri- tai pigmenttiteollisuus on pitkäaikainen, perinteinen teollisuus. Keraamiset pigmentit tai tahrat on valmistettu oksidista tai selenidiyhdisteistä yhdessä erityisten siirtymämetalli- tai harvinaisten maametallien kanssa. Tiettyjen valon aallonpituuksien absorptio näillä lajeilla antaa yhdisteelle spesifisiä värejä. Esimerkiksi kobolttialuminaatti (CoAl 2 O 4) ja kobolttisilikaatti (Co 2 Si0 4) ovat sinisiä; tina-vanadiinioksidia (tunnetaan V-seostettu SnO 2) ja zirkonium-vanadiinioksidia (V-seostettu ZrO 2) ovat keltaisia; koboltti kromiitti (CoCr 2 O 3) ja kromigranaatti (2CaO · Cr 2 O 3 · 3SiO 2) ovat vihreitä; ja kromi hematiitti (CrFe 2 O 3) on musta. Todellista punaista väriä, jota ei ole saatavana luonnossa esiintyvistä silikaattimateriaaleista, on kadmiumsulfidin ja kadmiumselenidin kiinteissä liuoksissa (CdS-CdSe).
Jauhepigmentit sisällytetään keraamisiin kappaleisiin tai lasiteihin värin saamiseksi poltetulle esineelle. Lämpöstabiilisuus ja kemiallinen inertti polttamisen aikana ovat tärkeitä näkökohtia.
