Οπτικά κεραμικά, προηγμένα βιομηχανικά υλικά που αναπτύχθηκαν για χρήση σε οπτικές εφαρμογές.
Τα οπτικά υλικά αντλούν τη χρησιμότητά τους από την απόκρισή τους στο υπέρυθρο, οπτικό και υπεριώδες φως. Τα πιο προφανή οπτικά υλικά είναι γυαλιά, τα οποία περιγράφονται στο άρθρο βιομηχανικό γυαλί, αλλά και κεραμικά έχουν επίσης αναπτυχθεί για διάφορες οπτικές εφαρμογές. Αυτό το άρθρο εξετάζει πολλές από αυτές τις εφαρμογές, τόσο παθητικές (π.χ. παράθυρα, ραδιόφωνα, φάκελοι λαμπτήρων, χρωστικές) και ενεργές (π.χ. φωσφόροι, λέιζερ, ηλεκτρο-οπτικά εξαρτήματα).
Παθητικές συσκευές
Οπτικά και υπέρυθρα παράθυρα
Στην καθαρή τους κατάσταση, τα περισσότερα κεραμικά είναι μονωτές μεγάλων ζωνών. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει ένα μεγάλο κενό των απαγορευμένων καταστάσεων μεταξύ της ενέργειας των υψηλότερων επιπέδων ηλεκτρονίων και της ενέργειας του επόμενου υψηλότερου μη κατειλημμένου επιπέδου. Εάν αυτό το διάκενο ζώνης είναι μεγαλύτερο από τις οπτικές ενέργειες φωτός, αυτά τα κεραμικά θα είναι οπτικά διαφανή (αν και σκόνες και πορώδεις συμπαγείς τέτοιων κεραμικών θα είναι λευκές και αδιαφανείς λόγω της σκέδασης φωτός). Δύο εφαρμογές οπτικώς διαφανών κεραμικών είναι παράθυρα για αναγνώστες γραμμωτού κώδικα σε σούπερ μάρκετ και παράθυρα ραδιοφώνου και λέιζερ υπερύθρων.
Το ζαφείρι (μια μορφή κρυστάλλου από οξείδιο του αλουμινίου, Al 2 O 3) έχει χρησιμοποιηθεί για τα παράθυρα του σούπερ μάρκετ. Συνδυάζει την οπτική διαφάνεια με την υψηλή αντίσταση στις γρατσουνιές. Παρομοίως, πολυκρυσταλλικά κεραμικά μονής κρυστάλλου ή υπέρυθρης ακτινοβολίας όπως χλωριούχο νάτριο (NaCl), χλωριούχο κάλιο με προσθήκη ρουβιδίου (KCl), φθοριούχο ασβέστιο (CaF) και φθοριούχο στρόντιο (SrF 2) έχουν χρησιμοποιηθεί για ανθεκτικά στη διάβρωση υπέρυθρα ακτίνα, παράθυρα για ανιχνευτές υπερύθρων και παράθυρα υπέρυθρων λέιζερ. Αυτά τα πολυκρυσταλλικά υλικά αλογονιδίου τείνουν να μεταδίδουν μικρότερα μήκη κύματος από τα οξείδια, εκτείνοντας μέχρι την υπέρυθρη περιοχή. Ωστόσο, τα όρια των κόκκων τους και το πορώδες διασκορπίζουν την ακτινοβολία. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιούνται καλύτερα ως απλοί κρύσταλλοι. Ως τέτοια, ωστόσο, τα αλογονίδια είναι ανεπαρκώς ισχυρά για μεγάλα παράθυρα: μπορούν να παραμορφωθούν πλαστικά με το δικό τους βάρος. Προκειμένου να τα ενισχυθούν, οι απλοί κρύσταλλοι είναι συνήθως σφυρηλατημένοι για να προκαλέσουν καθαρά όρια κόκκων και μεγάλα μεγέθη κόκκων, τα οποία δεν μειώνουν σημαντικά τη μετάδοση υπερύθρων αλλά επιτρέπουν στο σώμα να αντισταθεί στην παραμόρφωση. Εναλλακτικά, το υλικό με μεγάλο κόκκο μπορεί να είναι χυτευμένο με σύντηξη.
Φάκελοι λαμπτήρων
Οι ηλεκτρικοί λαμπτήρες εκκένωσης, στους οποίους τα κλειστά αέρια ενεργοποιούνται από μια εφαρμοζόμενη τάση και έτσι δημιουργούνται για να ανάβουν, είναι εξαιρετικά αποδοτικές πηγές φωτός, αλλά η θερμότητα και η διάβρωση που εμπλέκονται στη λειτουργία τους ωθούν τα οπτικά κεραμικά στα θερμοχημικά τους όρια. Μια σημαντική ανακάλυψη σημειώθηκε το 1961, όταν ο Robert Coble της General Electric Company στις Ηνωμένες Πολιτείες απέδειξε ότι η αλουμίνα (ένα συνθετικό πολυκρυσταλλικό, Al 2 O 3) θα μπορούσε να συντηχθεί σε οπτική πυκνότητα και διαφάνεια χρησιμοποιώντας μαγνησία (οξείδιο του μαγνησίου, MgO) ως βοήθεια σύντηξης. Αυτή η τεχνολογία επέτρεψε την εξαιρετικά καυτή εκκένωση νατρίου στον λαμπτήρα ατμού νατρίου υψηλής πίεσης να περιέχεται σε πυρίμαχο υλικό που μεταδίδει επίσης το φως του. Το πλάσμα εντός του εσωτερικού περιβλήματος της λάμπας αλουμίνας φτάνει σε θερμοκρασίες 1.200 ° C (2.200 ° F). Η εκπομπή ενέργειας καλύπτει σχεδόν ολόκληρο το ορατό φάσμα, δημιουργώντας ένα έντονο λευκό φως που αντανακλά όλα τα χρώματα - σε αντίθεση με εκείνο της λάμπας ατμού νατρίου χαμηλής πίεσης, της οποίας η πορτοκαλί λάμψη είναι κοινή στους ουρανούς των μεγάλων πόλεων.
Χρωστικές ουσίες
Η βιομηχανία κεραμικών χρωμάτων ή χρωστικών είναι μια μακροχρόνια, παραδοσιακή βιομηχανία. Οι κεραμικές χρωστικές ή οι λεκέδες αποτελούνται από ενώσεις οξειδίου ή σεληνιδίου σε συνδυασμό με συγκεκριμένα στοιχεία μετάλλου ή σπάνιων γαιών. Η απορρόφηση ορισμένων μηκών κύματος φωτός από αυτά τα είδη προσδίδει συγκεκριμένα χρώματα στην ένωση. Για παράδειγμα, αργιλικό κοβάλτιο (άνθρακας 2 O 4) και κοβάλτιο πυριτικό (Co 2 SiO 4) είναι μπλε? οξείδιο κασσιτέρου-βαναδίου (γνωστό ως V-ντοπαρισμένο SnO 2) και ζιρκονίου-βαναδίου οξειδίου (V-ντοπαρισμένη ΖγΟ 2) είναι κίτρινο? κοβάλτιο χρωμίτη (CoCr 2 O 3) και το χρώμιο γρανάτη (2CaO · Cr 2 O 3 · 3SiO 2) είναι πράσινο? και ο αιματίτης χρωμίου (CrFe 2 O 3) είναι μαύρος. Ένα πραγματικό κόκκινο χρώμα, μη διαθέσιμο σε φυσικά πυριτικά υλικά, βρίσκεται σε στερεά διαλύματα θειούχου καδμίου και σεληνίου καδμίου (CdS-CdSe).
Οι κονιοποιημένες χρωστικές ουσίες ενσωματώνονται σε κεραμικά σώματα ή υαλοπίνακες για να προσδώσουν χρώμα στα πυροσβεστικά είδη. Η θερμική σταθερότητα και η χημική αδράνεια κατά τη διάρκεια της πυροδότησης είναι σημαντικές εκτιμήσεις.
