Ceràmica òptica, materials industrials avançats desenvolupats per a ús en aplicacions òptiques.
Els materials òptics obtenen la seva utilitat de la seva resposta a la llum infraroja, òptica i ultraviolada. Els materials òptics més evidents són els vidres, que es descriuen a l’article vidre industrial, però la ceràmica també s’ha desenvolupat per a diverses aplicacions òptiques. Aquest article fa un seguiment de diverses d’aquestes aplicacions, tant passives (per exemple, finestres, radomes, sobres de llum, pigments) com actives (per exemple, fòsfors, làser, components electro-òptics).
Dispositius passius
Finestres òptiques i infrarojos
En estat pur, la majoria de ceràmiques són aïllants de banda ampla. Això significa que hi ha una gran bretxa d’estats prohibits entre l’energia dels nivells d’electrons més alts omplits i l’energia del següent nivell desocupat més alt. Si aquesta bretxa de banda és més gran que les energies òptiques de llum, aquestes ceràmiques seran òpticament transparents (tot i que els pols i els compactes porosos d'aquesta ceràmica seran blancs i opacs a causa de la dispersió de la llum). Les dues aplicacions de ceràmica òpticament transparent són les finestres per als lectors de codis de barres als supermercats i les finestres làser de radom i infrarojos.
El safir (una forma monocristal d’òxid d’alumini, Al 2 O 3) s’ha utilitzat per a les finestres de la compra de supermercats. Combina transparència òptica amb alta resistència a la ratllada. De la mateixa manera, ceràmica policristal·lina d’un cristall transparent o d’infrarojos com el clorur de sodi (NaCl), el clorur de potassi dopat amb rubidi (KCl), el fluorur de calci (CaF) i el fluorur d’estronci (SrF 2) s’han utilitzat per a radomes d’ infrarojos resistents a l’erosió., finestres per a detectors d’infrarojos i finestres làser per infrarojos. Aquests materials haluro policristal·lins solen transmetre longituds d’ona inferiors als òxids, estenent-se cap a la regió d’infrarojos; tanmateix, els seus límits i la porositat difereixen la radiació. Per tant, s’utilitzen millor com a cristalls únics. No obstant això, els haluros no són prou forts per a les finestres grans: es poden deformar plàsticament sota el seu propi pes. Per enfortir-los, els cristalls simples es forgen en calent per induir els límits de gra net i les grans mides de gra, que no disminueixen significativament la transmissió d’infrarojos sinó que permeten que el cos resisteixi la deformació. Alternativament, es poden fundir materials de gran quantitat.
Sobres de la làmpada
Les làmpades de descàrrega elèctrica, en les quals els gasos tancats són energitzats per una tensió aplicada i, per tant, brillants, són fonts de llum extremadament eficients, però la calor i la corrosió implicades en el seu funcionament empenyen la ceràmica òptica fins als seus límits termoquímics. Un gran avenç es va produir el 1961, quan Robert Coble de la General Electric Company dels Estats Units va demostrar que l'alúmina (un policristal·lí sintètic, Al 2 O 3) es podia sinteritzar a densitat òptica i translucència utilitzant magnesi (òxid de magnesi, MgO) com a ajuts de sinterització. Aquesta tecnologia va permetre que la descàrrega de sodi extremadament calenta de la làmpada de vapor de sodi d'alta pressió es contenia en un material refractari que també transmetia la seva llum. El plasma dins de la sobre de la làmpada d’alúmina arriba a temperatures de 1.200 ° C (2.200 ° F). L’emissió d’energia cobreix gairebé tot l’espectre visible, creant una llum blanca brillant que reflecteix tots els colors, a diferència de la de la làmpada de vapor de sodi a baixa pressió, la brillantor ambarina és comuna a les pandes de les grans ciutats.
Pigments
La indústria del color ceràmic o del pigment és una indústria tradicional de llarga durada. Els pigments o taques ceràmiques estan constituïdes d’òxids o compostos de selenid en combinació amb elements específics de transició de metall o terres rares. L’absorció de certes longituds d’ona de la llum per aquestes espècies proporciona colors específics al compost. Per exemple, aluminat de cobalt (carbó 2 O 4) i silicat de cobalt (Co 2 SiO 4) són de color blau; l'òxid d'estany-vanadi (conegut com a SnO 2 dopat per V) i l'òxid de zirconi-vanadi (ZrO 2 dopat amb V) són grocs; el cromito de cobalt (CoCr 2 O 3) i el granat de crom (2CaO · Cr 2 O 3 · 3SiO 2) són de color verd; i l’hematita de crom (CrFe 2 O 3) és de color negre. Un veritable color vermell, indisponible en els materials de silicats que es troben naturalment, es troba en solucions sòlides de sulfur de cadmi i selenida de cadmi (CdS-CdSe).
Els pigments en pols s'incorporen a cossos ceràmics o esmalts per tal de donar color als articles de foc. És important considerar l'estabilitat tèrmica i la inertesa química durant el tret.
