السيراميك البصري ، المواد الصناعية المتقدمة التي تم تطويرها للاستخدام في التطبيقات البصرية.
تستمد المواد البصرية فائدتها من استجابتها للأشعة تحت الحمراء والضوئية والأشعة فوق البنفسجية. أكثر المواد البصرية وضوحًا هي النظارات ، الموصوفة في مقالة الزجاج الصناعي ، ولكن تم تطوير السيراميك أيضًا لعدد من التطبيقات البصرية. تستعرض هذه المقالة العديد من هذه التطبيقات ، سواء السلبية (على سبيل المثال ، النوافذ ، والرادارات ، وأظرف المصابيح ، والأصباغ) والنشطة (على سبيل المثال ، الفوسفور والليزر والمكونات الكهربائية الضوئية).
الأجهزة السلبية
النوافذ الضوئية والأشعة تحت الحمراء
في حالتها النقية ، فإن معظم السيراميك عبارة عن عوازل عريضة النطاق. هذا يعني أن هناك فجوة كبيرة في الحالات المحظورة بين طاقة أعلى مستويات الإلكترون المملوءة وطاقة المستوى الأعلى التالي غير المشغول. إذا كانت فجوة النطاق هذه أكبر من طاقات الضوء الضوئية ، فستكون هذه الخزف شفافة بصريًا (على الرغم من أن المساحيق والأقراص المسامية من هذا الخزف ستكون بيضاء ومعتمة بسبب تشتت الضوء). تطبيقان للسيراميك الشفاف بصريًا هما النوافذ لقارئات الرمز الشريطي في محلات السوبر ماركت ورادوم الأشعة تحت الحمراء ونوافذ الليزر.
تم استخدام الياقوت (شكل بلوري واحد من أكسيد الألومنيوم ، Al 2 O 3) لنوافذ الدفع في السوبر ماركت. يجمع بين الشفافية البصرية ومقاومة عالية للخدش. وبالمثل ، تم استخدام سيراميك متعدد البلورات أحادي البلورة أو شفاف بالأشعة تحت الحمراء مثل كلوريد الصوديوم (NaCl) ، وكلوريد البوتاسيوم المشبع بالروبيديوم (KCl) ، وفلوريد الكالسيوم (CaF) ، وفلوريد السترونتيوم (SrF 2) لرادومات الأشعة تحت الحمراء المقاومة للتآكل ، ونوافذ للكشف عن الأشعة تحت الحمراء ، ونوافذ ليزر الأشعة تحت الحمراء. تميل مواد هاليد الكريستالية هذه إلى إرسال أطوال موجية أقل من الأكاسيد ، وتمتد إلى منطقة الأشعة تحت الحمراء ؛ ومع ذلك ، فإن حدود الحبوب وإشعاع المسامية تنتشر. لذلك ، من الأفضل استخدامها كبلورات مفردة. على هذا النحو ، فإن الهاليدات ليست قوية بما يكفي للنوافذ الكبيرة: يمكن أن تتشوه بلاستيكيًا تحت وزنها. من أجل تقويتها ، عادة ما تكون البلورات الفردية مزورة على الساخن لتحفيز حدود الحبوب النظيفة وأحجام الحبوب الكبيرة ، والتي لا تقلل انتقال الأشعة تحت الحمراء بشكل كبير ولكنها تسمح للجسم بمقاومة التشوه. بدلاً من ذلك ، يمكن أن تكون المادة ذات الحبيبات الكبيرة مصبوبة بالاندماج.
أظرف المصباح
تعتبر مصابيح التفريغ الكهربائي ، التي يتم فيها تنشيط الغازات المغلقة بجهد مطبق ومن ثم يتم تصنيعها للتوهج ، مصادر ضوء فعالة للغاية ، لكن الحرارة والتآكل المتضمنان في تشغيلها يدفعان السيراميك البصري إلى حدودهما الحرارية الكيميائية. حدث انفراج كبير في عام 1961 ، عندما أظهر روبرت كوبل من شركة جنرال إلكتريك في الولايات المتحدة أن الألومينا (متعدد الكريستالات الاصطناعية ، Al 2 O 3) يمكن أن تتكلس إلى الكثافة البصرية والشفافية باستخدام المغنيسيا (أكسيد المغنيسيوم ، MgO) باعتباره مساعدة تلبد. سمحت هذه التقنية بإفراغ الصوديوم الساخن للغاية في مصباح بخار الصوديوم عالي الضغط ليتم احتواؤه في مادة حرارية تنقل الضوء أيضًا. تصل البلازما داخل غلاف مصباح الألومينا الداخلي إلى درجات حرارة 1200 درجة مئوية (2200 درجة فهرنهايت). يغطي انبعاث الطاقة الطيف المرئي بأكمله تقريبًا ، مما يخلق ضوءًا أبيض ساطعًا يعكس جميع الألوان - بخلاف مصباح بخار الصوديوم منخفض الضغط ، الذي يتوهج العنبر في شائع المدن الكبرى.
أصباغ
صناعة الخزف أو الصبغ صناعة تقليدية قديمة العهد. تصنع أصباغ السيراميك أو البقع من مركبات أكسيد أو سيلينيد بالاشتراك مع عناصر انتقالية محددة من المعادن أو العناصر الأرضية النادرة. إن امتصاص بعض الأطوال الموجية للضوء من قبل هذه الأنواع يضفي ألوانًا محددة على المركب. على سبيل المثال ، ألومينات الكوبالت (CoAl 2 O 4) وسيليكات الكوبالت (Co 2 SiO 4) زرقاء. أكسيد الفاناديوم القصدير (المعروف باسم V-doped SnO 2) وأكسيد الزركونيوم-الفاناديوم (V-doped ZrO 2) أصفر ؛ الكروميت الكوبالت (CoCr 2 O 3) والعقيق الكروم (2CaO · Cr 2 O 3 · 3SiO 2) باللون الأخضر ؛ والكروم الهيماتيت (CrFe 2 O 3) أسود. تم العثور على لون أحمر حقيقي ، غير متوفر في مواد السيليكات التي تحدث بشكل طبيعي ، في المحاليل الصلبة من كبريتيد الكادميوم وسيلينيد الكادميوم (CdS-CdSe).
يتم دمج الصبغات المسحوقة في أجسام السيراميك أو التزجيج من أجل إضفاء اللون على الأدوات المشتعلة. الاستقرار الحراري والخمول الكيميائي أثناء الحرق اعتبارات مهمة.
