Cerámica óptica, materiales industriales avanzados desarrollados para su uso en aplicaciones ópticas.
Los materiales ópticos derivan su utilidad de su respuesta a la luz infrarroja, óptica y ultravioleta. Los materiales ópticos más obvios son los vidrios, que se describen en el artículo vidrio industrial, pero la cerámica también se ha desarrollado para una serie de aplicaciones ópticas. Este artículo examina varias de estas aplicaciones, tanto pasivas (p. Ej., Ventanas, radomos, envolturas de lámparas, pigmentos) como activas (p. Ej., Fósforos, láseres, componentes electroópticos).
Dispositivos pasivos
Ventanas ópticas e infrarrojas.
En su estado puro, la mayoría de las cerámicas son aislantes de banda ancha. Esto significa que hay una gran brecha de estados prohibidos entre la energía de los niveles más altos de electrones llenos y la energía del siguiente nivel más alto desocupado. Si este intervalo de banda es mayor que las energías de luz óptica, estas cerámicas serán ópticamente transparentes (aunque los polvos y los compactos porosos de tales cerámicas serán blancos y opacos debido a la dispersión de la luz). Dos aplicaciones de cerámica ópticamente transparente son las ventanas para lectores de códigos de barras en supermercados y ventanas de radomo infrarrojo y láser.
El zafiro (una forma de cristal único de óxido de aluminio, Al 2 O 3) se ha utilizado para las ventanas de los supermercados. Combina transparencia óptica con alta resistencia al rayado. Del mismo modo, se han utilizado cerámicas policristalinas transparentes al infrarrojo o monocristalinas como cloruro de sodio (NaCl), cloruro de potasio dopado con rubidio (KCl), fluoruro de calcio (CaF) y fluoruro de estroncio (SrF 2) para los radomas infrarrojos resistentes a la erosión., ventanas para detectores infrarrojos y ventanas láser infrarrojas. Estos materiales de halogenuros policristalinos tienden a transmitir longitudes de onda más bajas que los óxidos, extendiéndose hasta la región infrarroja; sin embargo, sus límites de grano y porosidad dispersan la radiación. Por lo tanto, se usan mejor como cristales individuales. Como tal, sin embargo, los haluros son insuficientemente fuertes para ventanas grandes: pueden deformarse plásticamente bajo su propio peso. Para fortalecerlos, los cristales individuales generalmente se forjan en caliente para inducir límites de grano limpios y grandes tamaños de grano, que no disminuyen significativamente la transmisión infrarroja pero permiten que el cuerpo resista la deformación. Alternativamente, el material de grano grande puede fundirse por fusión.
Sobres de la lámpara
Las lámparas de descarga eléctrica, en las que los gases cerrados son energizados por un voltaje aplicado y, por lo tanto, brillan, son fuentes de luz extremadamente eficientes, pero el calor y la corrosión involucrados en su funcionamiento llevan a la cerámica óptica a sus límites termoquímicos. Un gran avance se produjo en 1961, cuando Robert Coble, de la General Electric Company en los Estados Unidos, demostró que la alúmina (un policristalino sintético, Al 2 O 3) podía sinterizarse a la densidad óptica y la translucidez utilizando magnesia (óxido de magnesio, MgO) como ayuda de sinterización. Esta tecnología permitió que la descarga de sodio extremadamente caliente en la lámpara de vapor de sodio a alta presión estuviera contenida en un material refractario que también transmitía su luz. El plasma dentro de la envoltura interior de la lámpara de alúmina alcanza temperaturas de 1.200 ° C (2.200 ° F). La emisión de energía cubre casi todo el espectro visible, creando una luz blanca brillante que refleja todos los colores, a diferencia de la lámpara de vapor de sodio de baja presión, cuyo resplandor ámbar es común en los horizontes de las principales ciudades.
Pigmentos
La industria de pigmentos o colores cerámicos es una industria tradicional de larga data. Los pigmentos o manchas de cerámica están hechos de compuestos de óxido o seleniuro en combinación con elementos específicos de metales de transición o tierras raras. La absorción de ciertas longitudes de onda de luz por estas especies imparte colores específicos al compuesto. Por ejemplo, el aluminato de cobalto (CoAl 2 O 4) y el silicato de cobalto (Co 2 SiO 4) son azules; el óxido de estaño y vanadio (conocido como SnO 2 dopado con V) y el óxido de circonio y vanadio (ZrO 2 dopado con V) son amarillos; el cromito de cobalto (CoCr 2 O 3) y el granate de cromo (2CaO · Cr 2 O 3 · 3SiO 2) son verdes; y la hematita de cromo (CrFe 2 O 3) es negra. Un verdadero color rojo, no disponible en materiales de silicato naturales, se encuentra en soluciones sólidas de sulfuro de cadmio y seleniuro de cadmio (CdS-CdSe).
Los pigmentos en polvo se incorporan en cuerpos cerámicos o esmaltes para impartir color a la vajilla cocida. La estabilidad térmica y la inercia química durante la cocción son consideraciones importantes.
