Transparente Keramik hat sich als eine Einheit herauskristallisiert, die eine Vielzahl von Anwendungen in verschiedenen Branchen verspricht. Der Artikel zielt darauf ab, einzigartige Eigenschaften und die neuesten Fortschritte im Bereich der transparente Keramik. Wir werden auch darüber sprechen, wie man undurchsichtig in transparente Keramik und Methoden, um dies zu erreichen.
Transparente Keramik: Eine Detaillierung
Transparente Keramik stellt eine Gruppe von Hochleistungskeramiken dar, die Licht großzügig durch ihren Körper hindurchlassen. Ihnen fehlen die Verunreinigungen in ihrem Gitter, die eine Lichtstreuung verursachen. Transparente Keramiken werden mit modernsten Techniken hergestellt.
Zusammensetzung aus transparenter Keramik
Der Hauptgrund für die Transparenz von Keramik, wie bereits erwähnt, liegt in der Anordnung der Atome im Kristallgitter. Die gemeinsame transparente Keramik bestehen aus Oxiden, Carbiden und Nitriden. Die beliebtesten und am weitesten verbreiteten sind Aluminiumoxid transparent Keramik und der Spinell aus Magnesiumaluminat. Eine weitere interessante Keramik dieser Art ist der Yttrium-basierte Granat aus Aluminiumoxid.
Wie bereits erwähnt, ist es nicht einfach, transparente Keramik, der Grund, warum der Herstellungsprozess als fortschrittlich bezeichnet wird. Hohe Temperaturen und Druck Sintern von Keramik führen zur Bildung von transparente KeramikDurch den Prozess entsteht ein dichtes und intensives Kristallgitter.
Oft wird Spark Plasma Sintering, abgekürzt SPS, angewendet, um transparente KeramikBei diesem Verfahren wird gepulster Strom auf das Keramikpulver angewendet. Diese Methode beschleunigt das Sintern und verzögert gleichzeitig das Kornwachstum im Gitter. Das Verfahren garantiert Keramik mit erhöhter Transparenz sowie guter mechanischer Festigkeit und thermischer Stabilität.
Eigenschaften von transparenter Keramik
Transparente Keramik verfügt über eine Vielzahl von gewünschten Eigenschaften, die sie für verschiedene Anwendungen attraktiv machen. Die bemerkenswerten Eigenschaften sind nicht nur Transparenz; sie haben eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Beständigkeit gegen Chemikalien. Die Härte der transparente Keramik macht sie nützlich für Fensterscheiben und Panzerungsanwendungen. Die bevorzugte Natur des Infrarot- und sichtbaren Lichtspektrums hilft ihnen, als Lasermaterialien zu funktionieren, optische Keramik und Szintillatoren.
Aufgrund ihrer thermischen Stabilität und Korrosionsbeständigkeit werden sie häufig als Ofenauskleidungen und Schneidmaterialien verwendet. Sie kommen auch in biomedizinischen Anwendungen, bei Implantaten und beim Gewebeersatz zum Einsatz.
Anwendung von transparenter Keramik
- Die Dotierung von Nd3+ in transparente Keramik bietet interessante spektroskopische und Lichtemissionsvorteile. Die daraus hergestellten Laser gewährleisten eine kontinuierliche Emission über einen weiten Bereich und eine Übertragung in kurzer Zeit.
- Transparente Keramik ist ein integraler Bestandteil von Schutzausrüstungen wie Panzerungen, kugelsicheren Fenstern und Fahrzeugabschirmungen. Sie bieten eine gute Härte und höhere Stabilität, ohne die Sicht zu beeinträchtigen.
- Verwendung von PCB transparente Keramik als Substrate aufgrund ihrer elektrischen Isolier- und Wärmeleitfähigkeitseigenschaften.
- Sie werden auch bei der Herstellung von Produkten verwendet, die die Diagnosefähigkeit verbessern, wie beispielsweise Qualitätslinsen
Einige der besten Beispiele für transparente Keramik
Yttrium-Nano-Verbundkeramik, klar
Yttriumoxid ist bekannt für seine Durchlässigkeit für Infrarot-, UV- und sichtbares Lichtspektrum. Obwohl die mechanischen Eigenschaften moderat sind, weisen sie einen geringeren Strahlungskoeffizienten auf. Diese Verbundwerkstoffe zeichnen sich durch überlegene Temperatur- und Stoßfestigkeit aus.
Transparente Aluminiumoxidkeramik
Alon ist im UV-, mittleren Infrarot- und sichtbaren Spektralbereich wirksam. Die Härte liegt im Bereich von 19,5 GPa und die Biegefestigkeit zwischen 350 und 700 MPa. Alon ist hinsichtlich der Härte mit Saphir vergleichbar und verfügt über überlegene mechanische Eigenschaften. Traditionelle Methoden können eine Möglichkeit zur Herstellung komplexer Alon-Keramiken darstellen.
Transparente Keramik auf MgO-Basis
MgO-Keramik ist für den Infrarotbereich geeignet, wodurch sie besser als Ofenfenster und Infrarotdetektoren funktioniert. Sie haben eine hohe Wärmeleitfähigkeit, eine vergleichsweise geringere Dichte und eine gute Lichtdurchlässigkeit.
MgAl2O4-Keramik
Die optischen Eigenschaften von MgAl2O4 machen das Material hochtransparent und haben einen Schmelzpunkt von über 2000 °C. Es wird als Schutzmaske für militärische Zwecke verwendet, da es die Übertragung von Licht mit einer Breite von 0,2 bis 6 m erleichtert.
Was bedeutet opake Keramik?
Die Opazität der Keramik beruht auf den Korngrenzen, Körnern und Poren. Keramik ist ein polykristallines Material mit einem geringeren Brechungskoeffizienten. Dies liegt an den Körnern oder Grenzen, die das Licht streuen. Die Anwendung einer strengen Zusammensetzungskontrolle, die Reduzierung der Porosität und die Vermittlung von Homogenität macht die Keramik transparent.
Kubische Symmetrie begünstigt oft transparente Keramik. Nicht-kubische Materialien wie h-BN können ebenfalls Licht durchlassen und dem Material somit Transluzenz verleihen. Kubisches Siliziumkarbid wird ebenfalls unter hohen Temperaturen und Drücken hergestellt, ist aber im Vergleich zu Diamant kaum widerstandsfähig.
Wie verwandelt man undurchsichtige Keramik in transparente?
Es gibt verschiedene Einflussfaktoren, die bei der Herstellung von Transparente KeramikAspekte wie die Beschaffenheit des Rohmaterials, der Sinterprozess, die Mikrostruktur des Materials und die Nachbearbeitung sind wichtig.
Rohstoffnatur
Kristallstruktur oder die Besonderheit des Gitters
Die Struktur bestimmt die Eigenschaften von Keramik. Beispielsweise streut kubische polykristalline Keramik Licht fast wie normales Glas. Kristalle anderer Geometrien, wie tetragonale und trigonale, weisen eine geringere Lichtdurchlässigkeit auf, da sich die Qualität an den Korngrenzen verschlechtert.
Reinheit des Rohmaterials
Im Allgemeinen ist transparente Keramik rein. Die Lichtstreuung wird durch Schwachstellen beeinflusst. Daher ist die Homogenität und gute Dispersion der Partikel der Schlüssel zur Herstellung transparente Keramik.
Dispersionseigenschaft
Ebenso wichtig ist die Dispersion; die Partikel sollten während des Sintervorgangs Agglomerate bilden, die den Lichtdurchgang verringern.
Der Prozess des Sinterns
Sintermedium
Zur Herstellung transparenter Keramik wird häufig Vakuum verwendet. Andere Medien wie Luft werden in der Keramik eingeschlossen, was die Transparenz beeinträchtigt. Im Allgemeinen transparente Keramik aus Aluminiumoxid, Yttriumoxid, Zirkonoxid usw. wird unter Vakuumbedingungen gebildet.
Brenntemperatur und Zusatz
Optische Keramik wird häufig bei einer Temperatur hergestellt, die auf der Beschaffenheit des Rohmaterials basiert. Die Brenntemperatur sollte auf die Haltbarkeit und die erwarteten Eigenschaften abgestimmt sein. Additive sorgen für eine Senkung der Sintertemperatur. Sie können die Bildung von Korngrenzen verzögern, Hohlräume beseitigen und zur Verdichtung des Materials beitragen.
Methoden nach der Herstellung
Oberflächeneigenschaften
Die Oberflächenbeschaffenheit ist wichtig, um Reflexion oder Transmission zu erzielen. Mit zunehmender Oberflächenrauheit nimmt die Transparenz häufig ab.
Keramikglasur
Klarglasurkeramik oder transparente Glasur ist einfach ausgedrückt etwas, das keine Opazität verleiht. Glasur bezieht sich auf die Beschichtung, die auf eine Keramik aufgetragen wird, um ihr ein besonders ansprechendes Aussehen zu verleihen. Die transparente Glasur ist abhängig von seinem Rohstoff und der darin enthaltenen Verunreinigung. Je mehr Verunreinigung, desto durchscheinende Keramikglasur mit geringerer Lichtdurchlässigkeit.
Der Rohstoff für Keramikglasuren sind Metalloxide, die Flussmittel dienen der Verflüssigung der Keramik. Glasurkombinationen kann je nach gewünschter Eigenschaft unterschiedlich sein. Farbige Glasuren wie rosa Glasur erhalten heutzutage auch viele Komplimente. Diese Glasur bietet funktionale Oberflächen, die sich vom Außenkörper abheben und das Gesamtbild des Produkts aufwerten.
Bild: Al2O3 con 6 Glasuren links mit geringerem Durchflusskoeffizienten aufgrund des hohen Al2O3- und SiO2-Gehalts
Abschluss
Es wird ein kurzer Überblick über transparente Keramik gegeben. Transparente Keramik ist eine hochentwickelte Keramik, die aufgrund ihrer herausragenden Eigenschaften in der heutigen Zeit von größter Bedeutung ist. Sie trägt zum Fortschritt in Technik und Wissenschaft bei. Die Beschaffenheit der Keramik variiert je nach verwendetem Rohmaterial, Sinterverfahren und gebildetem Gitter.