24.04.2013, SCHOTT AG, Mainz (Deutschland)

Keramische Inspirationen für Optik und Beleuchtung

SCHOTT Entwickler fertigen Keramiken für fortschrittliche Linsensysteme und LED-Technik
SCHOTT Entwickler fertigten transparente und transluzente Keramiken, die den Weg ebnen zu fortschrittlichen fotografischen und anderen Abbildungssystemen sowie zu hocheffizienten LED-Systemen. Foto: SCHOTT
SCHOTT Entwickler fertigten transparente und transluzente Keramiken, die den Weg ebnen zu fortschrittlichen fotografischen und anderen Abbildungssystemen sowie zu hocheffizienten LED-Systemen. Foto: SCHOTT
Mainz (Deutschland), 24. April 2013 – Transparente und transluzente Keramiken stehen an der Schwelle zum industriellen Einsatz als neue optische Materialien mit viel Potenzial. Im Rahmen des öffentlichen Forschungsprojekts OptokeraMat legte die SCHOTT Forschung und Entwicklung maßgebliche Grundlagen zu ihrer reproduzierbaren Fertigung.

Auf den ersten Blick erinnern sie an gläserne Linsen oder Farbfilter. In den transparenten oder milchig-gelben Plättchen aus Keramik schlummern jedoch aus Sicht ihrer Hersteller große neue Potenziale: „Damit könnten wir lang gehegte Wünsche der optischen Industrie nach einem neuen transparenten Material für fotografische und andere Abbildungssysteme erfüllen. Und wir ebnen den Weg zu hocheffizienten LED-Systemen“, beschreibt Dr. Yvonne Menke, Managerin Materialentwicklung in der Forschung und Entwicklung von SCHOTT.

In dem Technologiekonzern gelang im Rahmen des dreieinhalbjährigen Verbundprojekts OptokeraMat, das vom deutschen Forschungsministerium (BMBF) gefördert wurde und im März 2013 zu Ende ging, die reproduzierbare Herstellung von keramischen Sinterlingen für optische und Fluoreszenz-Anwendungen. Diese bringen nicht nur höchste thermische und mechanische Qualitäten mit. Sie liefern auch hohe optische Brechzahlen von 2 und mehr sowie außergewöhnliche Dispersionswerte. „Im Abbe-Diagramm, das die Eigenschaften optischer Materialien systematisch abbildet, werden so neue Bereiche erschlossen, die sich mit Glas bisher nicht abdecken ließen. Damit wird der Werkzeugkasten der Optik-Designer erweitert“, erläutert Dr. Volker Hagemann, SCHOTT Senior Scientist. So lassen sich kompaktere Kameraobjektive realisieren oder Farb- und Abbildungsfehler von Kameras minimieren. Auch bieten manche transparente Keramiken im Gegensatz zu Gläsern ein sehr breites Lichttransmissionsfenster vom ultravioletten bis in den infraroten Wellenlängenbereich von 6 Mikrometern. Damit wird das neue Material, das Umwelteinflüssen gut standhält, auch interessant für die Geo-Observation von Rohstoff-Lagerstätten mittels Spezialkameras.

Als transluzentes, also lichtteildurchlässiges Material zur Farbkonversion können Keramiken ihre Vorteile vor allem in der LED-Technik ausspielen. Farbkonversion ist die Grundlage aller weißen LED-Lichtquellen, die eigentlich blaue LEDs sind, die mit einem lumineszierenden Material überzogen werden. Dieses Material ist typischerweise in Silikon gebunden und damit längst nicht so hitzebeständig wie eine fluoreszierende Keramik, gefertigt bei über 1.600 Grad Celsius. Die ausgezeichnete Temperaturstabilität und Wärmeleitfähigkeit der keramischen Konverter ermöglicht in Kombination mit leistungsstarken LEDs oder Laserdioden die Entwicklung neuartiger Lichtquellen. Deren Leuchtdichte ist 2- bis 3-mal stärker als die eines typischen Xenon-Brenners. Anwendungsfelder sind zum Beispiel Beamer bzw. digitale Projektoren der nächsten Generation oder Scheinwerfer.

Die vielfältigen Eigenschaften der Keramiken lassen sich im mehrstufigen Fertigungsprozess von SCHOTT gezielt zuschneiden bzw. optimieren (siehe Infobox). Auf dieser Basis gelang die industrienahe Herstellung von transparenten und transluzenten Keramiken mit Durchmessern von 30 bis 50 Millimetern. Erste Bemusterungen von Partnern und potenziellen Kunden laufen bereits.

Infobox: Vom Nanopulver zur Keramik
Die Herstellung transparenter oder transluzenter Keramiken im SCHOTT Labor folgt einer ausgeklügelten Prozesskette. Je nach Anwendung werden dazu hochreaktive oxidische Nanopulver unterschiedlicher Zusammensetzung gemischt, dotiert, in flüssigen Medien homogenisiert und wieder getrocknet. Nach dem Pressen zu Formen - wie etwa optische Linsen - erfolgt die Sinterung zu Keramiken in speziellen Hochtemperaturöfen bei bis zu 2.000 Grad Celsius im Vakuum oder bis zu 1.800 Grad Celsius an der Luft. Schließlich werden die Sinterlinge zugeschnitten und poliert zur Weiterverarbeitung.

SCHOTT ist ein internationaler Technologiekonzern mit mehr als 125 Jahren Erfahrung auf den Gebieten Spezialglas, Spezialwerkstoffe und Spitzentechnologien. Mit vielen seiner Produkte ist SCHOTT weltweit führend. Hauptmärkte sind die Branchen Hausgeräteindustrie, Pharmazie, Elektronik, Optik, Solarenergie, Transportation und Architektur. Das Unternehmen hat den klaren Anspruch, mit hochwertigen Produkten und intelligenten Lösungen zum Erfolg seiner Kunden beizutragen und SCHOTT zu einem wichtigen Bestandteil im Leben jedes Menschen zu machen. SCHOTT bekennt sich zum nachhaltigen Wirtschaften und setzt sich bewusst für Mitarbeiter, Gesellschaft und Umwelt ein. In 35 Ländern ist der SCHOTT Konzern mit Produktions- und Vertriebsstätten kundennah vertreten. 16.000 Mitarbeiter erwirtschafteten im Geschäftsjahr 2011/2012 einen Weltumsatz von 2 Milliarden Euro. Die SCHOTT AG mit Hauptsitz in Mainz ist ein Unternehmen der Carl-Zeiss-Stiftung.  

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Bildnr. 200891: SCHOTT Entwickler fertigten transparente und transluzente Keramiken, die den Weg ebnen zu fortschrittlichen fotografischen und anderen Abbildungssystemen sowie zu hocheffizienten LED-Systemen. Foto: SCHOTT

Bildnr. 200894: Im Rahmen des öffentlichen Forschungsprojekts OptokeraMat legte die SCHOTT Forschung und Entwicklung maßgebliche Grundlagen zur reproduzierbaren Fertigung von neuartigen Keramiken. Foto: SCHOTT

Bildnr. 200892: Im SCHOTT Labor werden die vorgeformten Keramik-Presslinge in speziellen Hochtemperaturöfen bei bis zu 2.000 Grad Celsius im Vakuum oder bis zu 1.800 Grad Celsius an der Luft gesintert. Foto: SCHOTT

Bildnr. 200893: Die keramischen Konverter-Materialien werden im SCHOTT Laserlabor optisch charakterisiert. Foto: SCHOTT

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