SCHOTT solutions n° 1/2013 > Investigación y tecnología

Foto : SCHOTT/C. Costard

Inspiraciones cerámicas para óptica e iluminación


Las cerámicas transparentes y translúcidas se encuentran a un paso de su aplicación industrial como nuevos materiales ópticos con un gran potencial. Los desarrolladores de SCHOTT han puesto cimientos importantes para poder fabricarlas de forma reproducible.


Thilo Horvatitsch

A primera vista nos recuerdan a lentes de vidrio o a filtros de color. Sin embargo, estas plaquitas cerámicas transparentes o amarillas lechosas albergan un potencial inmenso. “Gracias a las mismas hemos conseguido cumplir deseos largamente acariciados por la industria óptica acerca de un nuevo material transparente para cámaras fotográficas y otros dispositivos de reproducción de imágenes. Y estamos allanando el camino para sistemas LED altamente eficientes,” comenta la Dra. Yvonne Menke al describir dos de sus principales campos de aplicación.

La Responsable de Desarrollo de Materiales en el Dpto. de Investigación y Desarrollo de SCHOTT AG conoció la fabricación y las propiedades de este prometedor material en el laboratorio del Dr. Akio Ikesue. Este científico japonés, ganador del Premio Otto Schott a la Investigación, alcanzó en los años 90 un hito en el desarrollo de cerámicas transparentes para la generación de luz láser. Las cerámicas transparentes pasivas no sólo poseen propiedades térmicas y mecánicas superiores, sino que presentan también índices de refracción elevados, de 2 y superiores, así como unos valores de dispersión excepcionales. Esto ha permitido incorporar en el diagrama Abbe nuevas zonas que el vidrio no había sido capaz de cubrir hasta ahora. Este desarrollo ha ampliado así la caja de herramientas de los diseñadores ópticos. Gracias a ello, pueden realizarse objetivos de cámara más compactos y minimizarse las aberraciones cromáticas y ópticas.
Las cerámicas transparentes depositadas sobre el alimentador del horno de alta temperatura ya están sinterizadas y completamente acabadas. Foto : SCHOTT/C. Costard
Las ventajas de este novedoso material son especialmente importantes dentro del espectro infrarrojo, porque la mencionada caja de herramientas no está allí tan bien provista como en el caso de los vidrios para el espectro visible. Algunas cerámicas transparentes ofrecen un intervalo de valores de transmisión luminosa muy amplio, que cubre desde el rango de longitudes de onda del ultravioleta (UV) hasta el rango del infrarrojo (IR), de 6 micrómetros. A la vista de esto, el nuevo material, extraordinariamente insensible a los factores ambientales, resulta también interesante en aplicaciones metrológicas o para las geo-observaciones de depósitos de materias primas mediante la utilización de cámaras especiales.

Estas cerámicas despliegan también sus ventajas como materiales translúcidos, es decir, semitransparentes, para la conversión cromática. La conversión cromática es el fundamento de todas las fuentes de luz LED blancas, que en realidad son LEDs azules recubiertos con un material luminiscente. Este material está habitualmente ligado a silicona y, a causa de esto, no es ni lejanamente tan resistente al calor como una cerámica fluorescente producida a más de 1600°C. “En combinación con los LEDs o diodos láser de alta intensidad, la excelente estabilidad y conductividad térmica de estos convertidores cerámicos hace posible desarrollar nuevas fuentes de luz” explica el Dr. Volker Hagemann, Científico Senior en SCHOTT. Su luminancia es de 2 a 3 veces mayor que la de una típica lámpara de xenón. Sus campos de aplicación incluyen proyectores LCD, proyectores digitales de la próxima generación y focos.
Para colocar la cerámica translúcida en la estación para su medición en el laboratorio de láseres de SCHOTT se utiliza un aparato especial. Foto : SCHOTT/C. Costard
Las versátiles propiedades y coordenadas de color de las cerámicas se pueden diseñar u optimizar a medida empleando un método de fabricación multietapa implantado en el laboratorio de SCHOTT. Con la financiación del proyecto de investigación conjunto OptoKeramat, subvencionado por el Ministerio Federal de Investigación de Alemania (BMBF), se ha logrado una fabricación fácil y reproducible de sinterizados cerámicos premoldeados para aplicaciones ópticas y de fluorescencia. “Nuestras competencias residen principalmente en el diseño de materiales y en la tecnología de polvos y sinterización,” comenta el Dr. Menke. Esto nos ha permitido fabricar cerámicas transparentes de casi 30 mm de diámetro. “Incluso somos capaces de fabricar cerámicas translúcidas de casi 50 mm de diámetro,” asegura el Dr. Volker Hagemann. Ya se están preparando las primeras muestras iniciales. <

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