Keramische Materialien in ANDRE BLEISE

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Marta Kramer
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1 Keramische Materialien in Lichtquellen ANDRE BLEISE

2 Inhalt Was sind Keramiken? Einsatzbereiche in Lichtquellen Keramiken als Bauteile Beispiele & Herstellung Keramiken als Emitter Beispiele & Funktionsweise

3 Was sind Keramiken? Keramiken sind nichtmetallische t h anorganische Werkstoffe mit optimiertem Gefüge. Sie werden bei Raumtemperatur, häufig unter Wasserzugabe, vorgeformt,,getrocknet und dann durch einen Brennprozess in ihre endgültige Form gebracht. Beispiele: Al 2 O 3, ZO ZrO 2, SiC, Si 3 N 4

4 Eisatzbereiche in Lichtquellen Keramiken können in zwei ganz unterschiedlichen h Bereichen für Lichtquellen eingesetzt werden: 1. Als Bauteile 2. Als Emitter

Keramiken als Bauteile Durch den Herstellungsprozess und die Wahl

elektronische Eigenschaften speziell an die gewünschte Anwendung

Beispiel: Natriumdampflampe Gläser können hier nicht eigesetzt

5 Keramiken als Bauteile Durch den Herstellungsprozess und die Wahl der Komponenten können beispielsweise mechanische, optische und elektronische Eigenschaften speziell an die gewünschte Anwendung angepasst werden. Beispiel: Natriumdampflampe Gläser können hier nicht eigesetzt werden da Na in das Gläser können hier nicht eigesetzt werden, da Na in das Glas eingebaut wird und somit zu Materialversagen führt!

6 Keramiken als Bauteile Statt eines Glases wird hier transparent gesintertes Al 2 O 3 verwendet. Herstellungsweise: Ausgangsmaterial ist hochreines Aluminiumoxid (Hergestellt beispielsweise i i aus Aluminiumisopropylat) i i l Anfertigung eines Grünkörpers mit gewünschter Geometrie durch Pressen mit hohem Druck (200 N/mm 2 ) Brennen des Grünkörpers bei 1850 C und Fixierung der Endform.

7 Keramiken als Bauteile Auf Grund der hohen h Bandlücke von 7,5 ev (165 nm) ist transparentes Aluminiumoxid für UV-Lichtquellen als Fenstermaterial geeignet. Leuchtstoffröhre ohne Leuchtstoff!

8 Keramiken als Bauteile ITO (Indium Zinn Oxid) wird als transparente t leitende Schicht in bei der Herstellung von LED und OLED Verwendet.

9 Keramiken als Bauteile Beispiele i aus der Vorlesung: Außenkolben für Hg-Hochdrucklampen, als mechanischer Schutz gegen Explosion Als Füllstoff in Durchführungen, wegen des einstellbaren Wärmeausdehnungskoeffizienten

10 Keramiken als Emitter Viele der eingesetzten t Leuchtstoffe t sind keramische Materialien! Beispiele: BaMgAl 10 O 17, CaO, Al 2 O 3, Lu 3 Al 5 O 12 Um der Definition von Keramik gerecht zu werden, fehlt allerdings hier die Formgebung.

11 Keramiken als Emitter Der Einsatz in Lichtquellen erfordert von der Keramiken als Konversionsleuchtstoff Transparenz (porenloses Gefüge) oder Transluzenz (porenhaltiges Gefüge).

12 Keramiken als Emitter Durch transparente Keramikplättchen kann die Farbe einer LED gesteuert werden z.b. durch Variation der Schichtdicke oder einfachen Austausch der Plättchen Möglich für eine Vielzahl!!! von bekannten Leuchtstoffen

13 Keramiken als Emitter LECD (Light Emitting Ceramic Device): Keramische Coatings werden verwendet, um die Effizienz (Kontrolle der Elektronenentladung zum Phosphor) und Lebensdauer von herkömmlichen Leuchtstoffen zu verbessern.

14 Keramiken als Emitter Transparent gesinterte polykristalline Keramiken stellen eine kostengünstige Alternative zu Einkristallen in der Laseranwendung dar. Die Keramik zeigt gleiche optische Eigenschaften aber erhöhte Mechanische Beständigkeit (5 x höhere Bruchzähigkeit und 1,5 x höhere Härte)

15 Keramiken als Emitter Gleiches gilt für Szintillatormaterialen. tillt t il Keramiken können im Bereich der γ- und Röntgenphotonendetektion teure Einkristalle ersetzen. Beispiel: Lu 2 SiO 5 :Ce (LSO)

16 Literatur cmu edu/~adg/images/minerals/pyganets/yag_cs_cr.jpg cr ttp:// t3ccgdbyw1yrub2- hoxs2qofu54=&h=222&w=500&sz=58&hl=de&start=12&tbnid=s3t6q1skacb6_m:&tbnh=58&tbnw & & & & & b h b =130&prev=/images%3Fq%3Dtransparent%2Byag%26gbv%3D2%26hl%3Dde%26sa%3DG Patent: WO A1 Patent: EP A2 Präsentation: R. Begley, Light Emitting Ceramic Devices M. R. Pascucci, Transparent Polycrystalline Ceramics

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