Keramik Schott entwickelt Keramiken für Linsensysteme und LED-Technik

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

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.

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Im Rahmen des öffentlichen Forschungsprojekts OptokeraMat legte die SCHOTT Forschung und Entwicklung maßgebliche Grundlagen zur reproduzierbaren Fertigung von neuartigen Keramiken.
Im Rahmen des öffentlichen Forschungsprojekts OptokeraMat legte die SCHOTT Forschung und Entwicklung maßgebliche Grundlagen zur reproduzierbaren Fertigung von neuartigen Keramiken.
(Bild: Schott)

Schott 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. 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). Auf dieser Basis gelang die industrienahe Herstellung von transparenten und transluzenten Keramiken mit Durchmessern von 30 bis 50 Millimetern.

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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. (qui)

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