Ceramaseal® Schaugläser
Schaugläser oder auch Sichtfenster sind optische Bauteile, die visuelle, optische oder Breitband-Signalübertragungen in eine Vakuumumgebung hinein beziehungsweise aus ihr heraus erlauben.
CeramTec stellt zwei Arten von Ceramaseal® Schaugläsern bereit: flache Schaugläser, deren Fensterstärke die Stärke der Fassung bzw. des Montageflansches nicht überschreitet sowie tubulierte Schaugläser. Die flachen Schaugläser haben den Vorteil, dass keine Komponente über den Montageflansch hinausragt, so dass unbeabsichtigte Beschädigungen wirkungsvoll vermieden werden können; zusätzlich weist dieser Schauglastyp den besten Einsichtswinkel auf.
CeramTec bietet Ceramaseal® Schaugläser in Standardausführung als Saphir und Quarzglas an, für Ceramaseal® Schaugläser mit Funktionserweiterung werden andere Materialien für die Optikkomponente verwendet.
Ceramaseal® Schaugläser von CeramTec sind präzisionsgefertigt; die transparenten Optikkomponenten sind in verschiedenen Materialien verfügbar: Saphir, Quarzglas, BK7, Zinkselenid, Cleartran®, Magnesiumfluorid sowie Kalziumfluorid. Auf Anfrage können auch andere Schauglasmaterialien angeboten werden.
Die Ceramaseal® Funktionserweiterung dieser Schauglässer beinhaltet eine optische Komponente, die gleichzeitig für die Transmission der Strahlung im ultravioletten oder infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums geeignet ist. Standardschaugläser verwenden üblicherweise Quarzglas oder Saphir und können Übertragungen im Bereich von 0,25 – 4,0 µm (Micron) übertragen. Ceramaseal® Schauglasmaterialien mit Funktionserweiterung weisen einen kombinierten Übertragungsbereich von 0,12 – 20,0 µm auf.
Leider bietet keines der Schauglasmaterialien gute Durchlässigkeit über das gesamte Spektrum. Alkali Halide wie Kalziumfluorid (CaF2) oder Magnesiumfluorid (MgF2) erlauben aber die exzellente Durchlässigkeit im tief ultravioletten Bereich. Polykristalline CVD-beschichtete, Infrarot übertragende Materialien wie Zinksulfid (ZnS) und Zinkselenid (ZnSe) übertragen Strahlung im Bereich von 14 bzw. 20 µm.
Bei der Auswahl der optischen Materialien für die Konstruktion von vakuumdichten Komponenten auch für Ultra-Vakuumumgebungen spielen zahlreiche Faktoren eine wichtige Rolle. Die meisten optischen Materialien sind zu empfindlich, um sie im Rahmen von Hochtemperaturprozessen mit der Fassung zu verbinden, wohingegen Quarz und Saphir sich unkompliziert metallisieren und damit im Hartlötverfahren mit Fassungen/Flanschen gut verbinden lassen. Darüber hinaus sind viele Optikmaterialien in hohem Maße hygroskopisch (wie Natriumchlorid) und schmelzen bereits bei niedrigen Temperaturen (z.B. Glas). Die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Ceramaseal® Schauglasmaterialien mit erweiterten Funktionen wurden mit Hinsicht auf optische Übertragung, Eignung für vakuumdichte Anwendungen, Materialfestigkeit und Anwendungshäufigkeit in industriellen Optikanwendungen ausgewählt.
Zinkselenid (ZnSe)
Gewährleistet die beste Transmission im Bereich von 10,6 µm (CO2-Laser Fundamentallinie) sowie im sichtbaren Bereich. Das Material absorbiert Licht im blau-grünen Bereich, wodurch es gelblich erscheint. Der Brechungsindex ist hoch, so dass für eine optimale optische Leistung eine Entspiegelung auf beiden Seiten erforderlich ist. Dieses polykristalline CVD-Material ist bereits relativ fest, wenngleich nicht so fest wie andere verfügbare kristalline Optikmaterialien. Das Material ist hygroskopisch. Zinkselenid sublimiert bei 300°C und reagiert sehr heftig mit hochkonzentrierten Mineralsäuren.
Cleartran® Zinksulfid (ZnS)
In vielen Aspekten mit Zinkselenid vergleichbar, weist lediglich bei 10,6 µm erhöhtes Absorptionsverhalten auf. Der Vorteil dieses Materials ist die bessere Übertragung im sichtbaren Bereich sowie kein bzw. nur sehr geringes Absorptionsverhalten im blau-grünen Bereich, so dass das Material transparent-klar (und nicht gelblich) erscheint. Dieses Material ist wesentlich härter als Zinkselenid und damit auch kratzbeständiger.
Anti-Reflexions-Beschichtungen
Entspiegelungen bei sowohl Zinkselenid (ZnSe) als auch Cleartran® Zinksulfid (ZnS) sind Standard und werden für die meisten Anwendungen dringend empfohlen. Die Ausnahme von dieser Regel bilden hier Pyrometrie und Spektrometrie, wo Beschichtungsartefakte einen spektralen „Fingerabdruck“ in Bereichen außerhalb des nutzbaren Übertragungsbereichs der Beschichtung hinterlassen können. Die Standard-Entspiegelungsschicht wird speziell auf die Optimierung der Übertragung bei 10,6 µm angepasst, wodurch immer noch mindestens 50% im sichtbaren Bereich übertragen werden – das Material bleibt trotz Entspiegelung teiltransparent im sichtbaren Bereich.
Kalziumfluorid (CaF2)
Erlaubt die beste Transmission bei Fluoridkristallen im UV-Bereich. Das Material ist relativ unlöslich (nicht hygroskopisch bis sehr gering hygroskopisch) und mechanisch gesehen nur unwesentlich widerstandsschwächer als Zinkselenid und unwesentlich härter. Es ist ein Einzelkristall mit Kubussymmetrie, so dass es keine Doppelbrechung aufweist. Kalziumfluorid ist im sichtbaren Bereich transparent (es ähnelt von der Farbe her Quarz oder Glas) und geht im UV-Bereich hinunter bis auf 120 nm, womit es für alle Excimer-Laser-Anwendungen bestens geeignet ist. Der geringe Brechungsindex bedeutet, dass die Schaugläser aus diesem Material nur selten eine Entspiegelung benötigen.
Magnesiumfluorid (MgF2)
Erlaubt im Vergleich zu Kalziumfluorid die nächst beste Transmission bei den Fluoriden, entspricht es doch in fast allen Eigenschaften Kalziumfluorid – mit einer Ausnahme: Magnesiumfluorid zeichnet sich durch größere Festigkeit und Härte aus und ist von Natur aus stark doppelbrechend.
Standardmaterialien
Ceramaseal® Standardschaugläser sind ebenfalls präzisionsgefertigt und sind in zwei Ausführungen erhältlich: Saphir und Quarzglas. Andere Schauglasmaterialien sind auf Anfrage jedoch ebenfalls verfügbar. Für kryogene Anwendungen wird auch ein Schauglas aus UV-Grad-Quarzglas mit 3,48 cm (1,37") Durchmesser angeboten. Saphir-Schaugläser werden unter Zuhilfenahme herkömmlicher Metallisierungs- und Hartlötverfahren hergestellt, während Schaugläser aus Quarzglas einen Aktiv-Metall-Vakuum-Verbindungsprozess erforderlich machen. Die bei letztgenannter Verbindungsart zum Einsatz gelangenden Bindematerialien führen zu bestimmten Temperatureinschränkungen in der Verwendung, die zu berücksichtigen sind.
Saphir
- Temperaturbereich -69°C bis 450°C
- Standard-Durchlässigkeitsbereich 0,25 bis 4 µm
- Innendruck 1x10-10 Torr bis 27 bar (400 psig)
- Schauglas-Durchmesser zwischen 1,40 und 4,93 cm (0,55 – 1,94")
Ceramaseal® Schaugläser mit erweiterter Funktion
- Optikmaterialien: Zinkselenid (ZnSe), Cleartran® Zinksulfid (ZnS), Kalziumfluorid (CaF2), Magnesiumfluorid (MgF2)
- Temperaturbereich -8°C bis 204°C
- Standard-Durchlässigkeitsbereich zwischen 0,12 bis 20 µm
- Schauglas-Durchmesser 2,79 cm
- Entspiegelungsbeschichtung (optional)
Quarzglas
- Temperaturbereich -65°C bis 200°C
- Standard-Durchlässigkeitsbereich 0,25 bis 2 µm
- Innendruck 1x10-10 Torr bis 8 bar (115 psig)
- Schauglas-Durchmesser zwischen 2,87 und 9,67 cm (1,13" – 3,81")
Sonderanfertigungen und kundenspezifische Lösungen
- UV-geeignete Schaugläser
- Doppelschaugläser
- Fensterdurchmesser über 17,78 cm
- Innendruck bis 5.520 bar (80.000 psig)
- RF-Anwendungen und spezielle Konfigurationen
- Unterschiedliche Optikmaterialien wie BK7, Bariumfluorid, Kristallquarz, Quarzglas, Germanium, Saphir, Silizium, Zinksulfid auf Anfrage
- Spezialbeschichtungen verfügbar
- Für höhere Temperaturen geeignete Schaugläser ebenfalls erhältlich
