Podczerwień i szkło: wybór odpowiednich gatunków kwarcu do okien i grzejników IR

O relacji między podczerwienią a szkłem decyduje długość fali, a nie przejrzystość części na stole laboratoryjnym. Kilka lat temu klient przesłał nam rysunek przedstawiający krążek z topionej krzemionki o średnicy 60 mm i grubości 5 mm, który mieliśmy umieścić przed kamerą termowizyjną i obserwować komorę pieca o temperaturze 900°C. Każdy wymiar był prawidłowy. Materiał był niewłaściwy. W paśmie od 8 do 14 mikrometrów stosowanym w aparacie topiona krzemionka w ogóle nie jest oknem; to jest ściana. Kamera widziałaby emisję powierzchniową dysku oraz odbicie warsztatu znajdującego się za nim, a piec pozostałby niewidoczny za doskonale obrobionym półwyrobem.

Ta prośba o wycenę podsumowuje podczerwień i szkło lepiej niż jakikolwiek rozdział w podręczniku. Szkło nie jest kategorycznie przezroczyste ani nieprzezroczyste dla podczerwieni. Jest przezroczysty w określonym zakresie, ślepy poza tym zakresem, a krawędzie zakresu poruszają się wraz ze składem, zawartością grup hydroksylowych i grubością. Wybierz prawidłowo, a szkło kwarcowe stanie się jednym z najbardziej przydatnych materiałów w systemie podczerwieni: wytrzymuje temperaturę 1100°C w ciągłej pracy, jest odporne na szok termiczny i przepuszcza większość emitowanego przez grzejnik średniofalowy. Wybierz źle, a otrzymasz drogi dysk dekoracyjny.

Ten artykuł jest napisany dla osób, które faktycznie muszą wykonać tę rozmowę: inżynierowie procesu określający obudowę grzejnika, projektanci przyrządów wybierający okno, zespoły konserwacyjne rozwiązujące problemy z pirometrem i pracownicy działu zakupów porównujący oferty producenta szkła kwarcowego. Co tydzień budujemy kwarcowe rurki, pręty, płytki, okna, tygle i elementy grzewcze na podczerwień, dlatego poniższe przykłady pochodzą z rzeczywistych zamówień, a nie z programu nauczania fizyki.

Wersja krótka: Dopasuj szkło do paska

Jeśli pamiętasz tylko jedno, pamiętaj o tym: szkło kwarcowe to materiał na podczerwień bliską i krótkofalową. Topiona krzemionka o wysokiej czystości przepuszcza światło od około 180 nanometrów w ultrafiolecie do około 2,5 mikrometra, a gatunki o niskiej zawartości hydroksylu zwiększają użyteczną transmisję do około 3,5 mikrometra. Powyżej około 4 mikrometrów absorpcja gwałtownie rośnie. Pomiędzy około 8 a 10 mikrometrami sieć krzemowo-tlenowa absorbuje tak silnie, że 3-milimetrowe okno jest faktycznie czarne.

Ten pojedynczy fakt przydziela prawie każde otrzymane zapytanie do jednego z trzech segmentów:

• 1 do 3 mikrometrów. Domyślnym wyborem jest szkło kwarcowe. Tutaj działają lampy podczerwone, emitery włókna węglowego, lasery światłowodowe o średnicy 2 mikrometrów, czujniki gazów, pomiary wilgotności, podgrzewanie preform z tworzyw sztucznych i większość przemysłowych procesów suszenia.
• 3 do 5 mikrometrów. Jesteś na ramieniu krzywej. Topiona krzemionka o niskiej zawartości OH nadal działa, ale grubość ma ogromne znaczenie, należy określić zawartość grup hydroksylowych, a nie zakładać, a każdy dodatkowy milimetr kosztuje realny sygnał.
• 8 do 14 mikrometrów. Kwarc nie może Ci pomóc. Obrazowanie termowizyjne, większość pirometrów i radiometrii długofalowej wymaga germanu, selenku cynku, siarczku cynku, krzemu na krótszym końcu lub szkła chalkogenkowego. Okno kwarcowe w kamerze długofalowej jest filtrem, a nie oknem.

Wszystko inne w tym artykule to szczegóły wiszące na tych ramach: jak absorbuje się hydroksyl, jak grubość powoduje problem, jak powłoki zmieniają liczby i jak napisać specyfikację zakupu, której dostawca może faktycznie przestrzegać.

Dlaczego krzemionka przepuszcza bliską podczerwień, ale blokuje podczerwień termiczną

Przejrzystość nie jest właściwością materiału abstrakcyjnego; jest to luka pomiędzy dwoma mechanizmami absorpcji. Po stronie krótkich fal fotony ostatecznie przenoszą wystarczającą energię, aby unieść elektrony przez pasmo wzbronione szkła, dlatego stopiona krzemionka staje się nieprzezroczysta poniżej około 180 nanometrów. Po stronie długich fal fotony ostatecznie przenoszą odpowiednią energię, aby wzbudzić wibracje samej sieci krzem-tlen. Te absorpcje wibracyjne zachodzą w termicznej podczerwieni i są silne.

Praktyczną konsekwencją jest szyba transmisyjna z miękką krawędzią, a nie twardą. Topiona krzemionka jest doskonała przy 1 mikrometrze, dobra przy 2 mikrometrach, nadająca się do użytku przy 3 mikrometrach w odpowiednim gatunku, marginalna przy 4 mikrometrach i beznadziejna przy 9 mikrometrach. Zwykłe szkło sodowo-wapniowe osiąga swoje granice znacznie wcześniej, ponieważ zanieczyszczenia w postaci tlenku żelaza silnie absorbują bliską podczerwień i właśnie dlatego grube szkło okienne jest ciepłe w letnim słońcu: światło widzialne dostaje się do wnętrza szyby, a energia bliskiej podczerwieni jest przekształcana w ciepło wewnątrz szyby.

Krótko mówiąc, trzy pasma podczerwieni

Podczerwień bliska i krótka, około 0,7 do 2,5 mikrometra. Jest to pasmo ogrzewania opartego na lampach, komunikacji światłowodowej, spektroskopowego pomiaru wilgoci i krótkofalowych kamer inspekcyjnych na podczerwień. Dominuje tu szkło kwarcowe, które nie wymaga wielu wyjaśnień.

Średniofalowa podczerwień, około 3 do 5 mikrometrów. Jest to zakres termometrii gorących obiektów, analizy gazów spalinowych, trochę optyki wojskowej i rosnącej liczby czujników gazów. Topiona krzemionka o niskiej zawartości OH może służyć w dolnej połowie tego pasma, jeśli droga optyczna jest krótka. Powyżej 4 mikrometrów powinieneś uczciwie oceniać inne materiały.

Podczerwień długofalowa, około 8 do 14 mikrometrów. To właśnie tam sprawdzają się kamery termowizyjne, ponieważ obiekty o temperaturze pokojowej silnie tam promieniują. Szkło jest nieprzezroczyste niemal w całym paśmie, dlatego kamera termowizyjna skierowana w stronę okna widzi temperaturę powierzchni okna oraz odbicie tego, co znajduje się za kamerą.

Co hydroksyl robi wewnątrz szkła

Woda włączona do sieci krzemionki podczas topienia pozostawia grupy hydroksylowe, które mają własne absorpcje wibracyjne przy około 1,38, 2,22 i 2,73 mikrometra. Topiona krzemionka odporna na promieniowanie UV zawierająca od 800 do 1200 części hydroksylowych na milion jest doskonała poniżej 2 mikrometrów i całkiem zwyczajna przy 2,7 ​​mikrometra. Materiał klasy podczerwieni zawierający grupę hydroksylową poniżej 10 części na milion usuwa większość tej absorpcji i zapewnia dodatkowy mikrometr zakresu roboczego.

Jest to najczęstsza luka w specyfikacji, jaką widzimy. Kupujący żąda „szkła kwarcowego o grubości 3 mm i wysokiej transmisji” i otrzymuje fachowo wykonane okno odporne na promieniowanie UV, które traci prawie połowę sygnału na długości 2,7 mikrometra. Nic nie było wadliwe. Po prostu nigdy nie podano stopnia.

Tabela porównawcza rodzin szklanych w podczerwieni

Poniższa tabela zestawia zachowanie rodzin szkieł, o które jesteśmy najczęściej pytani. Zakresy są typowymi użytecznymi wartościami transmisji dla zwykłych grubości, nie są to gwarantowane wartości graniczne dla każdego stopu, ponieważ domieszki, zawartość żelaza i poziom hydroksylu przesuwają krawędzie.

Czytaj tabelę jako filtr, a nie ranking. JGS1 nie jest lepszy od JGS3; jest zoptymalizowany dla innego końca widma. Dostawca podający jedną ocenę dla każdego zadania w podczerwieni albo źle zrozumiał żądanie, albo ma nadzieję, że tego nie zauważysz.

Pod liczbami znajdują się dwie praktyczne notatki. Po pierwsze, widoczna przezroczystość nie mówi prawie nic o działaniu podczerwieni, więc wizualna kontrola dostarczonego okna niewiele dowodzi. Po drugie, szkło, które w grubych przekrojach wygląda na lekko szare lub zielone, zwykle ujawnia zawartość żelaza, które jest nieszkodliwe we wzierniku i niedopuszczalne w oknie bliskiej podczerwieni.

Transmitancja przy 3 mikrometrach: gdzie stopnie są oddzielone

Poniższy wykres porównuje orientacyjną transmitancję wewnętrzną przy 3 mikrometrach na ścieżce 10 mm dla czterech popularnych materiałów. Celowo skupia się na tej długości fali, ponieważ w przypadku długości 3 mikrometrów dominuje zawartość grup hydroksylowych, a nie grubość czy połysk.

Wyróżniają się trzy rzeczy. Różnica między dwoma gatunkami krzemionki to szerokość pasma hydroksylowego, a nie różnica w czystości lub wykonaniu, dlatego rozwiązaniem jest zmiana gatunku, a nie zmiana polerowania. Borokrzem nie jest po prostu „trochę gorszy” w tym regionie; jest to inna klasa materiału i nie należy go zastępować w przypadku niedoborów zaopatrzenia bez świeżego przeglądu optycznego. Liczba sodowo-wapniowa wyjaśnia, dlaczego zwykłe szkło jest bezużyteczne jako okno na podczerwień, nawet jeśli wygląda na całkowicie przejrzyste.

Dlatego też w przypadku naszych własnych prac w podczerwieni przechowujemy płyty i rurki o niskiej zawartości hydroksylu oddzielnie od materiałów o klasie UV i zaznaczamy numery partii topionych na liście pakowania. Z tego też powodu prosimy klientów o podanie docelowej długości fali przed wyceną, a nie po niej. Jeśli grubość aplikacji wynosi 2 mikrometry, standardowe okno odporne na promieniowanie UV będzie dobrze działać i pozwoli zaoszczędzić pieniądze. Jeśli będzie wynosić 3,2 mikrometra, to samo okno zmniejszy sygnał o połowę, a klient zrzuci winę na powłokę, polerowanie lub ustawienie, zanim ktokolwiek zacznie podejrzewać szkło.

Grubość zwiększa efekt wykładniczo, a nie liniowo, więc okno 5 mm nie jest po prostu „trochę ciemniejsze” niż okno 3 mm na krawędzi pasma. W praktyce, jeśli musisz pracować blisko wartości odcięcia, określ najcieńsze okno, jakie wytrzyma konstrukcja mechaniczna, a zaoszczędzone pieniądze wydaj na lepszy gatunek.

Promienniki podczerwieni: dlaczego koperta kwarcowa nie jest filtrem

Największym przemysłowym zastosowaniem łączenia podczerwieni i szkła jest kwarcowa rura grzewcza na podczerwień, która działa, ponieważ powłoka jest przezroczysta dla zawartego w niej promieniowania. Zgodnie z prawem przemieszczenia Wiena włókno węglowe pracujące w temperaturze około 1200 K promieniuje najsilniej w pobliżu 2,4 mikrometra. Pierwiastek niklowo-chromowy w podobnej temperaturze zachowuje się porównywalnie. Włókno wolframowe w rurce wypełnionej halogenem nagrzewa się w temperaturze bliskiej 2800 K i osiąga wartość szczytową bliższą 1 mikrometrowi. Wszystkie trzy są wygodnie umieszczone w okienku transmisyjnym kwarcowej koperty, dzięki czemu ścianka lampy pochłania bardzo mało generowanej energii.

To nie jest błahy szczegół. Gdyby powłoka pochłaniała własną moc, rura nagrzewałaby się sama, a nie obrabiany przedmiot, wydajność spadłaby, a ścianka zmiękłaby. Kwarc pozwala uniknąć wszystkich trzech trybów awarii jednocześnie i dodaje temperaturę mięknienia powyżej 1600 ° C i współczynnik rozszerzalności cieplnej około 0,55 × 10⁻⁶ na stopień Kelwina, dzięki czemu grzejnik można spryskać zimną wodą na linii produkcyjnej bez rozbicia.

Przezroczyste kwarcowe rury grzewcze na podczerwień Przezroczysta rura kwarcowa zapewnia bezpośrednią transmisję podczerwieni w celu skupionego ogrzewania, szybkiej reakcji i odporności na szok termiczny; przydatne tam, gdzie liczy się ciasny obraz włókna i wysoka wydajność. Zobacz produkt →

Koperty przezroczyste, mleczne i domieszkowane

Przezroczysty kwarc zapewnia najwyższą bezpośrednią transmisję i ciasny obraz włókna, co pasuje do skupionego ogrzewania, termoformowania i szybkiej obróbki termicznej półprzewodników. Mleczny lub nieprzezroczysty kwarc rozprasza promieniowanie, zmiękczając gorące punkty i zapewniając bardziej równomierny rozkład na szerokim obszarze docelowym, co jest zwykle preferowane w przypadku suszenia w piecach, utwardzania farb i podgrzewania żywności.

Domieszkowane rurki kwarcowe dodają trzecią opcję, przesuwając się w miejscu pochłaniania powłoki. Rura domieszkowana w celu ograniczenia emisji ultrafioletu zmniejsza wytwarzanie ozonu i chroni produkty wrażliwe na ciepło, podczas gdy znajome rurki w kolorze czerwonym lub rubinowym w widoczny sposób filtrują krótkie fale bez blokowania wyjścia podczerwieni. Dla producentów lamp często stanowi to różnicę między spełnieniem a niezaliczeniem specyfikacji emisji.

Dopasowany emiter do załadowania

Dopasowanie długości fali ma większe znaczenie, niż większość kupujących się spodziewa. Powłoki na bazie wody, papier i tekstylia silnie absorbują około 3 mikrometry, dzięki czemu średniofalowe emitery węgla skutecznie przenoszą ciepło. Cienkie folie polimerowe i preformy PET dobrze absorbują w obszarze od 1 do 2 mikrometrów, co faworyzuje krótkofalowe lampy halogenowe. Przezroczyste tworzywa sztuczne, które wydają się przezroczyste dla oka, mogą nadal silnie absorbować bliską podczerwień i właśnie dlatego spawanie w podczerwieni i dopasowanie termokurczliwe w ogóle się sprawdzają.

Zwykle przed rekomendacją koperty zadajemy trzy pytania: jaki jest materiał docelowy, jaką temperaturę musi osiągnąć i jak jednolity musi być wynik. Te trzy odpowiedzi zawężają wybór emitera, średnicy rury, grubości ścianki i wykończenia powierzchni znacznie szybciej niż w przypadku arkusza danych.

Okna na podczerwień i wzierniki do procesów gorących

Okno wychodzące na komorę o temperaturze 1000°C musi spełniać jednocześnie trzy zadania: pozostać przezroczyste przy długości fali roboczej, przetrwać gradient termiczny i utrzymać atmosferę procesową tam, gdzie jej należy. Kwarc radzi sobie ze wszystkimi trzema lepiej niż większość alternatyw, ale tylko wtedy, gdy wspiera to konstrukcja mechaniczna.

Rozważmy typowy wziernik pieca. Strona procesowa ma temperaturę 900°C, powierzchnia zewnętrzna 60°C, a kamera lub pirometr patrzy na głębokość 1,5 mikrometra. 5-milimetrowy dysk kwarcowy o niskiej zawartości OH z łatwością spełnia wymagania optyczne. Trybem awarii prawie nigdy nie jest transmisja; to się montuje. Jeśli okno zostanie sztywno zaciśnięte po obu stronach, różnica rozszerzalności pomiędzy kwarcem a kołnierzem ze stali nierdzewnej spowoduje jego pęknięcie, ponieważ kwarc rozszerza się znacznie mniej niż otaczający go metal. Zalecamy miękką uszczelkę, pływające gniazdo i jasne określenie, która powierzchnia jest gorąca.

Oczyszczanie to druga decyzja projektowa. Okno kwarcowe w atmosferze zawierającej sadzę lub kondensację traci przepuszczalność z powodu osadów powierzchniowych na długo przed zniszczeniem samego szkła. Styczny przepływ powietrza lub azotu przez powierzchnię procesową utrzymuje powierzchnię w czystości, a dodatkowo ją chłodzi. Tam, gdzie gaz płuczący nie jest dostępny, ten sam rezultat często można osiągnąć za pomocą niewielkiego nadciśnienia wewnątrz obudowy.

Okna kwarcowe o wysokiej czystości do zastosowań optycznych i termicznych Okno kwarcowe o wysokiej czystości umożliwia widzenie optyczne w wysokiej temperaturze i stabilne termicznie; rozważ potrzeby oczyszczania i szerokopasmowego przeciwodblasku, gdy straty w transmisji mają znaczenie. Zobacz produkt →

Grubość, powłoki i jakość powierzchni

Niepowlekana topiona krzemionka traci około 3 do 4 procent na powierzchnię w wyniku odbicia Fresnela w bliskiej podczerwieni. Dwie powierzchnie, cztery procent i dalsze straty w materiale: nominalnie doskonałe okno może dostarczyć 90 procent zamiast 96 procent jeszcze przed rozpoczęciem procesu. Powłoki przeciwodblaskowe odzyskują większość z nich, ale tylko w całym paśmie, dla którego zostały zaprojektowane, więc specyfikacja łącza szerokopasmowego ma znaczenie, gdy czujnik przemierza długość fali.

Warto również wyraźnie określić tolerancje wymiarowe. Okno o grubości ±0,05 mm i jakości powierzchni 40/20 kosztuje więcej niż półfabrykat ogólnego przeznaczenia o ±0,2 mm, a większość zastosowań wzierników nie wymaga węższego gatunku. I odwrotnie, okno laserowe, które po cichu zastępuje komercyjną pastę polerską wykończeniem laserowym, będzie narażone na rozproszenie, a przy dużej mocy – na miejscowe nagrzewanie.

Jakość krawędzi zasługuje na wzmiankę, ponieważ to właśnie tam zaczyna się większość pęknięć. Szlifowana i fazowana krawędź jest odporna na odpryski podczas manipulacji i zmniejsza ryzyko rozprzestrzeniania się pęknięcia w otworze pod wpływem cykli termicznych.

Kwarc optyczny na podczerwień: co kupuje JGS3 i ile to kosztuje

Topiona krzemionka klasy podczerwonej, powszechnie określana pod oznaczeniem JGS3, jest tym, co dostarczamy, gdy klient potrzebuje użytecznej transmisji do około 3,5 mikrometra. Zawartość hydroksylu utrzymuje się poniżej około 10 części na milion, co usuwa pasmo absorpcji 2,73 mikrometra, które ogranicza materiał odporny na promieniowanie UV.

Płytki kwarcowe optyczne JGS3 klasy podczerwieni Optyczna płytka kwarcowa JGS3 pokrywa 0,26–3,5 µm i pozwala uniknąć pasma absorpcji hydroksylu 2,7 µm; przydatne do transmisji w podczerwieni, gdzie zakres UV jest mniej krytyczny. Zobacz produkt →

Kompromisy warto zrozumieć, zanim je określisz. Usunięcie grup hydroksylowych przesuwa granicę ultrafioletu na dłuższe fale, zwykle powyżej 250 nanometrów, więc lampa podczerwona nie jest dobrym wyborem w przypadku bańki lampy UV. Kosztuje również więcej niż materiał odporny na promieniowanie UV, ponieważ proces topienia i konsolidacji jest bardziej wymagający i jest bardziej czuły w tym sensie, że dostawca musi faktycznie mierzyć zawartość grup hydroksylowych, a nie zakładać to.

Gdzie widzimy, jak JGS3 zarabia na swojej cenie: okna optyczne dla laserów światłowodowych o średnicy od 2 do 3 mikrometrów, ogniwa absorpcyjne gazu do wykrywania metanu i pary wodnej, okna ochronne nad chłodzonymi detektorami średniofalowymi oraz optyka referencyjna, która nie może dryfować pod wpływem absorpcji wilgoci. Tam, gdzie jest to marnowane: okna przepuszczające światło widzialne, sprzęt do utwardzania promieniami UV i ogólna obserwacja w piecu z dokładnością do 1 mikrometra, gdzie tańszy gatunek zachowuje się identycznie.

Atrybuty jakościowe, które są równie ważne jak transmisja

Na ścieżkę optyczną podczerwieni wpływa nie tylko krzywa transmisji. Pęcherzyki i stałe wtrącenia rozpraszają światło i przy dużej mocy działają jak gorące punkty, które mogą spowodować uszkodzenia. Rozstępy, słabe pasma składu powstałe w wyniku topnienia, zniekształcają czoła fal i mają ogromne znaczenie w obrazowaniu lub interferometrii, ale prawie wcale w przypadku prostego pomiaru transferu promieniowania. Homogeniczność indeksu ma znaczenie dla dużych otworów, a dla krążka 10 mm już ledwo.

Naszą radą jest określenie zastosowania, a nie ogólnego wymogu „najwyższej jakości”. Dostawca może następnie zaproponować klasę pęcherzyków, klasę rozstępów i specyfikację powierzchni, które odpowiadają danemu zadaniu, a Ty unikasz płacenia za jednorodność klasy interferometrycznej w części, która musi jedynie przekazać ciepło do komory.

Kiedy szkło jest złą odpowiedzią: obrazowanie termowizyjne przez okno

Kamery termowizyjne są najczęstszym źródłem pomyłek związanych z podczerwienią i szkłem, a szczera odpowiedź jest taka, że kwarc nie może rozwiązać problemu. Długofalowa kamera termowizyjna działająca w zakresie od 8 do 14 mikrometrów widzi szkło jako nieprzezroczystą powierzchnię o emisyjności około 0,9, więc podaje temperaturę szkła skorygowaną o to, co odbija szkło. W warsztacie tym odbiciem są ludzie i oświetlenie, dlatego obrazy termowizyjne okien wyglądają jak lustra.

Wszystkie zwykłe poprawki są uzasadnione i żadna z nich nie dotyczy kwarcu:

• Otwórz przezroczystą szczelinę i zmierz przez otwór, akceptując towarzyszący mu przepływ powietrza.
• Użyj materiału okiennego, który rzeczywiście przepuszcza w paśmie od 8 do 14 mikrometrów, takiego jak german, selenek cynku lub szkło chalkogenkowe, i zaakceptuj jego koszt i ograniczenia termiczne.
• Zamiast tego użyj krótkofalowej kamery na podczerwień, pracującej w zakresie od około 0,9 do 1,7 mikrometra, gdzie kwarc jest przezroczysty i nadal możliwe są pomiary w wysokiej temperaturze.
• Zmierz powierzchnię zewnętrzną za pomocą czujnika kontaktowego lub pirometru o odpowiednio skorygowanej emisyjności, pracującego na krótszej długości fali.

Opcja krótkofalowa jest tą najczęściej pomijaną. W przypadku pracy pieca i pieca w temperaturze powyżej 700°C kamera krótkofalowa za oknem kwarcowym może być lepszym rozwiązaniem inżynieryjnym niż kosztowna kamera długofalowa za egzotycznym oknem, ponieważ krótsza długość fali zmniejsza również wrażliwość na błąd emisyjności i zanieczyszczenia powierzchni.

Szkło przed aparatem nie jest automatycznie złym pomysłem; szkło wybrane do niewłaściwego pasma. Opisując pomiar dostawcy szkła kwarcowego, podaj pasmo widmowe kamery, a nie słowo „termiczna”, ponieważ samo słowo „termiczna” wskazuje odpowiedzialnemu dostawcy na niewłaściwy materiał.

Błędy w specyfikacji, które widzimy wielokrotnie

Większość problemów związanych ze szkłem na podczerwień jest rozstrzygana na podstawie zamówienia, na kilka miesięcy przed dostawą. Są to te powtarzające się, w przybliżeniu według częstotliwości.

1. Określanie gatunku według nazwy, bez długości fali. „Szkło kwarcowe” opisuje rodzinę, a nie poziom wydajności. Podaj pasmo robocze i akceptowalną transmisję w tym paśmie.
2. Zapominając o zawartości grup hydroksylowych. Każde wymaganie przekraczające 2,5 mikrometra powinno określać granicę OH, na przykład poniżej 10 części na milion, i powinno zawierać pytanie, w jaki sposób jest to weryfikowane.
3. Pomijając grubość. Transmisja w pobliżu krawędzi pasma ma wykładniczą grubość. Dwóch dostawców podających ten sam gatunek przy różnych grubościach podaje różne właściwości użytkowe.
4. Zakładając, że powlekanie zawsze pomaga. Powłoka antyodblaskowa zoptymalizowana pod kątem 1 mikrometra zaszkodzi już przy 3 mikrometrach. Określ pasmo powłoki lub pomiń je.
5. Projektowanie sztywnego mocowania. Kwarc rozszerza się w przybliżeniu o jedną piątą w stosunku do stali nierdzewnej; różnica musi gdzieś iść. Używaj zgodnych z przepisami siedzeń.
6. Z widokiem na czystkę. Idealnie dobrane okno w brudnej atmosferze staje się bezużyteczne podczas zmiany. Zaplanuj przepływ gazu na etapie projektowania.
7. Ocenianie jakości na podstawie wzroku. Część, która wygląda bez zarzutu, może być niewłaściwej jakości, a część z widocznymi pęcherzykami może w pełni nadawać się do zastosowań związanych z ogrzewaniem radiacyjnym. Sprawdzaj pod kątem specyfikacji, a nie intuicji.

Każdy z nich jest tani w naprawie na etapie wyceny i kosztowny w naprawie po dostawie. Pięciominutowa rozmowa na temat długości fali, grubości, temperatury i atmosfery zapobiega prawie wszystkim.

Jak kupować: co powinien Ci powiedzieć producent szkła kwarcowego

Zakup kwarcu na podczerwień nie jest skomplikowany, ale nagradza dostawcę, który odpowiada na pytania, podając pomiary, a nie przymiotniki. Niezależnie od tego, czy masz do czynienia bezpośrednio z producentem, regionalnym dostawcą czy hurtownikiem obsługującym kilka linii produktów, w odpowiedzi technicznej powinno pojawić się te same dziesięć pozycji.

1. Zmierzona krzywa transmisji dla oferowanego gatunku przy oferowanej grubości, a nie rysunek katalogowy skopiowany z ogólnego arkusza danych. Pomiar w podczerwieni z transformacją Fouriera zajmuje kilka minut i rozstrzyga większość sporów.
2. Podana liczba hydroksylowa oraz metoda zastosowana do jego uzyskania, zwykle z pasma absorpcji w pobliżu 2,73 mikrometra.
3. Bańka i klasa włączająca wyrażona w uznanym systemie oceniania, a nie jako „wysoka jakość”.
4. Informacje o rozstępach i jednorodności w przypadku obrazowania lub interferometrii.
5. Tolerancje wymiarowe grubości, średnicy, płaskości i równoległości, a także metodę pomiaru.
6. Specyfikacja powierzchni w skrócie, z nazwą polskiego gatunku.
7. Szczegóły powłoki , w tym projektowana długość fali, szerokość pasma, kąt padania i oczekiwane wzmocnienie transmisji.
8. Limity termiczne i zalecane szybkości rampy , łącznie z maksymalnym nachyleniem całej części.
9. Pakowanie i identyfikowalność , ponieważ okno o średnicy 300 mm, które dociera do nas rozdrobnione, to całkowita strata niezależnie od jego jakości optycznej.
10. Polityka dotycząca próbek i czasu realizacji , zwłaszcza w przypadku pierwszego artykułu, który musi zostać przetestowany w rzeczywistym urządzeniu.

Pomocna jest także wiedza, o co dostawca powinien Cię zapytać. Jeśli oferta cenowa nie zostanie zadana ani jednym pytaniem dotyczącym długości fali, grubości czy temperatury, cena prawdopodobnie opiera się na domysłach. W naszym formularzu zapytania celowo pytamy najpierw o pasmo robocze, ponieważ określa to, czy cytujemy lampę UV, płytkę do podczerwieni czy mleczną kopertę.

Niestandardowe rozmiary, małe partie i powtarzalne zamówienia

Większość projektów w podczerwieni rozpoczyna się od jednorazowego przedsięwzięcia i staje się ich zaplanowaną częścią. Zapytaj wcześniej, czy dostawca może przetrzymać partię topiącą w przypadku powtarzających się zamówień, czy rysunek będzie przechowywany w aktach wraz z załączoną zmierzoną transmisją i w jaki sposób zostanie powiadomiona o zmianie gatunku. Odpowiedzi te mają większe znaczenie niż kilka procent na pierwszej fakturze, gdy produkcja trwa już sześć miesięcy, a nowa partia zachowuje się nieco inaczej.

W przypadku produkcji na zamówienie, niezależnie od tego, czy oznacza to okno schodkowe, wywierconą płytkę przysłony, kopułową kopertę czy wziernik z kołnierzem, praktyczną drogą jest przesłanie rysunku z zaznaczonymi wymaganiami optycznymi. Same wymiary rzadko oddają to, co faktycznie musi spełniać dana część.

Gdzie te produkty znajdują się w naszym asortymencie

Dwa punkty wejścia pokrywają większość prac w podczerwieni opisanych powyżej. Pierwszą z nich jest nasza usługa produkcji okien na zamówienie, która obejmuje otwory, nawiercane płyty, profile schodkowe i koordynację powłok przeciwodblaskowych dla wzierników i okienek przyrządów. Drugi to asortyment promienników podczerwieni, który obejmuje konstrukcje z elementów przezroczystych, mlecznych i z włókna węglowego do przemysłowych urządzeń grzewczych.

Obie strony znajdują się obok szerszego katalogu rur, prętów, płytek, tygli i sprzętu laboratoryjnego, więc pojedyncze zapytanie może zwykle obejmować cały zespół, a nie pojedynczy komponent.

Często zadawane pytania: podczerwień i szkło

Czy podczerwień przechodzi przez szkło?

Niektóre z nich tak, a ilość zależy całkowicie od długości fali. Zwykłe szkło okienne przepuszcza światło bliskiej podczerwieni o średnicy poniżej około 2,5 mikrometra i blokuje prawie wszystko, co przekracza 5 mikrometrów. Topiony kwarc zwiększa użyteczną transmisję do około 3,5 mikrometra w gatunkach o niskiej zawartości hydroksylu. W paśmie termicznym od 8 do 14 mikrometrów konwencjonalne szkło jest skutecznie nieprzezroczyste.

Dlaczego kamera termowizyjna nie widzi przez okno?

Ponieważ kamera pracuje w podczerwieni długofalowej, gdzie szkło raczej absorbuje niż przepuszcza. Kamera odczytuje zatem samą szklaną powierzchnię, która emituje silnie, a także odbija otoczenie. Skierowanie kamery termowizyjnej na okno zwykle daje obraz odbitego ciepła własnego operatora kamery.

Czy szkło kwarcowe to to samo co szkło na podczerwień?

Nie dokładnie. Szkło kwarcowe to rodzina produktów z topionej krzemionki i tylko niektórzy członkowie tej rodziny są zoptymalizowani do pracy w podczerwieni. Materiał klasy podczerwieni charakteryzuje się bardzo niską zawartością grup hydroksylowych, co usuwa pasma absorpcyjne ograniczające krzemionkę klasy UV powyżej 2,5 mikrometra.

Jaki gatunek wybrać do procesu o grubości od 2 do 3 mikrometrów?

Poniżej 2,5 mikrometra standardowa krzemionka topiona odporna na promieniowanie UV ogólnie działa dobrze i jest tańsza. W przedziale od 2,5 do 3,5 mikrometra należy określić gatunek o niskiej zawartości hydroksylu w podczerwieni, z zawartością hydroksylu poniżej około 10 części na milion i utrzymywać okno tak cienkie, jak pozwala na to konstrukcja mechaniczna.

Czy grubsze okno blokuje więcej podczerwieni?

Tak, a efekt jest raczej wykładniczy niż proporcjonalny, szczególnie w pobliżu krawędzi okna transmisyjnego. Okno, które działa zadowalająco przy 3 mm, może utracić dużą część sygnału przy 8 mm i tej samej długości fali. Grubość jest zmienną optyczną, a nie tylko mechaniczną.

Czy powłoki mogą poprawić transmisję podczerwieni?

Powłoki przeciwodblaskowe mogą odzyskać większość z około 3 do 4 procent utraconych na każdej niepowlekanej powierzchni, ale tylko w zakresie pasma, dla którego zostały zaprojektowane. Powłoka zoptymalizowana pod kątem światła widzialnego zwykle pogarsza się przy 3 mikrometrach, dlatego na rysunku należy podać projektową długość fali.

Jaką najwyższą temperaturę może wytrzymać okno kwarcowe?

Topiony kwarc mięknie w temperaturze powyżej 1600°C i jest rutynowo używany w sposób ciągły w temperaturze około 1100°C, ale praktycznym ograniczeniem w przypadku okna jest zwykle gradient termiczny w poprzek okna i metoda montażu, a nie temperatura mięknienia materiału. Stopniowe nagrzewanie, odpowiednie osadzenie, a nawet mocowanie mają większe znaczenie niż podane wartości.

Podczerwień i szkło to jeden z tych tematów, w przypadku których odrobina precyzji na początku pozwala zaoszczędzić wiele wydatków później. Fizyka jest stabilna, opcje materiałowe są dobrze poznane, a tryby awarii są prawie wszystkie przewidywalne: gatunek wybrany na podstawie przyzwyczajenia, a nie długości fali, okno zaprojektowane bez odpowiedniego mocowania, obudowa grzejnika określona bez uwzględnienia równomiernego rozchodzenia się ciepła lub kamera termowizyjna poproszona o spojrzenie przez materiał, który pochłania dokładnie pasmo, od którego zależy.

Jeśli jesteś na etapie szkicowania części, zamiast ją zamawiać, najbardziej użyteczną rzeczą, jaką możesz zrobić, jest proste opisanie procesu: co jest podgrzewane lub mierzone, w jakiej temperaturze, przy jakiej długości fali, w jakiej atmosferze i jak długo część musi wytrzymać. Tych pięć odpowiedzi zawęża wybór gatunku, grubości, wykończenia powierzchni i powłoki szybciej niż jakakolwiek tabela specyfikacji, a daje producentowi wystarczająco dużo, aby zacytować coś, co będzie nadal działać w hali produkcyjnej za rok.