Chalkogenidglas könnte genau das Material sein, welches Sie für Ihre IR-Optik benötigen. Es ist durchlässig für Wellenlängen bis hin zum thermischen IR-Spektrum und lässt sich im Gegensatz zu anderen IR-Materialien in From pressen.
Dieser Artikel fasst alle wichtigen Informationen zu Chalkogenidgläsern zusammen, und hilft Ihnen zu beurteilen, ob es Ihren Anforderungen entspricht.
Was ist Chalkogenidglas?
Chalkogenidglas ist kein einzelnes Material, sondern umfasst verschiedene Materialien, die aus chemischen Elementen der Gruppe 16 des Periodensystems (Chalkogenide) in Verbindung mit anderen Elementen bestehen.
Die Chalkogenid-Elemente Schwefel (S), Selen (Se) oder Tellur (Te) werden in einer Legierung meist zusammen mit Arsen (As), Germanium (Ge), Antimon (Sb) oder Gallium (Ga) verwendet. Diese stabilisieren das Glas und beeinflussen dessen physikalische Eigenschaften.
Die typischen Materialcodes wie IRG22, IRG26 usw. von Schott, und IRG201, IRG202 usw. des chinesischen Herstellers Hubei New Huaguang (NHG) dienen zur Kennzeichnung der verschiedenen Glasarten, wobei „IRG“ für „Infrared Glass“ steht. Die Bezeichnungen sind nicht mit der chemischen Formel der Materialien zu verwechseln, wobei beispielsweise IRG26 der chemischen Formel Se60As40 entspricht.
Transmission von Chalkogenidglas
Die breite Transmission von Chalkogenidgläsern reicht vom nahen und mittleren Infrarot bis zum fernen Infrarot. Je nach chemischer Zusammensetzung können sie Wellenlängen von bis zu 19 µm durchlassen.
Bestimmte Zusammensetzungen können dafür sorgen, dass die Transmission nicht durch Temperatureinflüsse beeinträchtigt wird, sondern über einen weiten Temperaturbereich hinweg stabil bleibt. Darüber hinaus weisen Chalkogenidgläser eine geringe Dispersion sowie hohe Brechungsindizes auf.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Chalkogenide selbst im Vergleich zu anderen etablierten IR-Materialien wie ZnSe, Germanium oder BaF₂ eine vorteilhafte Transmission bieten können.
Welche weiteren Eigenschaften hat Chalkogenid?
Im Vergleich zu anderen IR-Materialien ist Chalkogenidglas ein weiches Material. Daher eignet es sich nicht für Anwendungen, die rauen Umgebungsbedingungen oder mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. Zudem lässt es sich nicht besonders gut polieren, was eine geringere, erreichbare Oberflächenqualität bedeutet. Auch der Herstellungsprozess kann eine Herausforderung darstellen, da leicht Fertigungsspuren entstehen.
Spritzguss von IR-Komponenten
Die geringe Härte, die im Vergleich zu anderen IR-Materialien einen wesentlichen Nachteil darstellt, ermöglicht zugleich einen der größten Vorteile: die Möglichkeit, das Material in die gewünschte Form zu gießen oder zu pressen.
Das Spritzgießen kann besonders interessant sein, wenn große Stückzahlen in kurzer Zeit produziert werden müssen. Dies ist insbesondere bei der Herstellung von asphärischen Linsen der Fall, welche andernfalls durch Einpunkt-Diamantdrehen gefertigt werden müssten. Aber auch bei sphärischen Linsen kann Spritzguss Anwendung finden, da die Linsen nicht mehr poliert werden müssen.
Verfügbare Komponenten und Anwendungsbereiche von Chalkogenid
Optische Komponenten aus Chalkogenid können als vergleichsweise kostengünstige Materiallösung angesehen werden und eignen sich zur Anwendung in vielen unterschiedlichen Bereichen. Auch wenn, wie oben erwähnt, in manchen Fällen das Formpressen vorteilhaft ist, ist auch das Einpunkt-Diamantdrehen möglich.
Chalkogenidgläser werden häufig für IR-Laser verwendet, die eine hohe Durchlässigkeit erfordern, um Absorption und hitzebedingte Schäden zu minimieren. In diesem Zusammenhang können IR-Fenster und IR-Linsen aus Chalkogenidglas eingesetzt werden.
Chalkogenid-Linsen können Germaniumkomponenten in Linsenbaugruppen oder anderen Anwendungen ersetzen. Dies kann besonders interessant sein, da der Export von Germanium, obwohl möglich, aufgrund der vorgeschriebenen Ausfuhrgenehmigung (Exporte aus China) verzögert werden kann.
Chalkogenidglas – eine Lösung für thermische IR-Komponenten
Chalkogenidglas weist im Bereich von 8 bis 12 µm eine sehr gute Durchlässigkeit auf und zeichnet sich zudem durch eine geringe Wärmeausdehnung aus, wodurch das optische System gegenüber Temperaturschwankungen stabiler wird.
Diese Eigenschaft macht es für zahlreiche industrielle Anwendungen sowie für die thermische Nachtsichttechnik in der Automobilindustrie attraktiv.
Verfügbare Beschichtungen
Wie bereits erwähnt, ist Chalkogenidglas ein relativ weiches Material. Durch das Aufbringen von „Diamond Like Coatings“ (DLC) lässt sich jedoch der Oberflächenverschleiß minimieren. Allerdings ist diese Beschichtung recht kostspielig und wirkt sich erheblich auf den Preis der Optik aus.
Neben DLC stehen für Chalkogenidglas auch verschiedene Antireflexbeschichtungen zur Verfügung.
Das beschichtete Chalkogenidglas Se60As40 (NHG-Materialcode IRG206) bietet beispielsweise eine Durchlässigkeit von über 98 % im Wellenlängenbereich von 8–12 µm. Das bedeutet, dass es ZnS übertrifft und hinsichtlich des Durchlässigkeitsbereichs mit ZnSe konkurrieren kann.
Chalkogenidglas im Vergleich zu anderen IR Materialien
Einen Vergleich der Eigenschaften von Chalkogenidglas im Vergleich zu anderen IR-Materialien finden Sie in der folgenden Tabelle.
| Vorteile (Compared to Chalcogenide) | Nachteile (Compared to Chalcogenide) | |
| Germanium | – DLC Beschichtung möglich | – Exportlizenz aus China benötigt – Schwer |
| ZnSe | – Bridbandige Transmission | – kann nicht gegossen, gepresst werden |
| Saphir | – härter, besser für raue Umgebungen geeignet – UV Durchlässigkeit | – niedrigere Transmission im IR Bereich – schwieriger, langsamer zu bearbeiten |
| Silizium | – Kostengünstig | – geringe Durchlässigkeit im IR-Spektrum (erfordert normalerweise eine AR-Beschichtung) |
| Barium Florid (BaF₂) | – Durchlässig von UV bis LWIR | – teuer |
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