Infrarossi e vetro: scegliere i giusti gradi di quarzo per finestre IR e riscaldatori

La relazione tra infrarossi e vetro è decisa dalla lunghezza d'onda, non da quanto la parte appare chiara al banco. Alcuni anni fa un cliente ci ha inviato il disegno di un disco di silice fusa, largo 60 mm e spesso 5 mm, da posizionare davanti a una termocamera che osservava la camera di un forno a 900 °C. Ogni dimensione era corretta. Il materiale era sbagliato. Nella banda da 8 a 14 micrometri utilizzata dalla fotocamera, la silice fusa non è affatto una finestra; è un muro. La telecamera avrebbe visto l'emissione superficiale del disco più il riflesso dell'officina dietro di esso, e la fornace sarebbe rimasta invisibile dietro un pezzo grezzo perfettamente lavorato.

Questa richiesta di preventivo riassume gli infrarossi e il vetro meglio di qualsiasi capitolo di un libro di testo. Il vetro non è categoricamente trasparente o opaco agli infrarossi. È trasparente attraverso un intervallo definito, cieco al di fuori di tale intervallo e i bordi dell'intervallo si muovono con la composizione, il contenuto di ossidrile e lo spessore. Scegliendo correttamente, il vetro al quarzo diventa uno dei materiali più utili in un sistema a infrarossi: sopravvive a 1.100 °C in servizio continuo, resiste allo shock termico e lascia passare la maggior parte di ciò che emette un riscaldatore a onde medie. Scegli in modo sbagliato e possiedi un disco decorativo costoso.

Questo articolo è scritto per le persone che devono effettivamente fare quella chiamata: ingegneri di processo che specificano un involucro del riscaldatore, progettisti di strumenti che scelgono una finestra, squadre di manutenzione che risolvono i problemi di un pirometro e personale addetto agli acquisti che confronta i preventivi di un produttore di vetro al quarzo. Ogni settimana costruiamo tubi, aste, piastre, finestre, crogioli ed elementi riscaldanti a infrarossi in quarzo, quindi gli esempi seguenti provengono da ordini di acquisto reali piuttosto che da un programma di fisica.

La versione breve: abbina il vetro al cinturino

Se ricordi solo una cosa, ricorda questa: il vetro al quarzo è un materiale a infrarossi vicini e a onde corte. La silice fusa ad elevata purezza trasmette la luce da circa 180 nanometri nell'ultravioletto fino a circa 2,5 micrometri, mentre i gradi a basso contenuto di idrossile spingono la trasmissione utilizzabile a circa 3,5 micrometri. Oltre i 4 micrometri circa, l’assorbimento aumenta vertiginosamente. Tra circa 8 e 10 micrometri, la rete di silicio-ossigeno assorbe così fortemente che una finestra di 3 mm è effettivamente nera.

Questo singolo fatto classifica quasi tutte le richieste che riceviamo in uno dei tre gruppi:

• Da 1 a 3 micrometri. Il vetro al quarzo è la scelta predefinita. Qui si trovano lampade a infrarossi, emettitori in fibra di carbonio, laser a fibra da 2 micrometri, rilevamento del gas, misurazione dell'umidità, riscaldamento delle preforme di plastica e la maggior parte dei processi di essiccazione industriale.
• Da 3 a 5 micrometri. Sei sulla spalla della curva. La silice fusa a basso contenuto di OH funziona ancora, ma lo spessore conta enormemente, il contenuto di ossidrili deve essere specificato anziché presunto e ogni millimetro in più costa il segnale reale.
• Da 8 a 14 micrometri. Il quarzo non può aiutarti. La termografia, la maggior parte dei pirometri e la radiometria a onde lunghe necessitano di germanio, seleniuro di zinco, solfuro di zinco, silicio per l'estremità più corta o un vetro calcogenuro. Una finestra al quarzo in una telecamera a onde lunghe è un filtro, non una finestra.

Tutto il resto in questo articolo è un dettaglio che dipende da quella struttura: come assorbe l'idrossile, come lo spessore aggrava il problema, come i rivestimenti spostano i numeri e come scrivere una specifica di acquisto che un fornitore può effettivamente soddisfare.

Perché la silice passa il vicino infrarosso ma blocca l'infrarosso termico

La trasparenza non è una proprietà di un materiale in astratto; è un divario tra due meccanismi di assorbimento. Sul lato delle lunghezze d’onda corte, i fotoni alla fine trasportano energia sufficiente per sollevare gli elettroni attraverso la banda proibita del vetro, motivo per cui la silice fusa diventa opaca al di sotto di circa 180 nanometri. Sul lato della lunghezza d’onda lunga, i fotoni alla fine trasportano l’energia giusta per eccitare le vibrazioni della stessa rete silicio-ossigeno. Questi assorbimenti vibrazionali si trovano nell'infrarosso termico e sono forti.

La conseguenza pratica è una finestra di trasmissione con un bordo morbido anziché duro. La silice fusa è eccellente a 1 micrometro, buona a 2 micrometri, utilizzabile a 3 micrometri nella giusta gradazione, marginale a 4 micrometri e senza speranza a 9 micrometri. Il normale vetro float sodico-calcico raggiunge il suo limite molto prima perché le impurità di ossido di ferro assorbono pesantemente il vicino infrarosso, motivo per cui il vetro spesso della finestra risulta caldo sotto il sole estivo: la luce visibile entra e l'energia del vicino infrarosso viene convertita in calore all'interno del vetro.

Le tre bande dell'infrarosso in parole povere

Infrarossi vicini e ad onde corte, circa da 0,7 a 2,5 micrometri. Questa è la fascia del riscaldamento basato su lampade, della comunicazione in fibra ottica, della misurazione spettroscopica dell'umidità e delle telecamere di ispezione a infrarossi a onde corte. Il vetro al quarzo domina qui e necessita di poche spiegazioni.

Infrarosso a onde medie, circa da 3 a 5 micrometri. Questa è la banda della termometria degli oggetti caldi, dell'analisi dei gas di combustione, di alcune ottiche militari e di un numero crescente di sensori di gas. La silice fusa a basso contenuto di OH può servire la metà inferiore di questa banda se il percorso ottico è breve. Sopra i 4 micrometri dovresti valutare onestamente altri materiali.

Infrarosso a onda lunga, circa da 8 a 14 micrometri. È qui che funzionano le termocamere, perché lì gli oggetti a temperatura ambiente irradiano fortemente. Il vetro è opaco su quasi tutta la fascia, motivo per cui una termocamera puntata su una finestra vede la temperatura superficiale della finestra e il riflesso di ciò che si trova dietro la telecamera.

Cosa fa l'idrossile all'interno del vetro

L'acqua incorporata nella rete di silice durante la fusione lascia dietro di sé gruppi idrossilici e tali gruppi hanno i propri assorbimenti vibrazionali a circa 1,38, 2,22 e 2,73 micrometri. Una silice fusa di grado UV con da 800 a 1.200 parti per milione di idrossile è eccellente al di sotto dei 2 micrometri e abbastanza ordinaria a 2,7 micrometri. Un materiale di grado infrarosso con idrossile inferiore a 10 parti per milione rimuove la maggior parte di tale assorbimento e ti fa guadagnare il micrometro extra di raggio d'azione.

Questa è la lacuna specifica più comune che vediamo. Un acquirente richiede "vetro al quarzo, spessore 3 mm, alta trasmissione" e riceve una finestra di grado UV realizzata con competenza che perde quasi la metà del suo segnale a 2,7 micrometri. Niente era difettoso. Il voto semplicemente non è mai stato dichiarato.

Una tabella comparativa delle famiglie di vetro nell'infrarosso

La tabella sottostante comprime il comportamento delle famiglie di vetri che ci vengono interrogate più spesso. Gli intervalli sono valori di trasmissione utilizzabili tipici per spessori ordinari, non limiti garantiti per ogni fusione, poiché i droganti, il contenuto di ferro e il livello di idrossile spostano tutti i bordi.

Leggi la tabella come un filtro, non come una classifica. JGS1 non è migliore di JGS3; è ottimizzato per un'estremità diversa dello spettro. Un fornitore che indica una sola qualità per ogni lavoro a infrarossi ha frainteso la richiesta o spera che non ve ne accorgiate.

Sotto i numeri si trovano due note pratiche. Innanzitutto, la trasparenza visibile non dice quasi nulla sulle prestazioni degli infrarossi, quindi un'ispezione visiva di una finestra consegnata dimostra ben poco. In secondo luogo, un vetro che appare leggermente grigio o verde in sezioni spesse di solito rivela un contenuto di ferro, che è innocuo in un vetro spia e inaccettabile in una finestra nel vicino infrarosso.

Trasmittanza a 3 micrometri: dove i gradi si separano

La tabella seguente confronta la trasmittanza interna indicativa a 3 micrometri attraverso un percorso di 10 mm per quattro materiali comuni. È deliberatamente focalizzato su quella lunghezza d'onda perché 3 micrometri è il punto in cui il contenuto di idrossile, non lo spessore o la lucentezza, domina il risultato.

Tre cose saltano all'occhio. Il divario tra i due gradi di silice è la larghezza della banda idrossilica, non una differenza di purezza o lavorazione artigianale, motivo per cui la correzione è un cambiamento di grado piuttosto che un cambiamento di lucidatura. Il borosilicato non è semplicemente "un po' peggio" in questa regione; si tratta di una classe di materiale diversa e non deve essere sostituita in caso di carenza di fornitura senza una nuova revisione ottica. E la figura della calce sodata spiega perché il vetro comune è inutile come finestra a infrarossi anche quando sembra perfettamente trasparente.

Per il nostro lavoro agli infrarossi, questo è il motivo per cui manteniamo le scorte di lastre e tubi a basso contenuto di ossidrile separate dalle scorte di grado UV e contrassegniamo i numeri di lotto di fusione sulla lista di imballaggio. È anche il motivo per cui chiediamo ai clienti una lunghezza d'onda target prima del preventivo anziché dopo. Se l'applicazione si trova a 2 micrometri, una finestra standard di grado UV funzionerà bene e farà risparmiare denaro. Se si trova a 3,2 micrometri, quella stessa finestra dimezzerà il segnale e il cliente darà la colpa al rivestimento, alla lucidatura o all'allineamento prima che qualcuno sospetti che si tratti del vetro.

Lo spessore aggrava l'effetto in modo esponenziale anziché lineare, quindi una finestra da 5 mm non è semplicemente "leggermente più scura" di una finestra da 3 mm sul bordo della banda. In pratica, se è necessario lavorare vicino al limite, specificare la finestra più sottile tollerata dal progetto meccanico e spendere il risparmio su una qualità migliore.

Riscaldatori a infrarossi: perché l'involucro di quarzo non è un filtro

Il più grande uso industriale dell'accoppiamento infrarosso e vetro è il tubo riscaldante a infrarossi al quarzo, e funziona perché l'involucro è trasparente alla radiazione che racchiude. Un filamento in fibra di carbonio che funziona a circa 1.200 K irradia con maggiore intensità vicino a 2,4 micrometri secondo la legge di spostamento di Wien. Un elemento nichel-cromo a una temperatura simile si comporta in modo comparabile. Un filamento di tungsteno in un tubo pieno di alogeno diventa più caldo, vicino a 2.800 K, e raggiunge il picco più vicino a 1 micrometro. Tutti e tre si trovano comodamente all'interno della finestra di trasmissione dell'involucro di quarzo, quindi la parete del tubo assorbe pochissima dell'energia che genera.

Non è un dettaglio banale. Se l’involucro assorbisse la propria produzione, il tubo si riscalderebbe da solo anziché il pezzo in lavorazione, l’efficienza crollerebbe e la parete si ammorbidirebbe. Il quarzo evita tutte e tre le modalità di guasto contemporaneamente e aggiunge un punto di rammollimento superiore a 1.600 °C e un coefficiente di espansione termica di circa 0,55 × 10⁻⁶ per kelvin, motivo per cui un riscaldatore può essere spruzzato con acqua fredda in una linea di produzione senza rompersi.

Tubi riscaldanti a infrarossi al quarzo trasparenti Il tubo al quarzo trasparente offre trasmissione diretta a infrarossi per un riscaldamento mirato, risposta rapida e resistenza agli shock termici; utile dove contano l'immagine del filamento stretto e l'alta efficienza. Visualizza il prodotto →

Buste trasparenti, lattiginose e drogate

Il quarzo trasparente offre la massima trasmissione diretta e un'immagine del filamento stretta, adatta al riscaldamento mirato, alla termoformatura e al trattamento termico rapido dei semiconduttori. Il quarzo lattiginoso o opaco disperde la radiazione, ammorbidendo i punti caldi e producendo una distribuzione più uniforme su un ampio bersaglio, che di solito è preferibile per forni di essiccazione, polimerizzazione di vernici e riscaldamento di alimenti.

Il tubo in quarzo drogato aggiunge una terza opzione spostandosi nel punto in cui l'involucro assorbe. Un tubo drogato per tagliare l'emissione ultravioletta riduce la generazione di ozono e protegge i prodotti sensibili al calore, mentre il familiare tubo rosso o rubino filtra visibilmente le lunghezze d'onda corte senza bloccare l'emissione infrarossa. Per i produttori di lampade, questa è spesso la differenza tra il superamento e il fallimento di una specifica sulle emissioni.

Emettitore corrispondente al carico

La corrispondenza della lunghezza d'onda è più importante di quanto la maggior parte degli acquirenti si aspetti. I rivestimenti a base acqua, la carta e i tessuti assorbono fortemente circa 3 micrometri, quindi gli emettitori di carbonio a onde medie trasferiscono il calore in modo efficiente. Le pellicole polimeriche sottili e le preforme in PET assorbono bene nella regione da 1 a 2 micrometri, il che favorisce le lampade alogene a onde corte. La plastica trasparente che sembra trasparente alla vista può ancora assorbire fortemente il vicino infrarosso, motivo per cui la saldatura a infrarossi e il calettamento termoretraibile funzionano.

Solitamente ci poniamo tre domande prima di consigliare una busta: qual è il materiale target, quale temperatura deve raggiungere e quanto uniforme deve essere il risultato. Queste tre risposte restringono la scelta dell'emettitore, del diametro del tubo, dello spessore della parete e della finitura superficiale molto più velocemente di quanto farebbe una scheda tecnica.

Finestre e occhiali a infrarossi per processi a caldo

Una finestra che guarda in una camera a 1.000 °C deve svolgere tre funzioni contemporaneamente: rimanere trasparente alla lunghezza d'onda operativa, sopravvivere al gradiente termico e mantenere l'atmosfera del processo al suo posto. Quartz gestisce tutti e tre meglio della maggior parte delle alternative, ma solo se il design meccanico lo supporta.

Consideriamo la tipica spia di un forno. Il lato del processo si trova a 900 °C, la superficie esterna a 60 °C e la telecamera o il pirometro guarda attraverso a 1,5 micrometri. Un disco al quarzo a basso contenuto di OH da 5 mm soddisfa facilmente i requisiti ottici. La modalità di guasto non è quasi mai la trasmissione; sta montando. Se la finestra è fissata rigidamente su entrambe le facce, l'espansione differenziale tra il quarzo e una flangia in acciaio inossidabile la creerà, perché il quarzo si espande molto meno del metallo attorno ad esso. Consigliamo una guarnizione morbida, una sede flottante e una specifica chiara di quale faccia è calda.

L'eliminazione è la seconda decisione di progettazione. Una finestra al quarzo in un'atmosfera carica di fuliggine o di condensa perde la trasmissione dai depositi superficiali molto prima che il vetro stesso si degradi. Uno spurgo tangenziale di aria o azoto lungo la superficie del processo mantiene la superficie pulita e, come bonus, la raffredda. Laddove il gas di spurgo non è disponibile, una leggera pressione positiva all'interno della custodia spesso ottiene lo stesso risultato.

Finestre al quarzo ad alta purezza per uso ottico e termico La finestra al quarzo ad alta purezza è adatta alla visione ottica ad alta temperatura e termicamente stabile; considerare le esigenze di eliminazione e antiriflesso della banda larga laddove le perdite di trasmissione sono importanti. Visualizza il prodotto →

Spessori, rivestimenti e qualità superficiale

La silice fusa non rivestita perde circa il 3-4% per superficie a causa della riflessione di Fresnel nel vicino infrarosso. Due superfici, il 4%, e un'ulteriore perdita all'interno del materiale: una finestra nominalmente eccellente può fornire il 90% anziché il 96% prima ancora che il processo abbia inizio. I rivestimenti antiriflesso ne recuperano la maggior parte, ma solo attraverso la banda per cui sono stati progettati, quindi le specifiche della banda larga sono importanti quando il sensore spazza la lunghezza d'onda.

Vale la pena dichiarare esplicitamente anche le tolleranze dimensionali. Una finestra specificata a ±0,05 mm di spessore e 40/20 di graffio sulla qualità della superficie costa più di un pezzo grezzo per uso generale a ±0,2 mm e la maggior parte delle applicazioni con spie di vetro non necessitano del grado più stretto. Al contrario, una finestra laser che sostituisce tranquillamente una finitura commerciale con una finitura di qualità laser soffrirà di dispersione e, ad alta potenza, di riscaldamento locale.

La qualità dei bordi merita una menzione perché è da lì che iniziano la maggior parte delle rotture. Un bordo rettificato e smussato resiste alla scheggiatura durante la movimentazione e riduce la possibilità che una crepa si propaghi nell'apertura durante i cicli termici.

Quarzo ottico a infrarossi: cosa ti compra JGS3 e quanto costa

La silice fusa di grado infrarosso, comunemente indicata con la denominazione JGS3, è ciò che forniamo quando un cliente necessita di una trasmissione utilizzabile fino a circa 3,5 micrometri. Il contenuto di ossidrile è mantenuto al di sotto di circa 10 parti per milione, il che rimuove la banda di assorbimento di 2,73 micrometri che limita il materiale di grado UV.

Piastre al quarzo ottico di grado infrarosso JGS3 La piastra al quarzo ottico JGS3 copre 0,26–3,5 µm ed evita la banda di assorbimento dell'ossidrile da 2,7 µm; utile per la trasmissione a infrarossi dove la gamma UV è meno critica. Visualizza il prodotto →

Vale la pena comprendere i compromessi prima di specificarli. La rimozione dell’idrossile sposta il limite dell’ultravioletto a lunghezze d’onda più lunghe, in genere oltre i 250 nanometri, quindi un grado a infrarossi è una scelta sbagliata per l’involucro di una lampada UV. Inoltre costa di più rispetto al materiale di grado UV perché il processo di fusione e consolidamento è più impegnativo ed è più sensibile, nel senso che un fornitore deve effettivamente misurare l'idrossile anziché assumerlo.

Dove vediamo che JGS3 guadagna il suo prezzo: finestre ottiche per laser a fibra da 2 a 3 micrometri, celle di assorbimento di gas per il rilevamento di metano e vapore acqueo, finestre protettive su rilevatori di onde medie raffreddati e ottiche di riferimento che non devono spostarsi con l'assorbimento di umidità. Dove viene sprecato: finestre a luce visibile, apparecchiature per la polimerizzazione UV e osservazione generale di forni a 1 micrometro, dove una qualità più economica offre prestazioni identiche.

Attributi di qualità che contano tanto quanto la trasmissione

Un percorso ottico a infrarossi è influenzato da qualcosa di più della curva di trasmissione. Bolle e inclusioni solide diffondono la luce e, ad alta potenza, agiscono come punti caldi che possono causare danni. Le strie, le deboli bande compositive lasciate dalla fusione, distorcono i fronti d'onda e contano enormemente per l'imaging o l'interferometria, ma difficilmente per niente per una semplice misurazione del trasferimento radiativo. L'omogeneità dell'indice conta per le grandi aperture e difficilmente per un disco da 10 mm.

Il nostro consiglio è quello di dichiarare la domanda piuttosto che un generico requisito di "migliore qualità". Un fornitore può quindi proporre una classe di bolle, una classe di strie e specifiche di superficie adatte al lavoro, evitando così di pagare per l'omogeneità di grado interferometrico in una parte che deve solo passare il calore in una camera.

Quando il vetro è la risposta sbagliata: imaging termico attraverso una finestra

Le termocamere sono la fonte più frequente di confusione tra infrarossi e vetro e la risposta onesta è che il quarzo non può risolvere il problema. Una termocamera a onde lunghe che opera tra 8 e 14 micrometri vede il vetro come una superficie opaca con un'emissività intorno a 0,9, quindi riporta la temperatura del vetro, corretta da ciò che il vetro riflette. In un laboratorio, il riflesso sono le persone e l'illuminazione, motivo per cui le immagini termiche delle finestre sembrano specchi.

Le solite soluzioni sono tutte legittime e nessuna coinvolge il quarzo:

• Aprire un'apertura libera e misurare attraverso il foro, accettando il flusso d'aria che ne deriva.
• Utilizzare un materiale per finestre che trasmetta realmente nella banda da 8 a 14 micrometri, come germanio, seleniuro di zinco o vetro calcogenuro, e accettarne il costo e le limitazioni termiche.
• Utilizzare invece una termocamera a infrarossi a onde corte, che operi tra circa 0,9 e 1,7 micrometri, dove il quarzo è trasparente e sono ancora possibili misurazioni ad alta temperatura.
• Misurare la superficie esterna con un sensore di contatto o un pirometro adeguatamente corretto per l'emissività che lavora a una lunghezza d'onda più corta.

L’opzione a onde corte è quella più spesso trascurata. Per i lavori in forni a temperature superiori a 700 °C, una telecamera a onde corte dietro una finestra al quarzo può essere una risposta ingegneristica migliore rispetto a una costosa telecamera a onde lunghe dietro una finestra esotica, perché la lunghezza d'onda più corta riduce anche la sensibilità all'errore di emissività e alla contaminazione superficiale.

Il vetro davanti a una macchina fotografica non è automaticamente una cattiva idea; il vetro scelto per la fascia sbagliata lo è. Quando descrivi la misurazione a un fornitore di vetro al quarzo, indica la banda spettrale della fotocamera anziché la parola "termico", poiché "termico" da solo indirizza un fornitore responsabile verso il materiale sbagliato.

Errori nelle specifiche che vediamo ripetutamente

La maggior parte dei problemi relativi ai vetri a infrarossi vengono risolti nell'ordine di acquisto, mesi prima della consegna. Questi sono quelli ricorrenti, in ordine approssimativo di frequenza.

1. Specificare un grado per nome senza lunghezza d'onda. Il "vetro al quarzo" descrive una famiglia, non un livello di prestazioni. Fornire la banda operativa e la trasmissione accettabile su quella banda.
2. Dimenticando il contenuto di idrossili. Qualsiasi requisito oltre i 2,5 micrometri dovrebbe indicare un limite di OH, ad esempio inferiore a 10 parti per milione, e dovrebbe chiedere come viene verificato.
3. Ignorando lo spessore. La trasmissione vicino al bordo della banda ha uno spessore esponenziale. Due fornitori che indicano la stessa qualità con spessori diversi indicano prestazioni diverse.
4. Supponendo che il rivestimento aiuti sempre. Un rivestimento antiriflesso ottimizzato per 1 micrometro farà male a 3 micrometri. Specificare la fascia di rivestimento oppure tralasciarla.
5. Progettazione di un supporto rigido. Il quarzo si espande a circa un quinto della velocità dell'acciaio inossidabile; la differenza deve andare da qualche parte. Utilizzare posti a sedere conformi.
6. Trascurando l'epurazione. Una finestra perfettamente specificata in un'atmosfera sporca diventa inutile durante un turno. Pianificare il flusso di gas in fase di progettazione.
7. Giudicare la qualità a occhio. Una parte che sembra impeccabile potrebbe essere della qualità sbagliata e una parte con una bolla visibile potrebbe essere perfettamente accettabile per un'applicazione di riscaldamento radiativo. Ispezionare in base alle specifiche, non all'intuizione.

Ciascuno di questi problemi è economico da risolvere in fase di preventivo e costoso da risolvere dopo la consegna. Una conversazione di cinque minuti su lunghezza d'onda, spessore, temperatura e atmosfera li previene quasi tutti.

Come acquistare: cosa dovrebbe dirti un produttore di vetro al quarzo

Acquistare quarzo infrarosso non è complicato, ma premia un fornitore che risponde alle domande con misure anziché aggettivi. Che tu abbia a che fare direttamente con un produttore, un fornitore regionale o un grossista che gestisce diverse linee di prodotti, nella risposta tecnica dovrebbero apparire gli stessi dieci elementi.

1. Una curva di trasmissione misurata per la qualità offerta allo spessore offerto, non una figura di catalogo copiata da una scheda tecnica generica. Una misurazione a infrarossi con trasformata di Fourier richiede pochi minuti e risolve la maggior parte degli argomenti.
2. Un valore idrossilico dichiarato e il metodo utilizzato per ottenerlo, solitamente dalla banda di assorbimento vicino a 2,73 micrometri.
3. Classe di bolle e inclusione espresso in uno schema di classificazione riconosciuto piuttosto che come "alta qualità".
4. Informazioni sulle strie e sull'omogeneità dove sono coinvolte l'imaging o l'interferometria.
5. Tolleranze dimensionali per spessore, diametro, planarità e parallelismo, oltre al metodo di misurazione.
6. Specificazione della superficie in termini di scavo, con il grado di lucidatura nominato.
7. Dettagli del rivestimento , compresa la lunghezza d'onda di progetto, la larghezza di banda, l'angolo di incidenza e il guadagno di trasmissione previsto.
8. Limiti termici e velocità di rampa consigliate , incluso il gradiente massimo attraverso la parte.
9. Imballaggio e tracciabilità , perché una finestra da 300 mm che arriva scheggiata è una perdita totale indipendentemente dalla sua qualità ottica.
10. Politica sui campioni e sui tempi di consegna , soprattutto per un primo articolo che deve essere testato sul campo.

Aiuta anche a sapere cosa dovrebbe chiederti un fornitore. Se arriva un preventivo senza una sola domanda su lunghezza d'onda, spessore o temperatura, probabilmente il prezzo si basa su un'ipotesi. Il nostro modulo di richiesta richiede deliberatamente prima la banda operativa, perché determina se citiamo un tubo di grado UV, una lastra di grado infrarosso o una busta lattiginosa.

Dimensioni personalizzate, piccoli lotti e ordini ripetuti

La maggior parte dei progetti a infrarossi iniziano come una tantum e diventano una parte pianificata. Chiedere in anticipo se il fornitore può trattenere un lotto di fusione per ordini ripetuti, se il disegno verrà conservato in archivio con la trasmissione misurata allegata e come verrà comunicato un cambiamento di grado. Queste risposte contano più di una piccola percentuale sulla prima fattura quando sono trascorsi sei mesi dall'inizio della produzione e un nuovo lotto si comporta in modo leggermente diverso.

Per la fabbricazione personalizzata, che si tratti di una finestra a gradini, di una piastra con apertura forata, di un involucro a cupola o di un oblò flangiato, il percorso pratico è inviare un disegno con i requisiti ottici contrassegnati su di esso. Le dimensioni da sole raramente trasmettono ciò che la parte deve effettivamente fare.

Dove si trovano questi prodotti nella nostra gamma

Due punti di ingresso coprono la maggior parte del lavoro a infrarossi descritto sopra. Il primo è il nostro servizio di fabbricazione di finestre personalizzate, che gestisce aperture, piastre forate, profili a gradini e coordinamento del rivestimento antiriflesso per vetri di ispezione e finestre degli strumenti. La seconda è la gamma di riscaldatori a infrarossi, che copre costruzioni di elementi trasparenti, lattiginosi e in fibra di carbonio per apparecchiature di riscaldamento industriale.

Entrambe le pagine si affiancano al catalogo più ampio di tubi, barre, piastre, crogioli e articoli da laboratorio, quindi una singola richiesta può solitamente coprire un intero assieme piuttosto che un singolo componente.

Domande frequenti: infrarossi e vetro

Gli infrarossi passano attraverso il vetro?

In parte lo fa e la quantità dipende interamente dalla lunghezza d'onda. Il normale vetro delle finestre trasmette ragionevolmente bene la luce del vicino infrarosso al di sotto di circa 2,5 micrometri e blocca quasi tutto oltre i 5 micrometri. Il quarzo fuso estende la trasmissione utilizzabile a circa 3,5 micrometri nei gradi a basso contenuto di idrossile. Nella fascia termica da 8 a 14 micrometri, il vetro convenzionale è effettivamente opaco.

Perché una termocamera non riesce a vedere attraverso una finestra?

Perché la fotocamera funziona nell'infrarosso a onde lunghe, dove il vetro assorbe anziché trasmettere. La telecamera quindi legge la superficie del vetro stessa, che emette fortemente e riflette anche l'ambiente circostante. Puntando una termocamera verso una finestra di solito si produce un'immagine del calore riflesso dall'operatore della telecamera.

Il vetro al quarzo è uguale al vetro a infrarossi?

Non esattamente. Il vetro al quarzo è una famiglia di prodotti in silice fusa e solo alcuni membri di quella famiglia sono ottimizzati per il lavoro a infrarossi. Il materiale di grado infrarosso è caratterizzato da un contenuto di idrossile molto basso, che rimuove le bande di assorbimento che limitano la silice di grado UV oltre i 2,5 micrometri.

Quale grado dovrei scegliere per un processo da 2 a 3 micrometri?

Al di sotto di 2,5 micrometri, una silice fusa standard di grado UV generalmente funziona bene e costa meno. Tra 2,5 e 3,5 micrometri, specificare un grado di infrarossi a basso contenuto di idrossile con idrossile inferiore a circa 10 parti per milione e mantenere la finestra sottile quanto consentito dalla progettazione meccanica.

Una finestra più spessa blocca più infrarossi?

Sì, e l'effetto è esponenziale anziché proporzionale, soprattutto vicino al bordo della finestra di trasmissione. Una finestra con prestazioni accettabili a 3 mm può perdere gran parte del segnale a 8 mm alla stessa lunghezza d'onda. Lo spessore è una variabile ottica, non solo meccanica.

I rivestimenti possono migliorare la trasmissione degli infrarossi?

I rivestimenti antiriflesso possono recuperare la maggior parte del 3-4% circa perso su ciascuna superficie non rivestita, ma solo all'interno della banda per la quale sono stati progettati. Un rivestimento ottimizzato per la luce visibile solitamente degrada le prestazioni a 3 micrometri, quindi la lunghezza d'onda di progetto deve essere indicata sul disegno.

Qual è la temperatura massima che può sopportare una finestra in quarzo?

Il quarzo fuso si ammorbidisce sopra i 1.600 °C e viene abitualmente utilizzato ininterrottamente intorno ai 1.100 °C, ma il limite pratico per una finestra è solitamente il gradiente termico attraverso di essa e il metodo di montaggio piuttosto che il punto di rammollimento del materiale. Il riscaldamento graduale, la seduta conforme e il bloccaggio uniforme contano più della cifra principale.

Infrarossi e vetro sono uno di quegli argomenti in cui un po' di precisione all'inizio fa risparmiare una grande quantità di spese in seguito. La fisica è stabile, le opzioni dei materiali sono ben comprese e le modalità di guasto sono quasi tutte prevedibili: un grado scelto per abitudine piuttosto che per lunghezza d'onda, una finestra progettata senza un supporto conforme, un involucro del riscaldatore specificato senza considerare quanto uniformemente il calore deve atterrare, o una termocamera a cui viene chiesto di guardare attraverso un materiale che assorbe esattamente la banda da cui dipende.

Se sei nella fase di abbozzare una parte anziché ordinarne una, la cosa più utile che puoi fare è descrivere il processo in termini semplici: cosa viene riscaldato o misurato, a quale temperatura, a quale lunghezza d'onda, attraverso quale atmosfera e per quanto tempo deve durare la parte. Queste cinque risposte restringono la scelta di qualità, spessore, finitura superficiale e rivestimento più velocemente di qualsiasi tabella delle specifiche e danno al produttore abbastanza spazio per quotare qualcosa che funzionerà ancora in officina tra un anno.