Optische Kuppeln aus monokristallinem Saphir Saphir Schutzfenster

Kundenspezifische monokristalline Saphir-Optik-Domes Saphir-Schutzfenster

Ein Saphirdom ist ein halbkugelförmiges oder hyper-halbkugelförmiges optisches Fenster aus synthetischem monokristallinem Saphir (α-Al₂O₃). Es wird nicht aus natürlichem Saphir hergestellt, sondern unter Verwendung von hochreinem Aluminiumoxid-Einkristall durch spezifische Kristallwachstums- und Ultrapräzisions-Optikbearbeitungstechniken. Es ist die bevorzugte Wahl für die anspruchsvollsten Anwendungen in High-End-Optiksystemen.

Der Saphirdom wurde für extreme Umgebungen entwickelt und ist eine fortschrittliche optische Schutzabdeckung. Seine halbkugelförmige Struktur bietet das größtmögliche Sichtfeld (FOV) für interne Bildsensoren oder optische Systeme und minimiert gleichzeitig den aerodynamischen Widerstand.

1. Kernmaterial:Das Material ist synthetischer Saphir-Einkristall. Es ist keine Art von Glas, sondern ein Einkristallmaterial mit spezifischen Kristallorientierungen. Dies bedeutet, dass seine mechanischen und optischen Eigenschaften nicht vollständig isotrop sind und durch kristallorientierte Verarbeitung optimiert werden müssen.
2. Herstellungsverfahren:Große Saphir-Boules werden zunächst mit dem Heat Exchange Method (HEM) oder dem Czochralski-Verfahren gezüchtet. Anschließend werden sie orientiert, geschnitten, grob geschliffen, feingeschliffen und schließlich mit Diamantpulver präzisionspoliert. Die Bearbeitung einer Halbkugel zu hoher optischer Qualität, insbesondere das Polieren der Innenfläche, ist technologisch anspruchsvoll und kostspielig.
3. Konstruktionszweck:Es wurde entwickelt, um die Beobachtungs- und Schutzanforderungen in Hochgeschwindigkeits-, Hochdruck-, Hochtemperatur- oder stark korrosiven Umgebungen zu erfüllen, in denen herkömmliches optisches Glas versagt. Es ist nicht nur ein "Fenster", sondern die wichtigste "Rüstung" des gesamten optischen Systems.

Eigenschaften des Saphirdoms

Die Eigenschaften des Saphirdoms leiten sich fast ausschließlich von seiner Einkristallstruktur und chemischen Zusammensetzung ab, wodurch er sich von vielen Materialien abhebt:

1. Extrem hohe Oberflächenhärte und Kratzfestigkeit:

• Saphirdom Mohs-Härte von 9, nur knapp unter Diamant. Dies bedeutet, dass er nahezu unempfindlich gegen Kratzer durch Sand, Ablagerungen oder andere Partikel ist und die optische Klarheit über lange Zeiträume ohne häufigen Austausch beibehält.

2. Ausgezeichnete Breitbandtransmission:

• Der Saphirdom zeichnet sich durch einen sehr breiten Transmissionsbereich aus, von ultravioletten (ca. 0,15 μm) bis zu mittel-infraroten (ca. 5,5 μm) Wellenlängen. Dies macht ihn nicht nur für die Bildgebung im sichtbaren Licht, sondern auch für UV- und IR-Optiksysteme geeignet.

3. Herausragende Druck- und Schlagfestigkeit:

• Saphirdom außergewöhnlich hohe Druckfestigkeit, in der Lage, enormem hydrostatischem Druck standzuhalten (z. B. für Tiefsee-U-Boote). Seine strukturelle Integrität ermöglicht es ihm auch, Stößen durch Wassertropfen, Sand und sogar Vogelschlägen während des Hochgeschwindigkeitsflugs standzuhalten.

4. Außergewöhnliche chemische Inertheit und thermische Stabilität:

• Saphirdom ist in Wasser unlöslich, beständig gegen starke Säuren und Laugen und in Meerwasser hochstabil. Mit einem Schmelzpunkt von bis zu 2050°C und einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten behält er die Dimensionsstabilität bei hohen Temperaturen ohne Erweichung oder Verformung wie Glas.

5. Geringe thermische Strahlung:

• Der Saphirdom weist eine geringe Eigenemission im mittleren Infrarotband auf, was für Infrarot-Lenk- und Wärmebildsysteme entscheidend ist. Dies verhindert, dass thermisches Rauschen, das vom Dom selbst erzeugt wird, die Bildqualität der internen Sensoren beeinträchtigt.

Anwendungen des Saphirdoms

Die Anwendungen von Saphirdomen konzentrieren sich fast ausschließlich auf High-End-Militär-, Luft- und Raumfahrt- sowie modernste wissenschaftliche Forschungsbereiche:

• Elektrooptische Pods & Infrarot-Such- und -Verfolgungssysteme (IRST):

Saphirdome werden als Schutzfenster an der Vorderseite von elektrooptischen Pods an Militärflugzeugen, UAVs oder Marineschiffen verwendet. Ihre hohe Festigkeit hält Stößen während des Hochgeschwindigkeitsflugs stand, während die hohe Transmission und die geringe Eigenemission eine klare und genaue Zielabbildung für interne IR- und elektrooptische Sensoren gewährleisten.

• Raketensucher:

Eine kritische Komponente von Infrarotsuchern in Luft-Luft- und Boden-Luft-Raketen. Die aerodynamische Form des Doms reduziert den Flugwiderstand, und seine Hochtemperaturbeständigkeit ermöglicht es ihm, der aerodynamischen Erwärmung durch Luftreibung während des Hochgeschwindigkeitsflugs der Rakete standzuhalten und den Verlust des Zielsignals aufgrund der "thermischen Barriere" zu verhindern.

• Tiefsee-Erkundungsgeräte:

Saphirdome werden als Beobachtungsfenster oder Kameragehäuse für Tiefsee-U-Boote und ferngesteuerte Fahrzeuge (ROVs) verwendet. Ihre extreme Druckbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit bieten Schutz für Kameras und Sensoren in Tiefen von mehreren tausend Metern.

• Hochdruckfenster & Sensorschutz:

In industriellen Umgebungen werden sie als Sichtfenster in extremen Hochdruck-, Hochtemperatur- oder korrosiven Umgebungen eingesetzt, z. B. in chemischen Reaktoren und Systemen zur Oxidation von überkritischem Wasser.

• High-End-Forschungsausrüstung:

Saphirdome werden in speziellen optischen Versuchsaufbauten, Spektrometer-Probenkammern oder wissenschaftlichen Instrumenten verwendet, die extrem weite Sichtfelder und hohe Haltbarkeit erfordern.

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1. F: Wofür wird ein Saphirdom verwendet?
    A: Ein Saphirdom wird in erster Linie als extrem haltbares optisches Fenster zum Schutz empfindlicher Kameras und Sensoren in Raketen, Unterwasserfahrzeugen und Militärflugzeugen vor rauen Umgebungen wie hohem Druck, Abrieb und extremen Temperaturen verwendet.

2. F: Warum wird Saphir für Domes verwendet?
    A: Saphir wird für Domes verwendet, da er eine einzigartige Kombination aus außergewöhnlicher Härte (Kratzfestigkeit), breiter optischer Transmission von UV bis IR und hoher struktureller Festigkeit bietet, die für das Überleben in anspruchsvollen Luft- und Raumfahrt- und Marineanwendungen entscheidend sind.

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