หน้าตาใสๆแต่ไม่ใช่แก้วนะ
เซรามิกใสหรือที่ภาษอังกฤษใช้คำว่า “Transparent ceramics” เป็นวัสดุที่กำลังเป็นที่สนใจในการนำไปใช้งาน แทนแก้วและวัสดุผลึกเดียว (Single crytals) ในงานทางด้านวัสดุเชิงแสง เนื่องจากมีสมบัติในหลายๆด้านที่ดีกว่า เช่นทนทานต่อการกัดกร่อนทางเคมีได้ดี และมีความแข็งแงสูง เมื่อมองเซรามิกใส ลักษณะภายนอกอาจดูใสๆคล้ายแก้ว แต่จริงๆแล้ว โครงสร้างทางจุลภาคของวัสดุทั้งสองชนิดนี้แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง แก้วเป็นวัสดุอสัญฐาน (Amorphous) โครงสร้างจะมีการเรียงตัวไม่เป็นระเบียบทั่วทั้งโครงสร้าง ในขณะที่โครงสร้างของเซรามิกใสประกอบด้วยผลึกขนาดเล็กมาเรียงตัวกันซึ่งเรียงตัวของผลึกขนาดเล็กเหล่านี้เองส่งผลทำให้เซรามิกใสมีความแข็งแรง และทนทานต่อการกัดกร่อนต่างๆได้ดี
ทำไมปกติเซรามิกจึงมีลักษณะทึบแสง
โดยทั่วไปเซรามิกที่พบ (ยกเว้นแก้ว) มักจะมีลักษณะทึบแสง ทั้งๆที่ผลึกเดี่ยวของวัสดุนั้นๆมีลักษณะโปร่งใส ลองนึกภาพของผลึกน้ำตาลทรายที่ใช้ปรุงอาหาร ผลึกของน้ำตาลเดี่ยวๆ จะมีลักษณะใสอย่างน้ำตาลกรวด แต่เมื่อเอาน้ำตาลทรายมาใส่ภาชนะรวมกัน จะเห็นว่าน้ำตาลทรายสีขาว ทึบแสง สาเหตุที่เป็นอย่างนั้นเนื่องมาจากมีอากาศอยู่ระหว่างปลึกของน้ำตาล เมื่อแสงเคลื่อนที่ผ่านผลึกของน้ำตาลไปเจออากาศ ซึ่งมีดรรชนีหักเหต่างกัน จึงเกิดการกระเจิงของแสง เมื่อแสงเคลื่อนที่ผ่านน้ำตาลและอากาศหลายๆครั้ง แสงเกิดการกระเจิงแสงมากขึ้น ทำให้แสงไม่สามารถเดินทางผ่านน้ำตาลได้ เราจึงมองเห็นน้ำตาลทรายที่บรรจุอยู่ในภาชนะรวมกันมีสีขาว และทึบแสง วัสดุเวรามิกก้เช่นกัน วัสดุเซรามิกประกอบด้วยผลึกขนาดเล้กๆมาเรียงตัวกัน เมื่อทำการเผา ผลึกขนาดเล็กๆเหล้านี้เกิดการเผาผลึก (sintering) เชื่อมประสานกันเกิดความแข็งแรงขึ้น อย่างไรก็ตามหลังจากการเผา โดยทั่วไปแล้วยังคงมีรูพรุนเหลืออยู่ในโครงสร้าง ซึ่งอากาศที่เหลือค้างอยู่ในรูพรุนเหล้านี้เอง จะเป็นตัวทำให้เกิดการกระเจิงแสง นอกจากนี้แล้ววัสดุเซรามิกมักจะประกอบด้วยสารประกอบหรือแร่หลายชนิดที่มีดรรชนีหักเหของแสงที่ต่างกันด้วย จึงทำให้วัสดุเซรามิกโดยทั่วไปมีลักษณะทึบแสง
เคล็ดลับในการผลิตเซรามิกใส
เทคนิคสำคัญที่จะทำให้วัสดุเซรามิกเกิดความโปร่งใส คือการทำให้เหลือปริมาณรูพรุนในโครงสร้างให้น้อยที่สุด ซึ่งวัสดุจะเกิดความโปร่งใสเมื่อมีรูพรุนในโครงสร้างน้อยกว่า 0.05% ดังนั้นกระบวนการเผาจึงมีความสำคัญอย่างมากในกระบวนการผลิตเซรามิกใส ซึ่งโดยทั่วไปมักจะทำการเผาโดยควบคุมบรรยากาศของการเผา เช่นเผาในสุญญากาศ (Vacuum sintering) หรือเผาในบรรยากาศไฮโดรเจน หรือเผาโยใช้ความดันทุกทิศทาง (Hot isostatic pressing) เพื่อที่จะไล่อากาศที่ค้างอยู่ในรูพรุนออกไป หลังจากทำการเผาชิ้นงานเซารมิกจะถูกนำไปขัดผิวให้เรียบก็จะได้เป็นชิ้นงานเซรามิกที่สามารถนำไปใช้งานได้
หลอดไฟเซรามิกใส
เซรามิกใสเริ่มมีการวิจัยพัฒนามาตั้งแต่ปี 1961 โดย R.Cobel จากบริษัท General Electric ได้ทำการวิจัยผลิตอะลูมินาเซรามิกใส ซึ่งมีชื่อทางการค้าว่า “Lucalox” เพื่อใช้เป็นตัวหลอดไฟสำหรับหลอด High-pressure sodium lamp เป็นหลอดไฟสีเหลืองๆที่ใช้ตามท้องถนน ซึ่งลักษณะหลอดไฟพวกนี้เมื่อใช้งานจะมีไอของโซเดียมเกิดขึ้น และอุณหภูมิภายในหลอดสูงถึงกว่า 1250 องศาเซลเซียส หากใช้หลอดแก้วจะถูกกัดกร่อนด้วยไอของโซเดียมทำให้อายุการใช้งานสั้น ดังนั้นอลูมินาเซรามิกใสที่มีความทนทานต่อการกัดกร่อนที่ดีกว่า จึงเป็นวัสดุที่มีความเหมาะสมสำหรับการใช้งานนี้ นอกจากนี้ต่อมายังมีการพัฒนาวัสดุเซรามิกใสอื่นๆเพื่อนำมาใช้เป็นตัวหลอดไฟชนิดนี้ เช่น อิตเทรีย แมกนีเซียมอะลูมิเนต อิตเทรียมอะลูมิเนียมการ์เนต และอะลูมิเนียมออกซีไนไตรด์
แสงเลเซอร์จากเซรามิกใส
ในช่วงปี 1990 เซรามิกใสเริ่มเป็นที่สนใจในการนำไปงานด้านเลเซอร์ เพื่อเป็นวัสดุทดแทนการใช้วัสดุชนิดผลึกเดี่ยวในระบบของเลเซอร์ของแข็ง (Solid State Lasers) เนื่องจากวัสดุที่ใช้เป็นตัวกำเนิดแสงเลเซอร์ (Laser Medium) มักจะมีจุดหลอมเหลวสูง ทำให้เตรียมวัสดุผลึกเดี่ยวได้ยาก เนื่องจากต้องใช้เครื่องมือและอุปกรณ์ทีทนอุณหภูมิซึ่งมีราคาแพง นักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่นจากบริษัท Konoshima ได้ทำการผลิตอิตเทรียนอะลูมีเนียมการ์เนต เซรามิกใสที่มีการเติมธาตุนีโอดิเมียมลงไป(Nd) เพื่อใช้เป็นตัวกำเนิดแสงเลเซอร์ โดยใช้กระบวนการผลิตเหมือนเซรามิกโดยทั่วไปได้แก่ ทำการบดผสม ขึ้นรูป แล้วนำไปเผา พบว่าเซรามิกใสที่ได้มีประสิทธิภาพในการกำเนิดแสงเลเซอร์ได้เทียบเท่ากับวัสดุชนิดเดียวกับชนิดเดี่ยว แต่ไม่สามารถผลิตได้ที่อุณหภูมิที่ต่ำกว่า และใช้เวลาในการผลิตสั้นลง ดังนั้นปัจจุบันเซรามิกใสจึงเป็นที่ยอมรับในการใช้งานแทนวัสดุผลึกเดี่ยวอย่างกว้างขวาง
เกราะใสกันกระสุน
นอกจากนี้เซรามิกใสยังเป็นที่สนใจในการนำไปผลิตเป็นเกราะใสเพื่อใช้สำหรับกันกระสุน เนื่องจากเป็นวัสดุที่มีความแข็งมากกว่ากระจก บริษัท Surmet Coporation ประเทศสหรัฐอเมริกา สามารถผลิตเกราะกันกระสุนที่ทนต่อการยิงด้วยกระสุน “.50 Calibre” ได้ โดยใช้อะลูมีเนียมไนไตรด์เซรามิกใสแทนกระจก พบว่าเกราะใสที่ทำจากเซรามิกใสมีความสามารถในการยับยั้งการเจาะผ่านของกระสุนเทียบเท่ากับเกาะใสที่ทำจากกระจก แต่มีความหนาหนาที่น้อยกว่า และมีน้ำหนักเบากว่า ซึ่งทำให้ยานพาหนะที่ติดตั้งเกราะใสที่ทำจากเซรามิกใสมีน้ำหนักเบาและมีความคล่องตัวมากขึ้น
กล้องถ่ายรูป
ในปี 2001 บริษัท Murata Manufacturing ประเทศญี่ปุ่น ได้ทำการพัฒนาเซรามิกใสเพื่อใช้เป็นเลนส์ โดยใช้ชื่อทางการค้าว่า “Lumicera” ซึ่งมีความโปร่งใสของ Lumicera นั้นเทียบเท่ากับเลนส์ปกติที่ทำจากแก้ว แต่มีความแข็งแรง และมีดรรชนีหักเหสูกงว่า ทำให้สามารถผลิตเลนส์ซูมที่มีขนาดเล็กลงได้ และในปี 2004 บริษัท CAsio Computer ได้ทำการผลิตกล้องรุ่น Exilim ซึ่งเป็นกล้องที่มีขนาดบางพิเศษออกสู่ตลาดได้เป็นผลสำเร็จโดยใช้ Lumicera เป็นส่วนประกอบของชุดเลนส์ ซึ่งสาเหตุหลักที่สามารถผลิตกล้องที่มีขนาดบางลงได้ก็เนื่องมาจากการใช้ Lumicera ทีมีดรรชนีหักเหสูงกว่าเลนส์ธรรมดานั่นเอง
ผู้ใดทำซ้ำสำเนาข้อมูลโดยไม่ได้ขออนุญาตจากผู้จัดพิมพ์และผู้เขียนบทความก่อน จะถูกดำเนินการทางกฏหมายอย่างถึงที่สุด ตามพรบ.คอมพิวเตอร์