赤外線とガラス: IR ウィンドウとヒーターに適切な石英グレードの選択

赤外線とガラスの関係は、ベンチ上で部品がどれだけ鮮明に見えるかではなく、波長によって決まります。数年前、お客様は、熱画像カメラの前に置いて 900 °C の炉室を観察するための、直径 60 mm、厚さ 5 mm の溶融シリカ ディスクの図面を私たちに送ってきました。どの寸法も正確でした。材料が間違っていました。カメラが使用した 8 ～ 14 マイクロメートルの帯域では、溶融シリカはまったく窓ではありません。それは壁です。カメラはディスク自体の表面発光とその背後にある作業場の反射を捉え、炉は完全に機械加工されたブランクの背後に見えないままになっていたでしょう。

この見積もりリクエストは、教科書のどの章よりも赤外線とガラスについて詳しくまとめています。ガラスは赤外線に対して完全に透明または不透明ではありません。定義された範囲内では透明ですが、その範囲外では見えなくなり、範囲の端は組成、ヒドロキシル含有量、厚さに応じて移動します。正しく選択すれば、石英ガラスは赤外線システムで最も有用な材料の 1 つになります。石英ガラスは、連続使用で 1,100 °C まで耐え、熱衝撃を回避し、中波ヒーターが放出するもののほとんどを通過させます。間違った選択をすると、高価な装飾ディスクを所有することになります。

この記事は、ヒーターエンベロープを指定するプロセスエンジニア、ウィンドウを選択する機器設計者、高温計のトラブルシューティングを行うメンテナンスチーム、石英ガラスメーカーからの見積もりを比較する購買担当者など、実際にそのような判断を下さなければならない人々を対象に書かれています。私たちは石英管、ロッド、プレート、窓、るつぼ、赤外線発熱体を毎週製造しているため、以下の例は物理学のシラバスではなく、実際の発注書に基づいています。

ショートバージョン: ガラスをバンドに合わせます

1 つだけ覚えている場合は、石英ガラスは近赤外線および短波赤外線材料であるということを覚えておいてください。高純度の溶融シリカは、紫外線の約 180 ナノメートルから約 2.5 マイクロメートルまでの光を透過し、低ヒドロキシル グレードは使用可能な透過率を約 3.5 マイクロメートルまで押し上げます。約 4 マイクロメートルを超えると、吸収は急激に上昇します。およそ 8 ～ 10 マイクロメートルの間では、シリコンと酸素のネットワークが非常に強く吸収するため、3 mm の窓は事実上黒くなります。

この 1 つの事実により、私たちが受け取るほぼすべての問い合わせは、次の 3 つのバケットのいずれかに分類されます。

• 1～3マイクロメートル。 石英ガラスがデフォルトの選択です。赤外線ランプ、カーボンファイバーエミッター、2マイクロメートルファイバーレーザー、ガス感知、水分測定、プラスチックプリフォームの再加熱、およびほとんどの工業用乾燥プロセスがここにあります。
• 3～5マイクロメートル。 あなたはカーブの路肩にいます。低 OH 溶融シリカは依然として機能しますが、厚さは非常に重要であり、ヒドロキシル含有量は仮定ではなく指定する必要があり、1 ミリメートル余分に実信号が必要になります。
• 8～14マイクロメートル。 クォーツでは役に立ちません。熱画像処理、ほとんどの高温計、および長波放射測定には、ゲルマニウム、セレン化亜鉛、硫化亜鉛、短い方の端にはシリコン、またはカルコゲナイド ガラスが必要です。長波カメラの石英窓はフィルタであり、窓ではありません。

この記事の他のすべては、ヒドロキシルがどのように吸収されるか、厚さが問題をどのように悪化させるか、コーティングが数値をどのように変化させるか、サプライヤーが実際に満たすことができる購入仕様の書き方など、そのフレームワークに関連する詳細です。

なぜシリカは近赤外線を透過し、熱赤外線を遮断するのか

透明性は抽象的な素材の特性ではありません。それは 2 つの吸収メカニズムの間のギャップです。短波長側では、光子は最終的にガラスのバンドギャップを越えて電子を持ち上げるのに十分なエネルギーを運びます。これが、溶融シリカが約 180 ナノメートル以下で不透明になる理由です。長波長側では、光子は最終的にシリコンと酸素のネットワーク自体の振動を励起するのに適切なエネルギーを運びます。これらの振動吸収は熱赤外線の中にあり、強力です。

実際の結果は、ハード エッジではなくソフト エッジを持つ送信ウィンドウになります。溶融シリカは、1 マイクロメートルでは優れており、2 マイクロメートルでは良好、3 マイクロメートルでは適切なグレードで使用可能、4 マイクロメートルでは限界、9 マイクロメートルでは絶望的です。通常のソーダ石灰フロートガラスは、酸化鉄不純物が近赤外線を多く吸収するため、はるかに早く限界に達します。夏の太陽の下で厚い窓ガラスが暖かく感じるのはまさにこのためです。可視光が入り込み、近赤外線エネルギーが窓ガラスの内側で熱に変換されます。

3 つの赤外線バンドを簡単に説明すると

近および短波赤外線、およそ 0.7 ～ 2.5 マイクロメートル。 これは、ランプベースの加熱、光ファイバー通信、分光水分測定、短波赤外線検査カメラの帯域です。ここでは石英ガラスが主流ですが、ほとんど説明の必要はありません。

中波赤外線、およそ 3 ～ 5 マイクロメートル。 これは、高温物体温度測定、燃焼ガス分析、一部の軍用光学機器、および増加するガスセンサーの分野です。光路が短い場合、低 OH 溶融シリカはこの帯域の下半分に対応できます。 4 マイクロメートルを超える場合は、他の素材を正直に評価する必要があります。

長波赤外線、およそ 8 ～ 14 マイクロメートル。 ここでは、室温の物体が強く放射するため、サーマルカメラが機能します。ガラスはほぼ全帯域にわたって不透明であるため、窓に向けたサーマルカメラでは窓の表面温度とカメラの背後にあるものの反射が観察されます。

ヒドロキシルはガラスの中で何をしているのか

溶融中にシリカネットワークに取り込まれた水はヒドロキシル基を残し、それらの基は約 1.38、2.22、および 2.73 マイクロメートルで独自の振動吸収を持ちます。 800 ～ 1,200 ppm のヒドロキシルを含む UV グレードの溶融シリカは、2 マイクロメートル未満では優れていますが、2.7 マイクロメートルではごく普通です。ヒドロキシル含有量が 10 ppm 未満の赤外線グレードの材料は、その吸収のほとんどを除去し、追加のマイクロメートルの動作範囲を獲得します。

これは、私たちが目にする最も一般的な仕様ギャップです。購入者は「厚さ 3 mm、高透過率の石英ガラス」を要求し、2.7 マイクロメートルで信号のほぼ半分を失う、適切に製造された UV グレードのウィンドウを受け取りました。何も欠陥はありませんでした。グレードは単に記載されていませんでした。

赤外線におけるガラスファミリーの比較表

以下の表は、最もよく質問されるガラス ファミリの動作をまとめたものです。範囲は、通常の厚さの一般的な使用可能な透過率の数値であり、ドーパント、鉄含有量、およびヒドロキシルレベルのすべてがエッジをシフトするため、すべての溶融物に対して保証された限界ではありません。

この表はランキングではなくフィルターとして参照してください。 JGS1 は JGS3 より優れているわけではありません。スペクトルの別の端に向けて最適化されています。すべての赤外線ジョブに対して単一のグレードを見積もるサプライヤーは、その要求を誤解しているか、あなたが気付かないことを望んでいるかのどちらかです。

数字の下に 2 つの実用的なメモがあります。まず、目に見える透明度からは赤外線の性能についてほとんど何も分からないため、納品されたウィンドウの目視検査ではほとんど証明されません。第 2 に、ガラスの厚い部分がわずかに灰色または緑色に見える場合は、通常、鉄分が露出しています。これは覗き窓では無害ですが、近赤外線窓では許容できません。

3 マイクロメートルでの透過率: グレードが分かれる場所

以下のチャートは、4 つの一般的な材料について、10 mm の経路を通る 3 マイクロメートルでの内部透過率を比較しています。 3 マイクロメートルでは、厚さや研磨ではなくヒドロキシル含有量が結果を支配するため、意図的にその波長に焦点を当てています。

3 つのことが際立っています。 2 つのシリカ グレード間の差はヒドロキシル バンドの幅であり、純度や職人技の違いではありません。そのため、修正は研磨の変更ではなくグレードの変更となります。この地域ではホウケイ酸塩が単に「少し悪い」だけではありません。これは異なる材料クラスであり、供給不足の場合には新たな光学的レビューなしに代替すべきではありません。そして、ソーダ石灰の図は、たとえ完全に透明に見えても、なぜ普通のガラスが赤外線窓として役に立たないのかを説明しています。

当社独自の赤外線作業では、低水酸基のプレートおよびチューブのストックを UV グレードのストックから分離し、梱包リストに溶融バッチ番号をマークするのはこのためです。見積もりの​​後ではなく、事前にお客様にターゲットの波長を尋ねる理由もここにあります。アプリケーションが 2 マイクロメートルに収まる場合、標準の UV グレードのウィンドウが適切に機能し、コストを節約できます。ガラスの厚さが 3.2 マイクロメートルであれば、その同じ窓が信号を半減させ、顧客はガラスのせいだと疑う前に、コーティング、研磨、調整のせいにするでしょう。

厚さによって効果は直線的ではなく指数関数的に増大するため、バンドの端にある 5 mm のウィンドウは 3 mm のウィンドウよりも単に「少し暗い」というわけではありません。実際には、カットオフ近くで作業する必要がある場合は、機械設計が許容できる最も薄いウィンドウを指定し、節約した分をより良いグレードに費やします。

赤外線ヒーター: 石英外皮がフィルターではない理由

赤外線とガラスの組み合わせの最大の産業用途は石英赤外線加熱管で、これが機能するのは、エンベロープが封入する放射線に対して透明であるためです。約 1,200 K で動作するカーボン ファイバー フィラメントは、ウィーンの変位則により 2.4 マイクロメートル付近で最も強く放射します。同様の温度では、ニッケルクロム元素は同等の挙動を示します。ハロゲンを充填したチューブ内のタングステン フィラメントは 2,800 K 付近で高温になり、ピークは 1 マイクロメートル近くになります。 3 つすべてが石英エンベロープの透過窓の内側に快適に収まるため、管壁は生成するエネルギーをほとんど吸収しません。

それは些細なことではありません。エンベロープがそれ自体の出力を吸収すると、チューブはワークピースではなくチューブ自体を加熱し、効率が崩壊し、壁が柔らかくなります。クォーツは 3 つの故障モードをすべて一度に回避し、1,600 °C を超える軟化点と 1 ケルビンあたり約 0.55 × 10⁻⁶ の熱膨張係数を追加します。そのため、生産ラインでヒーターに冷水がかかっても割れることはありません。

透明石英赤外線加熱管 透明な石英管は、集中加熱、高速応答、熱衝撃耐性のための直接赤外線透過を提供します。タイトなフィラメントイメージと高効率が重要な場合に役立ちます。 製品を見る→

透明で乳白色のドープされた封筒

透明な石英は、最高の直接透過率と緻密なフィラメント画像を提供し、集中加熱、熱成形、半導体急速熱処理に適しています。乳白色または不透明な石英は放射線を散乱させ、ホットスポットを和らげ、広いターゲット全体に均一な分布を生成します。これは通常、オーブンの乾燥、塗料の硬化、食品の温めに適しています。

ドープされた石英チューブは、エンベロープが吸収する場所を移動することによって 3 番目のオプションを追加します。紫外線放射をカットするためにドープされたチューブはオゾンの発生を減らし、熱に弱い製品を保護します。また、おなじみの赤またはルビーのチューブは、赤外線出力をブロックすることなく短波長を目に見えてフィルタリングします。ランプメーカーにとって、これは多くの場合、排出仕様の合否を分けることになります。

エミッタと負荷のマッチング

波長の一致は、ほとんどの購入者が期待している以上に重要です。水性塗料、紙、繊維は約 3 マイクロメートルを強く吸収するため、中波カーボンエミッターは効率的に熱を伝達します。薄いポリマーフィルムと PET プリフォームは 1 ～ 2 マイクロメートルの領域でよく吸収するため、短波長ハロゲンランプに有利です。目には透明に見える透明なプラスチックでも、近赤外線を強く吸収する可能性があります。これがまさに、赤外線溶接や焼き嵌めが機能する理由です。

私たちは通常、封筒を推奨する前に 3 つの質問をします。対象となる素材は何か、どの温度に達する必要があるか、結果はどの程度均一でなければならないかです。これら 3 つの答えにより、データシートよりもはるかに早く、エミッター、チューブの直径、壁の厚さ、表面仕上げの選択肢が絞り込まれます。

高温プロセス用の赤外線窓と覗き窓

1,000 °C のチャンバーを覗く窓は、動作波長で透明性を維持すること、温度勾配に耐えること、プロセス雰囲気を適切な場所に維持することという 3 つの仕事を同時に実行する必要があります。クォーツはこれら 3 つすべてをほとんどの代替品よりもうまく処理できますが、それは機械設計がサポートしている場合に限ります。

典型的な炉の覗き窓を考えてみましょう。プロセス面は 900 °C、外面は 60 °C に保たれ、カメラまたは高温計は 1.5 マイクロメートルを覗きます。 5 mm の低 OH 石英ディスクは、光学要件を簡単に満たします。障害モードが伝達であることはほとんどありません。取り付け中です。窓の両面がしっかりとクランプされていると、石英とステンレス鋼のフランジの間の膨張差によって窓に亀裂が生じます。これは、石英の膨張が周囲の金属よりもはるかに小さいためです。ソフトガスケット、フローティングシート、どの面が熱いのか明確な仕様を推奨します。

パージは 2 番目の設計上の決定です。すすが多い、または凝縮した雰囲気にある石英窓は、ガラス自体が劣化するずっと前に、表面の堆積物によって透過率を失います。プロセス面全体に接線方向の空気または窒素パージを行うと、表面がきれいに保たれ、さらに表面が冷却されます。パージガスが利用できない場合は、エンクロージャ内のわずかな正圧でも同じ結果が得られることがよくあります。

光学および熱用途向けの高純度石英ウィンドウ 高純度石英窓は高温で熱的に安定した光学観察に適しています。伝送損失が問題となる場合は、パージと広帯域反射防止のニーズを考慮してください。 製品を見る→

厚さ、コーティングおよび表面品質

コーティングされていない溶融シリカは、近赤外線のフレネル反射によって表面あたり約 3 ～ 4 パーセントが失われます。 2 つの表面、4 パーセント、および材料内部のさらなる損失: 名目上優れたウィンドウは、プロセスが始まる前に 96 パーセントではなく 90 パーセントを提供できます。反射防止コーティングはそのほとんどを回復しますが、設計された帯域全体でのみ回復するため、センサーが波長を掃引する場合には広帯域仕様が重要になります。

寸法公差も明確に記載する価値があります。厚さ ±0.05 mm、表面品質 40/20 スクラッチ ディグで指定されたウィンドウは、±0.2 mm の汎用ブランクよりも高価であり、ほとんどの覗き窓用途ではこれより厳しいグレードは必要ありません。逆に、レーザーグレード仕上げの代わりに市販の研磨剤を静かに使用するレーザーウィンドウは、散乱の影響を受け、高出力では局所的な加熱の影響を受けます。

エッジの品質は、ほとんどの破損が始まる場所であるため、言及する価値があります。研削され面取りされたエッジは、取り扱い中の欠けを防止し、熱サイクル下で開口部に亀裂が伝播する可能性を減らします。

赤外線光学石英: JGS3 で得られるものとそのコスト

一般に JGS3 の名称で参照される赤外線グレードの溶融シリカは、お客様が約 3.5 マイクロメートルまでの有効な伝送を必要とする場合に当社が提供するものです。ヒドロキシル含有量は約 10 ppm 以下に保たれており、UV グレードの材料を制限する 2.73 マイクロメートルの吸収帯が除去されています。

JGS3 赤外線グレード光学石英プレート JGS3 光学石英プレートは 0.26 ～ 3.5 μm をカバーし、2.7 μm のヒドロキシル吸収バンドを回避します。 UV 範囲がそれほど重要ではない赤外線伝送に役立ちます。 製品を見る→

トレードオフを指定する前に理解しておく価値があります。ヒドロキシルを除去すると、紫外線カットオフがより長い波長（通常は 250 ナノメートルを超える）にシフトするため、赤外線グレードは UV ランプのエンベロープとしては適切な選択ではありません。また、溶融と固化のプロセスがより要求が厳しく、サプライヤーがヒドロキシルを想定するのではなく実際に測定する必要があるという意味で、より敏感であるため、UV グレードの材料よりもコストがかかります。

JGS3 がその価格を獲得しているのは、2 ～ 3 マイクロメートルのファイバー レーザー用の光学窓、メタンと水蒸気の検出用のガス吸収セル、冷却された中波検出器上の保護窓、および湿気の吸収によってドリフトしてはならない基準光学系です。無駄になるのは、可視光窓、UV 硬化装置、および 1 マイクロメートルでの一般的な炉観察であり、安価なグレードでも同等の性能を発揮します。

伝達と同じくらい重要な品質特性

赤外線の光路は透過曲線以外にも影響を受けます。気泡や固体の内包物は光を散乱させ、高出力下では損傷を引き起こす可能性のあるホットスポットとして機能します。溶融によって残されたかすかな組成の縞である脈理は、イメージングや干渉法では波面と物質を大きく歪めますが、単純な放射伝達測定ではほとんど歪めません。屈折率の均一性は、大きな開口部では重要ですが、10 mm ディスクではほとんど問題になりません。

私たちのアドバイスは、一般的な「最高の品質」要件ではなく、アプリケーションについて説明することです。サプライヤーは、ジョブに適合する気泡クラス、脈理クラス、および表面仕様を提案できるため、チャンバーに熱を通すだけでよい部品の干渉グレードの均質性にお金を払う必要がなくなります。

ガラスが間違っている場合: 窓からの熱画像撮影

サーマルカメラは赤外線とガラスの混同の最も頻繁な原因であり、正直な答えは、クォーツでは問題を解決できないということです。 8 ～ 14 マイクロメートルで動作する長波長サーマルカメラは、ガラスを放射率約 0.9 の不透明な表面として認識するため、ガラスの反射物によって補正されたガラスの温度を報告します。作業場では、その反射は人や照明であり、窓の熱画像が鏡のように見えるのはこのためです。

通常の修正はすべて正当なものであり、クォーツに関係するものはありません。

• 明確な開口部を開いて、それに伴う空気の流れを受け入れながら、穴を通して測定します。
• ゲルマニウム、セレン化亜鉛、カルコゲナイド ガラスなど、8 ～ 14 マイクロメートルの帯域で実際に透過する窓材を使用し、そのコストと熱的制限を受け入れてください。
• 代わりに、約 0.9 ～ 1.7 マイクロメートルで動作する短波赤外線カメラを使用します。この場合、石英は透明であり、高温測定も可能です。
• 接触センサーまたはより短い波長で動作し、適切に放射率が補正された高温計を使用して外面を測定します。

短波オプションは最も見落とされがちなものです。 700 °C を超える炉や窯での作業では、波長が短いと放射率誤差や表面汚染に対する感度も低下するため、石英窓の後ろにある短波長カメラの方が、エキゾチックな窓の後ろにある高価な長波カメラよりも優れた工学的解決策となる可能性があります。

カメラの前にガラスを置くことは必ずしも悪い考えではありません。間違ったバンドに選択されたガラスです。石英ガラスのサプライヤーに測定結果を説明するときは、「熱」という言葉ではなく、カメラのスペクトル帯域を伝えてください。「熱」という言葉だけでは、責任のあるサプライヤーが間違った材料を指していることになるからです。

繰り返し見られる仕様ミス

赤外線ガラスの問題のほとんどは、納品の数か月前に注文書で決定されます。これらは、大まかな頻度順に繰り返し発生するものです。

1. 波長を省略した名前でグレードを指定します。 「石英ガラス」は性能レベルではなく、ファミリーを表します。動作帯域とその帯域での許容可能な送信を示します。
2. 水酸基含有量のことは忘れてください。 2.5 マイクロメートルを超える要件には、たとえば 10 ppm 未満などの OH 制限を記載する必要があり、それがどのように検証されるかを尋ねる必要があります。
3. 厚み無視。 バンドエッジ付近の透過率は、厚さが指数関数的になります。異なる厚さの同じグレードを見積もっている 2 つのサプライヤーは、異なる性能を見積もっています。
4. コーティングが常に役立つと仮定します。 1 マイクロメートルに最適化された反射防止コーティングは、3 マイクロメートルでは傷つきます。コーティングバンドを指定するか、オフのままにします。
5. リジッドマウントの設計。 クォーツはステンレス鋼の約 5 分の 1 の速度で膨張します。違いはどこかに行かなければなりません。適合した座席を使用してください。
6. 粛清を見渡す。 汚れた雰囲気の完璧に指定されたウィンドウは、シフトでは役に立たなくなります。設計段階でガスの流れを計画します。
7. 品質は目で見て判断します。 完璧に見える部品は間違ったグレードである可能性があり、目に見える気泡がある部品は輻射加熱用途には完全に許容される可能性があります。直感ではなく、仕様に照らして検査してください。

これらはそれぞれ、見積もり段階での修正は安価ですが、納品後の修正は高価です。波長、厚さ、温度、大気について 5 分間会話すれば、ほとんどすべてのことが防げます。

購入方法: 石英ガラス メーカーが伝えるべきこと

赤外線クォーツの購入は複雑ではありませんが、形容詞ではなく測定値で質問に答えるサプライヤーに報酬が与えられます。メーカーと直接取引している場合でも、地域のサプライヤー、または複数の製品ラインを扱う卸売業者と取引している場合でも、技術的応答には同じ 10 項目が表示されるはずです。

1. 測定された透過率曲線 一般的なデータシートからコピーしたカタログ数値ではなく、提供される厚さで提供されるグレードを表します。フーリエ変換赤外線測定には数分かかり、ほとんどの議論が解決されます。
2. 記載された水酸基価 およびそれを取得するために使用される方法。通常は 2.73 マイクロメートル付近の吸収バンドから取得されます。
3. バブルとインクルージョンクラス 「高品質」という表現ではなく、認知されたグレーディング体系で表現されています。
4. 脈理および均質性情報 イメージングまたは干渉法が関係する場合。
5. 寸法許容差 厚さ、直径、平面度、平行度、測定方法など。
6. 表面仕様 スクラッチ・ディグ用語で、研磨グレードに名前が付けられています。
7. コーティング詳細 、設計波長、帯域幅、入射角、予想される透過利得を含みます。
8. 熱制限と推奨温度上昇率 、成形品全体の最大勾配を含みます。
9. 梱包とトレーサビリティ なぜなら、欠けた状態で到着した 300 mm の窓は、その光学的品質に関係なく完全な損失だからです。
10. サンプルとリードタイムのポリシー 特に、実際のフィクスチャでテストする必要がある最初のアーティクルの場合はそうです。

また、サプライヤーが何を尋ねるべきかを知るのにも役立ちます。波長、厚さ、温度について何の質問もされずに見積書が届いた場合、その価格は推測に基づいている可能性があります。当社独自の問い合わせフォームでは、最初に動作バンドを意図的に尋ねています。これは、UV グレードのチューブ、赤外線グレードのプレート、または乳白色のエンベロープのいずれを見積もるかを決定するためです。

カスタムサイズ、小ロット、リピート注文

ほとんどの赤外線プロジェクトは 1 回限りのものとして始まり、スケジュールされた一部になります。サプライヤーが再注文用の溶解バッチを保持できるかどうか、測定された透過率を添付した図面がファイルに保存されるかどうか、グレードの変更がどのように伝達されるかについて、早めに問い合わせてください。生産開始から 6 か月が経過し、新しいバッチの動作が若干異なる場合、これらの回答は最初の請求書で数パーセント以上重要になります。

カスタム製作の場合、段付き窓、穴あき絞りプレート、ドーム型エンベロープ、またはフランジ付き照準ポートのいずれを意味する場合でも、実際的な方法は、光学要件をマークした図面を送信することです。寸法だけでは、部品が実際に何をしなければならないかを伝えることはほとんどありません。

これらの製品が当社のラインナップのどこに位置するか

2 つのエントリ ポイントで、上記の赤外線作業のほとんどをカバーします。 1 つ目は、覗き窓や計器窓の開口部、穴あきプレート、段付きプロファイル、反射防止コーティングの調整を扱うカスタム窓製造サービスです。 2 つ目は赤外線ヒーターの製品群で、産業用加熱装置用の透明、乳白色、カーボンファイバー要素構造をカバーしています。

どちらのページもチューブ、ロッド、プレート、るつぼ、実験器具の幅広いカタログと並んで掲載されているため、通常は 1 回の問い合わせで単一のコンポーネントではなくアセンブリ全体をカバーできます。

FAQ: 赤外線とガラス

赤外線はガラスを通過しますか？

一部はそうなりますが、その量は完全に波長に依存します。通常の窓ガラスは、約 2.5 マイクロメートル以下の近赤外線を適度に透過し、5 マイクロメートルを超える光はほぼすべて遮断します。溶融石英は、低水酸基グレードで使用可能な透過率を約 3.5 マイクロメートルまで拡張します。 8 ～ 14 マイクロメートルの熱帯域では、従来のガラスは事実上不透明です。

なぜサーマルカメラは窓を通して見ることができないのですか?

カメラは長波赤外線で動作するため、ガラスは透過するのではなく吸収するからです。したがって、カメラは、強く発光し、周囲を反射するガラス表面そのものを読み取ります。サーマルカメラを窓に向けると、通常、カメラオペレーター自身の熱が反射して戻ってくる画像が生成されます。

石英ガラスは赤外線ガラスと同じですか?

正確には違います。石英ガラスは溶融シリカ製品のグループの 1 つであり、そのグループの一部のメンバーだけが赤外線の用途に最適化されています。赤外線グレードの材料は、ヒドロキシル含有量が非常に低いことが特徴で、これにより 2.5 マイクロメートルを超える UV グレードのシリカを制限する吸収帯が除去されます。

2 ～ 3 マイクロメートルのプロセスではどのグレードを選択すればよいですか?

2.5 マイクロメートル未満の標準的な UV グレードの溶融シリカは、一般に優れた性能を発揮し、コストも安くなります。 2.5 ～ 3.5 マイクロメートルの間で、ヒドロキシルが約 10 ppm 未満の低ヒドロキシル赤外線グレードを指定し、機械設計が許す限りウィンドウを薄く保ちます。

窓が厚いほど赤外線をより多く遮断できますか?

はい、特に送信ウィンドウの端近くでは、その影響は比例的ではなく指数関数的です。 3 mm で許容できる性能を発揮するウィンドウでも、同じ波長の 8 mm では信号の大部分が失われる可能性があります。厚さは機械的な変数であるだけでなく、光学的な変数でもあります。

コーティングにより赤外線透過率が向上しますか?

反射防止コーティングは、コーティングされていない各表面で失われたおよそ 3 ～ 4 パーセントのほとんどを回復できますが、それは設計された帯域内でのみです。可視光用に最適化されたコーティングは通常、3 マイクロメートルで性能が低下するため、設計波長を図面に記載する必要があります。

石英窓の最高温度は何度ですか?

溶融石英は 1,600 °C を超えると軟化し、通常は約 1,100 °C で継続的に使用されますが、窓の実際的な限界は、通常、材料の軟化点ではなく、窓全体の温度勾配と取り付け方法によって決まります。ヘッドラインの数字よりも、段階的な加熱、準拠した座り方、さらにはクランプが重要です。

赤外線とガラスは、初期に少し精度を高めることで、後で多大な出費を節約できるトピックの 1 つです。物理学は安定しており、材料のオプションはよく理解されており、故障モードはほぼすべて予測可能です。波長ではなく習慣によって選択されたグレード、準拠したマウントを使用せずに設計された窓、熱がどの程度均等に到達する必要があるかを考慮せずに指定されたヒーターエンベロープ、または依存する帯域を正確に吸収する材料を通して見るように要求されたサーマルカメラなどです。

部品を注文するのではなく、部品をスケッチする段階にある場合、最も役立つことは、プロセスをわかりやすい言葉で説明することです。つまり、何が加熱または測定され、どの温度で、どの波長で、どのような雰囲気を通過し、その部品がどのくらいの時間持続する必要があるのか​​を説明することです。これら 5 つの回答により、どの仕様表よりも早くグレード、厚さ、表面仕上げ、コーティングの選択肢が絞り込まれ、メーカーは 1 年後も製造現場で機能するものを見積もるのに十分な情報が得られます。