Infrarrojos y vidrio: elección de los grados de cuarzo adecuados para ventanas y calentadores de infrarrojos

La relación entre el infrarrojo y el vidrio se decide por la longitud de onda, no por la claridad con la que se ve la pieza en el banco. Hace unos años, un cliente nos envió un dibujo de un disco de sílice fundida, de 60 mm de ancho y 5 mm de espesor, para sentarnos frente a una cámara termográfica y observar la cámara de un horno a 900 °C. Cada dimensión era correcta. El material estaba mal. En la banda de 8 a 14 micrómetros que utilizó la cámara, la sílice fundida no es una ventana en absoluto; es una pared. La cámara habría visto la propia emisión superficial del disco más un reflejo del taller detrás de él, y el horno habría permanecido invisible detrás de una pieza en bruto perfectamente mecanizada.

Esa solicitud de cotización resume mejor los infrarrojos y el vidrio que cualquier capítulo de un libro de texto. El vidrio no es categóricamente transparente ni opaco a los infrarrojos. Es transparente en un rango definido, ciego fuera de ese rango, y los bordes del rango se mueven con la composición, el contenido de hidroxilo y el espesor. Elija correctamente y el vidrio de cuarzo se convierte en uno de los materiales más útiles en un sistema de infrarrojos: sobrevive a 1.100 °C en servicio continuo, resiste el choque térmico y pasa la mayor parte de lo que emite un calentador de onda media. Si elige mal, tendrá un costoso disco decorativo.

Este artículo está escrito para las personas que realmente tienen que tomar esa decisión: ingenieros de procesos que especifican una envoltura de calentador, diseñadores de instrumentos que eligen una ventana, equipos de mantenimiento que solucionan problemas de un pirómetro y personal de compras que compara cotizaciones de un fabricante de vidrio de cuarzo. Construimos tubos de cuarzo, varillas, placas, ventanas, crisoles y elementos calefactores infrarrojos cada semana, por lo que los ejemplos siguientes provienen de pedidos de compra reales y no de un programa de estudios de física.

La versión corta: combine el vaso con la banda

Si solo recuerda una cosa, recuerde esto: el vidrio de cuarzo es un material de infrarrojo cercano y de onda corta. La sílice fundida de alta pureza pasa la luz desde aproximadamente 180 nanómetros en el ultravioleta hasta aproximadamente 2,5 micrómetros, y los grados bajos en hidroxilo empujan la transmisión utilizable a aproximadamente 3,5 micrómetros. Más allá de unos 4 micrómetros, la absorción aumenta considerablemente. Entre aproximadamente 8 y 10 micrómetros, la red de silicio y oxígeno absorbe con tanta fuerza que una ventana de 3 mm se vuelve negra.

Ese único hecho clasifica casi todas las consultas que recibimos en uno de tres grupos:

• 1 a 3 micrómetros. El vidrio de cuarzo es la opción predeterminada. Aquí se encuentran lámparas infrarrojas, emisores de fibra de carbono, láseres de fibra de 2 micrómetros, detección de gases, medición de humedad, recalentamiento de preformas de plástico y la mayoría de los procesos de secado industriales.
• 3 a 5 micrómetros. Estás en el arcén de la curva. La sílice fundida con bajo contenido de OH todavía funciona, pero el espesor importa enormemente, el contenido de hidroxilo debe especificarse en lugar de asumirse, y cada milímetro extra cuesta una señal real.
• 8 a 14 micrómetros. El cuarzo no puede ayudarte. Las imágenes térmicas, la mayoría de los pirómetros y la radiometría de onda larga necesitan germanio, seleniuro de zinc, sulfuro de zinc, silicio para el extremo más corto o un vidrio de calcogenuro. Una ventana de cuarzo en una cámara de onda larga es un filtro, no una ventana.

Todo lo demás en este artículo son detalles que dependen de ese marco: cómo se absorbe el hidroxilo, cómo el espesor agrava el problema, cómo los recubrimientos cambian los números y cómo escribir una especificación de compra que un proveedor realmente pueda cumplir.

Por qué la sílice pasa el infrarrojo cercano pero bloquea el infrarrojo térmico

La transparencia no es una propiedad de un material en abstracto; es una brecha entre dos mecanismos de absorción. En el lado de la longitud de onda corta, los fotones finalmente transportan suficiente energía para elevar electrones a través de la banda prohibida del vidrio, razón por la cual la sílice fundida se vuelve opaca por debajo de unos 180 nanómetros. En el lado de longitud de onda larga, los fotones eventualmente transportan la energía adecuada para excitar vibraciones de la propia red silicio-oxígeno. Esas absorciones vibratorias se encuentran en el infrarrojo térmico y son fuertes.

La consecuencia práctica es una ventana de transmisión con un borde blando en lugar de uno duro. La sílice fundida es excelente a 1 micrómetro, buena a 2 micrómetros, utilizable a 3 micrómetros en el grado correcto, marginal a 4 micrómetros y inútil a 9 micrómetros. El vidrio flotado de cal sodada alcanza su límite mucho antes porque las impurezas de óxido de hierro se absorben mucho en el infrarrojo cercano, razón por la cual el vidrio grueso de las ventanas se siente cálido bajo el sol de verano: la luz visible entra y la energía del infrarrojo cercano se convierte en calor dentro del cristal.

Las tres bandas infrarrojas en términos sencillos

Infrarrojo cercano y de onda corta, aproximadamente de 0,7 a 2,5 micrómetros. Esta es la banda de calefacción basada en lámparas, comunicación por fibra óptica, medición espectroscópica de humedad y cámaras de inspección infrarrojas de onda corta. El cristal de cuarzo domina aquí y necesita poca explicación.

Infrarrojo de onda media, aproximadamente de 3 a 5 micrómetros. Se trata del ámbito de la termometría de objetos calientes, el análisis de gases de combustión, algunas ópticas militares y un número creciente de sensores de gases. La sílice fundida con bajo contenido de OH puede servir a la mitad inferior de esta banda si el camino óptico es corto. Por encima de 4 micrómetros deberías evaluar honestamente otros materiales.

Infrarrojos de onda larga, aproximadamente de 8 a 14 micrómetros. Aquí es donde funcionan las cámaras térmicas, porque allí los objetos a temperatura ambiente irradian con fuerza. El vidrio es opaco en casi toda la banda, razón por la cual una cámara térmica apuntada a una ventana ve la temperatura de la superficie de la ventana y un reflejo de lo que hay detrás de la cámara.

¿Qué hace el hidroxilo dentro del vaso?

El agua incorporada a la red de sílice durante la fusión deja grupos hidroxilo, y esos grupos tienen sus propias absorciones vibratorias a aproximadamente 1,38, 2,22 y 2,73 micrómetros. Una sílice fundida de grado UV con 800 a 1200 partes por millón de hidroxilo es excelente por debajo de 2 micrómetros y bastante común a 2,7 micrómetros. Un material de grado infrarrojo con hidroxilo por debajo de 10 partes por millón elimina la mayor parte de esa absorción y le permite obtener un micrómetro adicional de rango de trabajo.

Esta es la brecha de especificación más común que vemos. Un comprador pide "vidrio de cuarzo de 3 mm de espesor, alta transmisión" y recibe una ventana de calidad UV, bien fabricada, que pierde casi la mitad de su señal a 2,7 micrómetros. Nada estaba defectuoso. La calificación simplemente nunca se indicó.

Una tabla comparativa de familias de vidrio en el infrarrojo

La siguiente tabla comprime el comportamiento de las familias de vidrio sobre las que más nos preguntan. Los rangos son cifras de transmisión típicas utilizables para espesores ordinarios, no son límites garantizados para cada fusión, porque los dopantes, el contenido de hierro y el nivel de hidroxilo desplazan los bordes.

Lea la tabla como un filtro, no como una clasificación. JGS1 no es mejor que JGS3; está optimizado para un extremo diferente del espectro. Un proveedor que cotiza una sola calidad para cada trabajo de infrarrojos ha entendido mal la solicitud o espera que usted no se dé cuenta.

Debajo de los números se encuentran dos notas prácticas. En primer lugar, la transparencia visible no dice casi nada sobre el rendimiento de los infrarrojos, por lo que una inspección visual de una ventana entregada demuestra muy poco. En segundo lugar, un vidrio que se ve ligeramente gris o verde en secciones gruesas suele revelar contenido de hierro, que es inofensivo en una mirilla e inaceptable en una ventana de infrarrojo cercano.

Transmitancia a 3 micrómetros: donde se separan los grados

El siguiente cuadro compara la transmitancia interna indicativa a 3 micrómetros a través de un recorrido de 10 mm para cuatro materiales comunes. Se centra deliberadamente en esa longitud de onda porque 3 micrómetros es donde el contenido de hidroxilo, no el espesor ni el pulido, domina el resultado.

Destacan tres cosas. La brecha entre los dos grados de sílice es el ancho de la banda de hidroxilo, no una diferencia en pureza o artesanía, razón por la cual la solución es un cambio de grado en lugar de un cambio de pulido. El borosilicato no es simplemente "un poco peor" en esta región; Es una clase de material diferente y no debe sustituirse durante una escasez de suministro sin una nueva revisión óptica. Y la cifra de cal sodada explica por qué el vidrio común es inútil como ventana de infrarrojos incluso cuando parece perfectamente claro.

Para nuestro propio trabajo con infrarrojos, es por eso que mantenemos el material de placas y tubos con bajo contenido de hidroxilo separado del material de grado UV y marcamos los números de lote de fusión en la lista de empaque. También es la razón por la que pedimos a los clientes una longitud de onda objetivo antes de cotizar y no después. Si la aplicación se sitúa a 2 micrómetros, una ventana estándar de grado UV funcionará bien y ahorrará dinero. Si se sitúa a 3,2 micrómetros, esa misma ventana reducirá la señal a la mitad y el cliente echará la culpa al revestimiento, al pulido o a la alineación antes de que alguien sospeche del cristal.

El espesor agrava el efecto exponencialmente en lugar de linealmente, por lo que una ventana de 5 mm no es simplemente "un poco más tenue" que una ventana de 3 mm en el borde de la banda. En la práctica, si debe trabajar cerca del límite, especifique la ventana más delgada que tolerará el diseño mecánico y gaste el ahorro en una mejor calidad.

Calentadores infrarrojos: por qué la envoltura de cuarzo no es un filtro

El mayor uso industrial de la combinación de infrarrojos y vidrio es el tubo calefactor de infrarrojos de cuarzo, y funciona porque la envoltura es transparente a la radiación que encierra. Un filamento de fibra de carbono que funciona a unos 1.200 K irradia con mayor intensidad cerca de 2,4 micrómetros según la ley de desplazamiento de Wien. Un elemento de níquel-cromo a una temperatura similar se comporta de manera similar. Un filamento de tungsteno en un tubo lleno de halógeno se calienta más, cerca de 2.800 K, y alcanza un máximo cercano a 1 micrómetro. Los tres se asientan cómodamente dentro de la ventana de transmisión de la envoltura de cuarzo, por lo que la pared del tubo absorbe muy poca de la energía que genera.

Ese no es un detalle baladí. Si la envoltura absorbiera su propia producción, el tubo se calentaría a sí mismo en lugar de a la pieza de trabajo, la eficiencia colapsaría y la pared se suavizaría. El cuarzo evita los tres modos de fallo a la vez y añade un punto de reblandecimiento superior a 1.600 °C y un coeficiente de expansión térmica de alrededor de 0,55 × 10⁻⁶ por kelvin, razón por la cual un calentador se puede salpicar con agua fría en una línea de producción sin romperse.

Tubos calefactores infrarrojos de cuarzo transparente El tubo de cuarzo transparente ofrece transmisión infrarroja directa para calentamiento enfocado, respuesta rápida y resistencia al choque térmico; Útil cuando es importante una imagen de filamento ajustado y una alta eficiencia. Ver producto →

Sobres transparentes, lechosos y dopados.

El cuarzo transparente proporciona la mayor transmisión directa y una imagen de filamento apretado, lo que se adapta al calentamiento enfocado, al termoformado y al procesamiento térmico rápido de semiconductores. El cuarzo lechoso u opaco dispersa la radiación, suavizando los puntos calientes y produciendo una distribución más uniforme en un objetivo amplio, lo que suele ser preferible para hornos de secado, curado de pintura y calentamiento de alimentos.

Los tubos de cuarzo dopado añaden una tercera opción al cambiar el lugar donde la envoltura absorbe. Un tubo dopado para reducir la emisión ultravioleta reduce la generación de ozono y protege los productos sensibles al calor, mientras que el conocido tubo rojo o rubí filtra visiblemente longitudes de onda cortas sin bloquear la salida de infrarrojos. Para los fabricantes de lámparas, esta suele ser la diferencia entre aprobar o no una especificación de emisiones.

Emisor coincidente para cargar

La coincidencia de longitudes de onda es más importante de lo que la mayoría de los compradores esperan. Los revestimientos, el papel y los textiles a base de agua absorben fuertemente alrededor de 3 micrómetros, por lo que los emisores de carbono de onda media transfieren calor de manera eficiente. Las películas finas de polímero y las preformas de PET se absorben bien en la región de 1 a 2 micrómetros, lo que favorece a las lámparas halógenas de onda corta. Los plásticos transparentes que parecen transparentes a simple vista aún pueden absorber fuertemente el infrarrojo cercano, razón por la cual la soldadura por infrarrojos y el ajuste por contracción funcionan.

Solemos hacernos tres preguntas antes de recomendar un sobre: ​​cuál es el material objetivo, qué temperatura debe alcanzar y qué tan uniforme debe ser el resultado. Esas tres respuestas reducen la elección del emisor, el diámetro del tubo, el espesor de la pared y el acabado de la superficie mucho más rápido que una hoja de datos.

Ventanas Infrarrojas y Mirillas para Procesos Calientes

Una ventana que da a una cámara de 1.000 °C tiene que realizar tres tareas a la vez: permanecer transparente en la longitud de onda operativa, sobrevivir al gradiente térmico y mantener la atmósfera del proceso en el lugar que corresponde. Quartz maneja los tres mejor que la mayoría de las alternativas, pero sólo si el diseño mecánico lo admite.

Considere una mirilla de horno típica. El lado del proceso se encuentra a 900 °C, la cara exterior a 60 °C y la cámara o pirómetro mira a través de 1,5 micrómetros. Un disco de cuarzo con bajo contenido de OH de 5 mm satisface fácilmente los requisitos ópticos. El modo de falla casi nunca es la transmisión; está montando. Si la ventana se sujeta rígidamente en ambas caras, la expansión diferencial entre el cuarzo y una brida de acero inoxidable la romperá, porque el cuarzo se expande mucho menos que el metal que lo rodea. Recomendamos una junta blanda, un asiento flotante y una especificación clara de qué cara está caliente.

La purga es la segunda decisión de diseño. Una ventana de cuarzo en una atmósfera cargada de hollín o condensada pierde la transmisión de los depósitos superficiales mucho antes de que el vidrio se degrade. Una purga tangencial de aire o nitrógeno a lo largo de la cara del proceso mantiene la superficie limpia y, como beneficio adicional, la enfría. Cuando no se dispone de gas de purga, una ligera presión positiva dentro del recinto suele lograr el mismo resultado.

Ventanas de cuarzo de alta pureza para uso óptico y térmico La ventana de cuarzo de alta pureza se adapta a la visualización óptica térmicamente estable y de alta temperatura; considere las necesidades de purga y antirreflejo de banda ancha cuando las pérdidas de transmisión sean importantes. Ver producto →

Espesor, revestimientos y calidad de la superficie.

La sílice fundida sin recubrimiento pierde entre un 3 y un 4 por ciento por superficie debido a la reflexión de Fresnel en el infrarrojo cercano. Dos superficies, cuatro por ciento y una pérdida adicional dentro del material: una ventana nominalmente excelente puede entregar un 90 por ciento en lugar de un 96 por ciento incluso antes de que comience el proceso. Los revestimientos antirreflectantes recuperan la mayor parte de eso, pero sólo en la banda para la que fueron diseñados, por lo que la especificación de banda ancha es importante cuando el sensor barre la longitud de onda.

También vale la pena indicar explícitamente las tolerancias dimensionales. Una ventana especificada con un espesor de ±0,05 mm y una calidad de superficie de raspado y excavación de 40/20 cuesta más que una pieza en bruto de uso general con ±0,2 mm, y la mayoría de las aplicaciones de mirillas no necesitan el grado más estricto. Por el contrario, una ventana láser que sustituya silenciosamente un acabado de grado láser por un pulimento comercial sufrirá dispersión y, a alta potencia, calentamiento local.

La calidad de los bordes merece una mención porque es donde comienzan la mayoría de roturas. Un borde rectificado y biselado resiste el desconchado durante la manipulación y reduce la posibilidad de que una grieta se propague hacia la abertura bajo el ciclo térmico.

Cuarzo óptico infrarrojo: lo que le compra JGS3 y cuánto cuesta

La sílice fundida de grado infrarrojo, comúnmente denominada JGS3, es lo que suministramos cuando un cliente necesita una transmisión utilizable de aproximadamente 3,5 micrómetros. El contenido de hidroxilo se mantiene por debajo de aproximadamente 10 partes por millón, lo que elimina la banda de absorción de 2,73 micrómetros que limita el material de grado UV.

Placas de cuarzo óptico de grado infrarrojo JGS3 La placa de cuarzo óptico JGS3 cubre 0,26–3,5 µm y evita la banda de absorción de hidroxilo de 2,7 µm; útil para la transmisión infrarroja donde el rango UV es menos crítico. Ver producto →

Vale la pena comprender las compensaciones antes de especificarlas. La eliminación del hidroxilo cambia el corte ultravioleta a longitudes de onda más largas, generalmente más allá de los 250 nanómetros, por lo que un grado infrarrojo es una mala elección para la envoltura de una lámpara UV. También cuesta más que el material de grado UV porque el proceso de fusión y consolidación es más exigente y más sensible en el sentido de que un proveedor debe medir el hidroxilo en lugar de asumirlo.

Donde vemos que JGS3 gana su precio: ventanas ópticas para láseres de fibra de 2 a 3 micrómetros, celdas de absorción de gas para detección de metano y vapor de agua, ventanas protectoras sobre detectores de onda media enfriados y ópticas de referencia que no deben derivar con la absorción de humedad. Dónde se desperdicia: ventanas de luz visible, equipos de curado UV y observación general del horno a 1 micrómetro, donde una calidad más barata funciona de manera idéntica.

Atributos de calidad que importan tanto como la transmisión

Una trayectoria óptica infrarroja se ve afectada por algo más que la curva de transmisión. Las burbujas y las inclusiones sólidas dispersan la luz y, bajo alta potencia, actúan como puntos calientes que pueden dañar las semillas. Las estrías, las tenues bandas composicionales que quedan al derretirse, distorsionan los frentes de onda y son muy importantes para la obtención de imágenes o la interferometría, pero apenas para una simple medición de la transferencia radiativa. La homogeneidad del índice es importante para aperturas grandes y apenas para un disco de 10 mm.

Nuestro consejo es indicar la aplicación en lugar de un requisito genérico de "mejor calidad". Luego, un proveedor puede proponer una clase de burbuja, una clase de estrías y una especificación de superficie que coincidan con el trabajo, y usted evita pagar por una homogeneidad de grado interferométrico en una pieza que solo necesita pasar calor a una cámara.

Cuando el vidrio es la respuesta equivocada: imágenes térmicas a través de una ventana

Las cámaras térmicas son la fuente más frecuente de confusión entre los infrarrojos y el vidrio, y la respuesta honesta es que el cuarzo no puede resolver el problema. Una cámara térmica de onda larga que funciona entre 8 y 14 micrómetros ve el vidrio como una superficie opaca con una emisividad de alrededor de 0,9, por lo que informa la temperatura del vidrio, corregida por lo que refleja el vidrio. En un taller, ese reflejo son las personas y la iluminación, por eso las imágenes térmicas de las ventanas parecen espejos.

Las soluciones habituales son todas legítimas y ninguna implica cuarzo:

• Abra una abertura transparente y mida a través del orificio, aceptando el flujo de aire que lo acompaña.
• Utilice un material de ventana que realmente transmita en la banda de 8 a 14 micrómetros, como el germanio, el seleniuro de zinc o un vidrio de calcogenuro, y acepte su coste y sus limitaciones térmicas.
• Utilice en su lugar una cámara infrarroja de onda corta, que funcione entre aproximadamente 0,9 y 1,7 micrómetros, donde el cuarzo es transparente y aún son posibles mediciones de alta temperatura.
• Mida la superficie exterior con un sensor de contacto o un pirómetro con emisividad correctamente corregida que funcione a una longitud de onda más corta.

La opción de onda corta es la que con mayor frecuencia se pasa por alto. Para trabajos en hornos a temperaturas superiores a 700 °C, una cámara de onda corta detrás de una ventana de cuarzo puede ser una mejor respuesta de ingeniería que una costosa cámara de onda larga detrás de una ventana exótica, porque la longitud de onda más corta también reduce la sensibilidad al error de emisividad y a la contaminación de la superficie.

El vidrio frente a una cámara no es automáticamente una mala idea; El vidrio elegido para la banda equivocada es. Cuando describa la medición a un proveedor de vidrio de cuarzo, proporcione la banda espectral de la cámara en lugar de la palabra "térmica", porque "térmica" por sí sola indica al proveedor responsable el material equivocado.

Errores de especificación que vemos repetidamente

La mayoría de los problemas con el vidrio infrarrojo se deciden en la orden de compra, meses antes de que se entregue algo. Estos son los recurrentes, en orden aproximado de frecuencia.

1. Especificar una calificación por nombre sin longitud de onda. "Vidrio de cuarzo" describe una familia, no un nivel de rendimiento. Indique la banda operativa y la transmisión aceptable en esa banda.
2. Olvidando el contenido de hidroxilos. Cualquier requisito superior a 2,5 micrómetros debería indicar un límite de OH, por ejemplo inferior a 10 partes por millón, y debería preguntar cómo se verifica.
3. Ignorando el espesor. La transmisión cerca del borde de la banda tiene un espesor exponencial. Dos proveedores que ofrecen el mismo grado en diferentes espesores ofrecen un rendimiento diferente.
4. Asumir que el recubrimiento siempre ayuda. Un revestimiento antirreflectante optimizado para 1 micrómetro no hará daño a 3 micrómetros. Especifique la banda de recubrimiento o déjela fuera.
5. Diseño de un soporte rígido. El cuarzo se expande aproximadamente a una quinta parte de la velocidad del acero inoxidable; la diferencia tiene que ir a alguna parte. Utilice asientos compatibles.
6. Pasando por alto la purga. Una ventana perfectamente especificada en un ambiente sucio se vuelve inútil en un turno. Planifique el flujo de gas en la etapa de diseño.
7. Juzgando la calidad a ojo. Una pieza que parece impecable puede tener el grado incorrecto y una pieza con una burbuja visible puede ser perfectamente aceptable para una aplicación de calentamiento radiativo. Inspeccione según las especificaciones, no según la intuición.

Cada uno de estos es barato de arreglar en la etapa de cotización y costoso de arreglar después de la entrega. Una conversación de cinco minutos sobre longitud de onda, espesor, temperatura y atmósfera los previene casi todos.

Cómo comprar: lo que debería decirle un fabricante de vidrio de cuarzo

Comprar cuarzo infrarrojo no es complicado, pero premia al proveedor que responde a las preguntas con medidas en lugar de adjetivos. Ya sea que esté tratando directamente con un fabricante, un proveedor regional o un mayorista que maneja varias líneas de productos, los mismos diez elementos deben aparecer en la respuesta técnica.

1. Una curva de transmisión medida para el grado ofrecido con el espesor ofrecido, no una figura de catálogo copiada de una hoja de datos genérica. Una medición infrarroja por transformada de Fourier tarda unos minutos y resuelve la mayoría de los argumentos.
2. Un valor de hidroxilo declarado y el método utilizado para obtenerlo, normalmente a partir de la banda de absorción cercana a los 2,73 micrómetros.
3. Clase de burbuja e inclusión. expresada en un sistema de calificación reconocido y no como "alta calidad".
4. Información sobre estrías y homogeneidad. cuando se trata de imágenes o interferometría.
5. Tolerancias dimensionales para espesor, diámetro, planitud y paralelismo, además del método de medición.
6. Especificación de superficie en términos de raspado y excavación, con el grado de pulido mencionado.
7. Detalles del revestimiento , incluida la longitud de onda de diseño, el ancho de banda, el ángulo de incidencia y la ganancia de transmisión esperada.
8. Límites térmicos y tasas de rampa recomendadas , incluido el gradiente máximo en la pieza.
9. Embalaje y trazabilidad , porque una ventana de 300 mm que llega desconchada es una pérdida total independientemente de su calidad óptica.
10. Política de muestra y plazo de entrega , especialmente para un primer artículo que debe probarse en el dispositivo real.

También ayuda saber qué debe preguntarle un proveedor. Si llega una cotización sin una sola pregunta sobre la longitud de onda, el espesor o la temperatura, el precio probablemente se base en una suposición. Nuestro propio formulario de consulta pregunta deliberadamente primero por la banda operativa, porque determina si cotizamos un tubo de grado UV, una placa de grado infrarrojo o una envoltura lechosa.

Tamaños personalizados, lotes pequeños y pedidos repetidos

La mayoría de los proyectos de infrarrojos comienzan como algo único y se convierten en una parte programada. Pregunte con antelación si el proveedor puede conservar un lote de fundición para pedidos repetidos, si el plano se mantendrá archivado con la transmisión medida adjunta y cómo se comunicaría un cambio de calidad. Esas respuestas importan más que un pequeño porcentaje en la primera factura cuando lleva seis meses de producción y un nuevo lote se comporta de manera ligeramente diferente.

Para la fabricación personalizada, ya sea una ventana escalonada, una placa de apertura perforada, un sobre abovedado o un puerto de visión con bridas, la ruta práctica es enviar un dibujo con el requisito óptico marcado en él. Las dimensiones por sí solas rara vez transmiten lo que realmente debe hacer la pieza.

Dónde se encuentran estos productos en nuestra gama

Dos puntos de entrada cubren la mayor parte del trabajo infrarrojo descrito anteriormente. El primero es nuestro servicio de fabricación de ventanas a medida, que se encarga de la coordinación de aberturas, placas perforadas, perfiles escalonados y revestimientos antirreflectantes para mirillas y ventanas de instrumentos. La segunda es la gama de calentadores infrarrojos, que cubre construcciones de elementos transparentes, lechosos y de fibra de carbono para equipos de calefacción industrial.

Ambas páginas se encuentran junto al catálogo más amplio de tubos, varillas, placas, crisoles y material de laboratorio, por lo que una sola consulta normalmente puede cubrir un conjunto completo en lugar de un solo componente.

Preguntas frecuentes: infrarrojos y vidrio

¿Los infrarrojos atraviesan el vidrio?

Una parte sí lo hace, y la cantidad depende enteramente de la longitud de onda. El vidrio de ventana común deja pasar razonablemente bien la luz del infrarrojo cercano por debajo de aproximadamente 2,5 micrómetros y bloquea casi todo más allá de los 5 micrómetros. El cuarzo fundido extiende la transmisión utilizable a aproximadamente 3,5 micrómetros en grados bajos en hidroxilo. En la banda térmica de 8 a 14 micrómetros, el vidrio convencional es efectivamente opaco.

¿Por qué una cámara térmica no puede ver a través de una ventana?

Porque la cámara funciona en infrarrojos de onda larga, donde el vidrio absorbe en lugar de transmitir. De este modo, la cámara lee la propia superficie del cristal, que emite intensamente y también refleja el entorno. Apuntar una cámara térmica a una ventana normalmente produce una imagen del propio calor del operador de la cámara reflejado.

¿Es el vidrio de cuarzo lo mismo que el vidrio infrarrojo?

No exactamente. El vidrio de cuarzo es una familia de productos de sílice fundida y solo algunos miembros de esa familia están optimizados para el trabajo con infrarrojos. El material de grado infrarrojo se caracteriza por un contenido de hidroxilo muy bajo, lo que elimina las bandas de absorción que limitan la sílice de grado UV más allá de 2,5 micrómetros.

¿Qué grado debo elegir para un proceso de 2 a 3 micrómetros?

Por debajo de 2,5 micrómetros, una sílice fundida estándar de grado UV generalmente funciona bien y cuesta menos. Entre 2,5 y 3,5 micrómetros, especifique un grado infrarrojo bajo en hidroxilo con hidroxilo por debajo de aproximadamente 10 partes por millón y mantenga la ventana tan delgada como lo permita el diseño mecánico.

¿Una ventana más gruesa bloquea más infrarrojos?

Sí, y el efecto es exponencial más que proporcional, especialmente cerca del borde de la ventana de transmisión. Una ventana que funciona aceptablemente a 3 mm puede perder una gran fracción de su señal a 8 mm con la misma longitud de onda. El espesor es una variable óptica, no sólo mecánica.

¿Pueden los recubrimientos mejorar la transmisión de infrarrojos?

Los recubrimientos antirreflectantes pueden recuperar la mayor parte del aproximadamente 3 a 4 por ciento perdido en cada superficie sin recubrimiento, pero sólo dentro de la banda para la que fueron diseñados. Un recubrimiento optimizado para luz visible normalmente degradará el rendimiento a 3 micrómetros, por lo que la longitud de onda de diseño debe indicarse en el dibujo.

¿Cuál es la temperatura más alta que puede soportar una ventana de cuarzo?

El cuarzo fundido se ablanda por encima de los 1.600 °C y se utiliza habitualmente de forma continua alrededor de los 1.100 °C, pero el límite práctico para una ventana suele ser el gradiente térmico a través de ella y el método de montaje, más que el punto de reblandecimiento del material. El calentamiento gradual, los asientos dóciles e incluso la sujeción importan más que la cifra principal.

Los infrarrojos y el vidrio son uno de esos temas en los que un poco de precisión desde el principio ahorra muchos gastos más adelante. La física es estable, las opciones de materiales se comprenden bien y los modos de falla son casi todos predecibles: un grado elegido por costumbre en lugar de por longitud de onda, una ventana diseñada sin un soporte compatible, una envolvente de calentador especificada sin considerar qué tan uniformemente debe llegar el calor, o una cámara térmica a la que se le pide que mire a través de un material que absorbe exactamente la banda de la que depende.

Si está en la etapa de dibujar una pieza en lugar de pedirla, lo más útil que puede hacer es describir el proceso en términos sencillos: qué se está calentando o midiendo, a qué temperatura, a qué longitud de onda, a través de qué atmósfera y durante cuánto tiempo debe durar la pieza. Esas cinco respuestas reducen la elección de grado, espesor, acabado superficial y recubrimiento más rápido que cualquier tabla de especificaciones, y le dan al fabricante suficiente para cotizar algo que seguirá funcionando en el taller dentro de un año.