高温炉用サファイア窓

工業炉や真空チャンバーの使用中、ビューポートウィンドウは非常に高い圧力と高い作業温度にさらされます。実験者の安全を確保するために、ビューポートの窓は頑丈で、信頼性が高く、耐高温性があり、優れた光学特性も備えている必要があります。合成サファイアは、ビューポート ウィンドウとして理想的な素材です。

サファイアには圧力強度という利点があります。破裂する前に圧力に耐えることができます。サファイアの圧力強度は約 2 GPa です。対照的に、スチールの圧力強度は 250 MPa (サファイアのほぼ 8 分の 1) で、ゴリラ ガラス (™) の圧力強度は 900 MPa (サファイアの半分以下) です。一方、サファイアは優れた化学的性質を持ち、ほとんどすべての化学物質に対して不活性であるため、腐食性物質が存在する場所に適しています。熱伝導率が 25 W m'(-1) K^(-1) と非常に低く、熱膨張係数が 5.8×10^6/C と非常に小さい: 熱条件が高くても高くても変形や膨張がない温度。どのような設計であっても、海底 100 メートルまたは軌道上 40K で同じサイズと公差を確保できます。

これらの強度と傷のつきにくいウィンドウの特性を、真空チャンバーや高温炉などのお客様の用途に使用しています。

炉用のサファイア窓は、300nm から 5500nm の範囲 (紫外、可視、赤外領域をカバー) で優れた透過率を持ち、300nm から 500nm の波長でほぼ 90% の透過率でピークに達します。サファイアは複屈折材料であるため、その光学特性の多くは結晶方位に依存します。法線軸上では、屈折率は 350nm で 1.796 から 750nm で 1.761 の範囲であり、温度が大きく変化してもほとんど変化しません。その優れた光透過率と広い波長範囲により、より一般的なガラスが適していない場合、炉の赤外線レンズ設計でサファイア ウィンドウを使用することがよくあります。

サファイア ビューポート ウィンドウの厚さのエクスペリエンス計算式は次のとおりです。

Th=√( 1.1 x P x r² x SF/MR)

どこ：

Th=窓の厚さ(mm)

P = 設計使用圧力(PSI)、

r = サポートされていない半径 (mm)、

SF = 安全係数 (4 ～ 6) (推奨範囲、他の係数を使用する場合があります)、

MR = 破裂係数 (PSI)。65000PSIのサファイア

たとえば、圧力差が 5 気圧の環境で使用される直径 100 mm でサポートされていない半径 45 mm のサファイア ウィンドウは、厚さが ~3.5 mm (安全係数 5) である必要があります。