Läpinäkyvä alumiini korvaa panssaroidun lasin

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Alumiinioksinitridi (tai AlON) on keramiikka, joka koostuu alumiinista, hapesta ja typestä. Materiaali on optisesti läpinäkyvää (> 80%) sähkömagneettisen spektrin ultravioletti-, näkyvä- ja puolia altoalueilla. Sen valmistaa ulkomailla Surmet Corporation ALON-tuotemerkillä. Äskettäin venäläiset tutkijat ovat kehittäneet läpinäkyvän alumiinin valmistustekniikan, joka eroaa jonkin verran tuontianalogeista.

Kuvaus

Ainutlaatuisen metalliseoksen kehittäminen on avannut uusia mahdollisuuksia puolustusteollisuudessa, tieteessä ja rakentamisessa. Virallisten lukujen mukaan ALON:

• 4 kertaa vahvempi kuin karkaistu kvartsilasi;
• 85 % kovempaa kuin safiiri;
• lähes 15 % kestävämpi kuin magnesiumaluminaattispinelli.

Muuten, mineraalispinelli on suora kilpailija läpinäkyvälle alumiinille jahuonompi kuin oksinitridi useissa parametreissä.

ALON on vaikein kaupallisesti saatavilla oleva monikiteinen kirkas keramiikka. Optisten ja mekaanisten ominaisuuksien yhdistelmä tekee tästä materiaalista johtavan ehdokkaan kevyissä, korkean suorituskyvyn panssaroiduissa tuotteissa, kuten luodinkestävässä ja räjähdyssuojatussa lasissa, infrapuna-optisten järjestelmien elementeissä. Alumiinioksinitridistä valmistetaan myös läpinäkyviä iskunkestäviä ikkunoita, ikkunoita, levyjä, kupuja, tankoja, putkia ja muita tuotteita perinteisillä keraamisten jauheiden käsittelytekniikoilla.

Mekaaniset ominaisuudet

Alumiinioksinitridillä on erinomainen suorituskyky:

• Elastisuusmoduuli: 334 GPa.
• Leikkausmoduuli: 135 GPa.
• Poissonin suhde: 0, 24.
• Knoop-kovuus: 1800kg/mm2 0,2 kg:n kuormituksella.
• Murttumiskestävyys: 2 MPa m1/2.
• Taivutuslujuus: 0,38-0,7 GPa.
• Puristuslujuus: 2,68 GPa.

Optiset ja lämpöominaisuudet

Kun läpinäkyvää alumiinia testattiin, saatiin seuraavat indikaattorit:

• Lämpökapasiteetti: 0,781 J/K.
• Lämmönjohtavuus: 12,3 W/(m K).
• Lämpölaajenemiskerroin: 4,7×10-6/°C.
• Läpinäkyvyysalue: 200-5000 nm.

ALON kestää myös säteilyä ja eri happojen, emästen ja veden aiheuttamia vaurioita.

Vastaanota

Läpinäkyvä alumiinioksinitridi valmistetaan jauhesintrauksella kuten muutkin keraamiset materiaalit. Samaan aikaan kun Yhdysv altain laivasto kehittää kiireisesti uutta luodinkestävää materiaalia nimeltä keinospinelli, Surmet Corporation julkaisee jo oman versionsa "luotinkestävästä lasista" nimeltä ALON.

Raytheon-laboratorioissa kehitetty erikoisjauhe valetaan ja pidetään erittäin korkeissa lämpötiloissa. Seoksen koostumus voi vaihdella hieman: alumiinipitoisuus on noin 30-36%, mikä vaikuttaa hieman suorituskykyyn (ero on vain 1-2%).

Lämmitysprosessi saa jauheen nopeasti nesteytymään ja jäähtymään jättäen molekyylit löyhästi järjestykseen ikään kuin ne olisivat vielä nestemäisessä muodossa. Tämä kiderakenne antaa läpinäkyvälle alumiinille safiiriin verrattavan lujuuden ja naarmuuntumiskestävyyden.

Valmistetut tuotteet lämpökäsitellään (tiivistetään) korkeissa lämpötiloissa, minkä jälkeen hiotaan ja kiillotetaan läpinäkyväksi. Materiaali kestää jopa 2100 °C lämpötiloja inertissä kaasussa. Hionta ja kiillotus parantavat merkittävästi iskunkestävyyttä ja muita mekaanisia ominaisuuksia.

Kotimainen vastine

Venäläiset tiedemiehet loivat läpinäkyvän alumiinin vuonna 2017. NRNU MEPhI:n asiantuntijoiden mukaan tuotantotekniikka oliparantunut suuresti. Tiivisteiden valmistuksessa käytetään kipinä-plasmasintraustekniikkaa.

Toisin kuin ulkomaiset kollegat, kotimaiset kehittäjät eivät johda sähköpurkausta ulkoisen lämmityselementin kautta, vaan suoraan muotin läpi. Tutkijat sanovat, että kotimainen läpinäkyvä haarniska on vahvuudeltaan verrattavissa kuutiooniseen zirkoniumoksidiin, mutta samalla sillä on suuri iskulujuus.

Alumiinisen panssarin ja luodinkestävän lasin vertailu

Perinteinen luodinkestävä lasi koostuu useista polykarbonaattikerroksista, jotka on asetettu kahden lasikerroksen väliin. Samoin läpinäkyvä alumiinipanssari koostuu kolmesta kerroksesta:

• ulkokerros - alumiinioksinitridi;
• keskikerros - lasi;
• takakerros - polymeeritausta.

Mutta samank altaisuus päättyy tähän. Alumiinipanssari voi pysäyttää samat luodit pienikaliiperisista aseista kuin perinteinen luodinkestävä lasi, mutta se on silti läpinäkyvä myös ammuttaessa ilman tyypillisiä halkeamia. Lisäksi ALONin vahvuus on paljon suurempi.

Alumiinioksinitridihaarniska voidaan tehdä melkein mihin tahansa muotoon. Hän ei pelkää hiekkaa, soraa tai pölyä. Kulutuskestävyys on erittäin korkea. Huolimatta läpinäkyvän alumiinin erinomaisista ominaisuuksista, tätä materiaalia ei käytetä laaj alti. Suurin pelote on hinta (3-5 kertaa kalliimpi kuin perinteinen luodinkestävä lasi). ALONia käytetään tällä hetkellä pääasiassa havaintoinstrumenttien ja antureiden linsseissä.ohjuksia.