Prozoren aluminij bo nadomestil oklepno steklo

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Aluminijev oksinitrid (ali AlON) je keramika, sestavljena iz aluminija, kisika in dušika. Material je optično prozoren (> 80%) v ultravijoličnem, vidnem in polvalovnem območju elektromagnetnega spektra. V tujini ga proizvaja Surmet Corporation pod blagovno znamko ALON. Pred kratkim so ruski znanstveniki razvili tehnologijo za proizvodnjo prozornega aluminija, ki se nekoliko razlikuje od uvoženih analogov.

Opis

Razvoj edinstvene zlitine je odprl nove možnosti v obrambni industriji, znanosti in gradbeništvu. Po uradnih podatkih ALON:

• 4-krat močnejši od kaljenega kremenovega stekla;
• 85% trši od safirja;
• skoraj 15 % bolj trpežna kot špinela iz magnezijevega aluminata.

Mimogrede, mineralna špinela je neposreden konkurent prozornemu aluminiju inslabši od oksinitrida v številnih parametrih.

ALON je najtrša komercialno dostopna polikristalna prozorna keramika. Zaradi kombinacije optičnih in mehanskih lastnosti je ta material vodilni kandidat za lahke, visoko zmogljive oklepne izdelke, kot so neprebojno in protieksplozijsko odporno steklo, elementi za infrardeče optične sisteme. Aluminijev oksinitrid se uporablja tudi za izdelavo prozornih oken, odpornih na udarce, lukenj, plošč, kupol, palic, cevi in drugih izdelkov z uporabo tradicionalnih tehnologij obdelave keramičnega prahu.

Mehanske lastnosti

Aluminijev oksinitrid ima izjemno zmogljivost:

• Modul elastičnosti: 334 GPa.
• Strižni modul: 135 GPa.
• Poissonovo razmerje: 0, 24.
• Knoopova trdota: 1800 kg/mm2 pri 0,2 kg obremenitvi.
• Odpornost proti zlomu: 2 MPa m1/2.
• Upogibna trdnost: 0,38-0,7 GPa.
• Tlačna trdnost: 2,68 GPa.

Optične in toplotne lastnosti

Pri testiranju prozornega aluminija so bili pridobljeni naslednji indikatorji:

• Toplotna zmogljivost: 0,781 J/K.
• Toplotna prevodnost: 12,3 W/(m K).
• Koeficient toplotnega raztezanja: 4,7×10-6/°C.
• Območje preglednosti: 200-5000 nm.

ALON je odporen tudi na sevanje in poškodbe zaradi različnih kislin, alkalij in vode.

Prejmi

Prozorni aluminijev oksinitrid je izdelan s sintranjem v prahu kot drugi keramični materiali. Medtem ko je ameriška mornarica zaposlena z razvojem novega neprebojnega materiala, imenovanega umetna špinela, Surmet Corporation že izdaja svojo različico "prebojnega stekla", imenovano ALON.

Razvit v laboratorijih Raytheon, poseben prah se oblikuje in drži pri zelo visokih temperaturah. Sestava mešanice se lahko nekoliko razlikuje: vsebnost aluminija je približno 30% do 36%, kar nekoliko vpliva na zmogljivost (razlika je le 1-2%).

Proces segrevanja povzroči, da se prašek hitro utekočini in ohladi, tako da so molekule ohlapno razporejene, kot da so še vedno v tekoči obliki. Prav ta kristalna struktura daje prozornemu aluminiju raven trdnosti in odpornosti na praske, primerljivo s safirjem.

Proizvedeni izdelki so podvrženi toplotni obdelavi (kompaktaciji) pri povišanih temperaturah, čemur sledi brušenje in poliranje do prosojnosti. Material lahko prenese temperature do 2100 °C v inertnih plinih. Brušenje in poliranje znatno izboljšata odpornost na udarce in druge mehanske lastnosti.

Domača protivrednost

Ruski znanstveniki so leta 2017 ustvarili prozoren aluminij. Po mnenju strokovnjakov iz NRNU MEPhI je bila proizvodna tehnologijamočno izboljšali. Pri izdelavi kompaktov se uporablja tehnika spark-plazemskega sintranja.

Za razliko od tujih kolegov domači razvijalci električnega razelektritve ne prenašajo skozi zunanji grelni element, ampak neposredno skozi kalup. Znanstveniki pravijo, da je domači prozorni oklep po trdnosti primerljiv s kubičnim cirkonijem, a ima hkrati visoko udarno trdnost.

Primerjava aluminijastega oklepa z neprebojnim steklom

Tradicionalno neprebojno steklo je sestavljeno iz več plasti polikarbonata, stisnjenega med dve plasti stekla. Podobno je prozoren aluminijast oklep sestavljen iz treh plasti:

• zunanja plast - aluminijev oksinitrid;
• srednja plast - steklo;
• hrbtna plast - polimerna podlaga.

Toda podobnost se tu konča. Aluminijasti oklep lahko ustavi enake naboje iz orožja majhnega kalibra kot tradicionalno neprebojno steklo, vendar bo še vedno prozoren, tudi če je izstreljen brez značilnih razpok. Poleg tega je moč ALON-a veliko večja.

Oklep iz aluminijevega oksinitrida je mogoče izdelati v skoraj vse oblike. Ne boji se peska, gramoza ali prahu. Odpornost na abrazivne materiale je zelo visoka. Kljub odličnim lastnostim prozornega aluminija se ta material ne uporablja široko. Največji odvračilni dejavnik so stroški (3-5 krat dražji od tradicionalnih neprebojnih stekel). ALON se trenutno uporablja predvsem za leče opazovalnih instrumentov in senzorjev.projektili.