Przezroczyste aluminium zastąpi szkło pancerne

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Tlenoazotek glinu (albo AlON) to ceramika składająca się z aluminium, tlenu i azotu. Materiał jest optycznie przezroczysty (> 80%) w zakresie ultrafioletowym, widzialnym i półfalowym widma elektromagnetycznego. Jest produkowany za granicą przez Surmet Corporation pod marką ALON. Niedawno rosyjscy naukowcy opracowali technologię wytwarzania przezroczystego aluminium, która różni się nieco od importowanych analogów.

Opis

Opracowanie unikalnego stopu otworzyło nowe perspektywy w przemyśle obronnym, nauce i budownictwie. Według oficjalnych danych ALON:

• 4 razy mocniejsze niż hartowane szkło kwarcowe;
• 85% twardszy niż szafir;
• prawie 15% trwalszy niż spinel glinianu magnezu.

Nawiasem mówiąc, spinel mineralny jest bezpośrednim konkurentem przezroczystego aluminium ipod wieloma parametrami gorszy od tlenoazotku.

ALON to najtwardsza dostępna na rynku przezroczysta ceramika polikrystaliczna. Połączenie właściwości optycznych i mechanicznych czyni ten materiał wiodącym kandydatem na lekkie, wysokowydajne produkty pancerne, takie jak szkło kuloodporne i przeciwwybuchowe, elementy do systemów optycznych na podczerwień. Tlenoazotek glinu jest również używany do produkcji przezroczystych, odpornych na uderzenia okien, iluminatorów, płyt, kopuł, prętów, rur i innych produktów przy użyciu tradycyjnych technologii przetwarzania proszków ceramicznych.

Właściwości mechaniczne

Tlenowoazotek aluminium ma wyjątkową wydajność:

• Moduł sprężystości: 334 GPa.
• Moduł ścinania: 135 GPa.
• Współczynnik Poissona: 0, 24.
• Twardość Knoopa: 1800kg/mm2 przy obciążeniu 0,2 kg.
• Odporność na złamanie: 2 MPa m1/2.
• Wytrzymałość na zginanie: 0,38-0,7 GPa.
• Wytrzymałość na ściskanie: 2,68 GPa.

Właściwości optyczne i termiczne

Podczas testowania przezroczystego aluminium uzyskano następujące wskaźniki:

• Pojemność cieplna: 0,781 J/K.
• Przewodność cieplna: 12,3 W/(m·K).
• Współczynnik rozszerzalności cieplnej: 4,7×10-6/°C.
• Zakres przezroczystości: 200-5000 nm.

ALON jest również odporny na promieniowanie i uszkodzenia spowodowane różnymi kwasami, zasadami i wodą.

Odbierz

Przezroczysty tlenoazotek aluminium jest wytwarzany przez spiekanie proszkowe, podobnie jak inne materiały ceramiczne. Podczas gdy marynarka wojenna USA jest zajęta opracowywaniem nowego kuloodpornego materiału zwanego sztucznym spinelem, Surmet Corporation już wypuszcza własną wersję „kuloodpornego szkła” o nazwie ALON.

Opracowany w laboratoriach Raytheon specjalny proszek jest formowany i utrzymywany w bardzo wysokich temperaturach. Skład mieszanki może się nieznacznie różnić: zawartość aluminium wynosi około 30% do 36%, co nieznacznie wpływa na wydajność (różnica to tylko 1-2%).

Proces ogrzewania powoduje, że proszek szybko upłynnia się i ochładza, pozostawiając cząsteczki luźno ułożone, jakby wciąż były w postaci płynnej. To właśnie ta krystaliczna struktura nadaje przezroczystemu aluminium poziom wytrzymałości i odporności na zarysowania porównywalny z szafirem.

Wytwarzane produkty są poddawane obróbce cieplnej (zagęszczaniu) w podwyższonych temperaturach, a następnie szlifowaniu i polerowaniu do uzyskania przezroczystości. Materiał wytrzymuje temperatury do 2100 °C w gazach obojętnych. Szlifowanie i polerowanie znacznie poprawia odporność na uderzenia i inne właściwości mechaniczne.

Odpowiednik krajowy

Rosyjscy naukowcy stworzyli przezroczyste aluminium w 2017 roku. Według specjalistów z NRNU MEPhI technologia produkcji była:znacznie się poprawiła. W produkcji wyprasek stosowana jest technika spiekania plazmowo-iskrowego.

W przeciwieństwie do zagranicznych kolegów, krajowi deweloperzy nie przepuszczają wyładowania elektrycznego przez zewnętrzny element grzejny, ale bezpośrednio przez formę. Naukowcy twierdzą, że krajowa przezroczysta zbroja jest porównywalna pod względem wytrzymałości do cyrkonii, ale jednocześnie ma wysoką udarność.

Porównanie pancerza aluminiowego ze szkłem kuloodpornym

Tradycyjne szkło kuloodporne składa się z wielu warstw poliwęglanu umieszczonych pomiędzy dwiema warstwami szkła. Podobnie przezroczysty aluminiowy pancerz składa się z trzech warstw:

• warstwa zewnętrzna - tlenoazotek glinu;
• warstwa środkowa - szkło;
• tylna warstwa - podkład polimerowy.

Ale na tym podobieństwa się kończą. Pancerz aluminiowy może zatrzymać te same pociski z broni małego kalibru, co tradycyjne szkło kuloodporne, ale nadal będzie przezroczysty nawet po wystrzeleniu bez charakterystycznych pęknięć. Ponadto siła ALON jest znacznie wyższa.

Pancerz z tlenkoazotku aluminium może mieć prawie dowolny kształt. Nie boi się piasku, żwiru ani kurzu. Odporność na materiały ścierne jest bardzo wysoka. Pomimo doskonałych właściwości przezroczystego aluminium, materiał ten nie jest powszechnie stosowany. Największym środkiem odstraszającym jest koszt (3-5 razy droższy niż tradycyjne szkło kuloodporne). ALON jest obecnie stosowany głównie do soczewek przyrządów obserwacyjnych i czujników.pociski.