Το διαφανές αλουμίνιο θα αντικαταστήσει το θωρακισμένο γυαλί

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Το οξυνιτρίδιο αλουμινίου (ή AlON) είναι ένα κεραμικό που αποτελείται από αλουμίνιο, οξυγόνο και άζωτο. Το υλικό είναι οπτικά διαφανές (> 80%) στις περιοχές υπεριώδους, ορατού και μισού κύματος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Κατασκευάζεται στο εξωτερικό από την Surmet Corporation με την επωνυμία ALON. Πρόσφατα, Ρώσοι επιστήμονες ανέπτυξαν μια τεχνολογία για την παραγωγή διαφανούς αλουμινίου, η οποία είναι κάπως διαφορετική από τα εισαγόμενα ανάλογα.

Περιγραφή

Η ανάπτυξη ενός μοναδικού κράματος έχει ανοίξει νέες προοπτικές στην αμυντική βιομηχανία, την επιστήμη και τις κατασκευές. Σύμφωνα με επίσημα στοιχεία, ALON:

• 4 φορές ισχυρότερο από το σκληρυμένο γυαλί χαλαζία;
• 85% πιο σκληρό από το ζαφείρι;
• σχεδόν 15% πιο ανθεκτικό από το σπινέλιο αργιλικού μαγνησίου.

Με την ευκαιρία, το ορυκτό σπινέλιο είναι άμεσος ανταγωνιστής του διαφανούς αλουμινίου καικατώτερο από το οξυνιτρίδιο σε έναν αριθμό παραμέτρων.

Το ALON είναι το πιο σκληρό πολυκρυσταλλικό διαφανές κεραμικό που διατίθεται στο εμπόριο. Ο συνδυασμός οπτικών και μηχανικών ιδιοτήτων καθιστά αυτό το υλικό κορυφαίο υποψήφιο για ελαφριά, υψηλής απόδοσης θωρακισμένα προϊόντα, όπως αλεξίσφαιρο και αντιεκρηκτικό γυαλί, στοιχεία για οπτικά συστήματα υπερύθρων. Το οξυνιτρίδιο αλουμινίου χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή διαφανών παραθύρων, φινιστρίνιων, θυρών, θόλων, ράβδων, σωλήνων και άλλων προϊόντων με χρήση παραδοσιακών τεχνολογιών επεξεργασίας κεραμικής σκόνης.

Μηχανικές ιδιότητες

Το οξυνιτρίδιο αλουμινίου έχει εξαιρετική απόδοση:

• Μέτρο ελαστικότητας: 334 GPa.
• Μέτρο διάτμησης: 135 GPa.
• Αναλογία Poisson: 0, 24.
• Σκληρότητα Knoop: 1800kg/mm2 σε φορτίο 0,2kg.
• Αντοχή σε θραύση: 2 MPa m1/2.
• Δύναμη κάμψης: 0,38-0,7 GPa.
• Αντοχή σε θλίψη: 2,68 GPa.

Οπτικές και θερμικές ιδιότητες

Κατά τη δοκιμή διαφανούς αλουμινίου, λήφθηκαν οι ακόλουθοι δείκτες:

• Θερμική ικανότητα: 0,781 J/K.
• Θερμική αγωγιμότητα: 12,3 W/(m K).
• Συντελεστής θερμικής διαστολής: 4,7×10-6/°C.
• Εύρος διαφάνειας: 200-5000 nm.

Το ALON είναι επίσης ανθεκτικό στην ακτινοβολία και τις βλάβες από διάφορα οξέα, αλκάλια και νερό.

Λήψη

Το διαφανές οξυνιτρίδιο αλουμινίου κατασκευάζεται με πυροσυσσωμάτωση σε σκόνη όπως και άλλα κεραμικά υλικά. Ενώ το Πολεμικό Ναυτικό των ΗΠΑ είναι απασχολημένο με την ανάπτυξη ενός νέου αλεξίσφαιρου υλικού που ονομάζεται τεχνητό σπινέλιο, η Surmet Corporation κυκλοφορεί ήδη τη δική της έκδοση του "αλεξίσφαιρου γυαλιού" που ονομάζεται ALON.

Αναπτύχθηκε στα εργαστήρια Raytheon, μια ειδική σκόνη πλάθεται και διατηρείται σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες. Η σύνθεση του μείγματος μπορεί να διαφέρει ελαφρώς: η περιεκτικότητα σε αλουμίνιο είναι περίπου 30% έως 36%, γεγονός που επηρεάζει ελαφρώς την απόδοση (η διαφορά είναι μόνο 1-2%).

Η διαδικασία θέρμανσης προκαλεί τη γρήγορη υγροποίηση και ψύξη της σκόνης, αφήνοντας τα μόρια χαλαρά διατεταγμένα σαν να ήταν ακόμα σε υγρή μορφή. Είναι αυτή η κρυσταλλική δομή που δίνει στο διαφανές αλουμίνιο ένα επίπεδο αντοχής και αντοχής στις γρατσουνιές συγκρίσιμες με το ζαφείρι.

Τα βιομηχανοποιημένα προϊόντα υποβάλλονται σε θερμική επεξεργασία (συμπύκνωση) σε υψηλές θερμοκρασίες, ακολουθούμενη από λείανση και στίλβωση μέχρι να γίνουν διαφανή. Το υλικό μπορεί να αντέξει θερμοκρασίες έως και 2100 °C σε αδρανή αέρια. Το τρίψιμο και το γυάλισμα βελτιώνουν σημαντικά την αντοχή στην κρούση και άλλες μηχανικές ιδιότητες.

Εσωτερικό ισοδύναμο

Ρώσοι επιστήμονες δημιούργησαν διαφανές αλουμίνιο το 2017. Σύμφωνα με ειδικούς από το NRNU MEPhI, η τεχνολογία παραγωγής ήτανβελτιώθηκε πολύ. Στην κατασκευή συμπαγών χρησιμοποιείται η τεχνική της πυροσυσσωμάτωσης με σπινθήρα-πλάσμα.

Σε αντίθεση με τους ξένους συναδέλφους, οι εγχώριοι προγραμματιστές δεν περνούν ηλεκτρική εκκένωση μέσω ενός εξωτερικού θερμαντικού στοιχείου, αλλά απευθείας μέσω ενός καλουπιού. Οι επιστήμονες λένε ότι η εγχώρια διαφανής θωράκιση είναι συγκρίσιμη σε αντοχή με την κυβική ζιρκονία, αλλά ταυτόχρονα έχει υψηλή αντοχή στην κρούση.

Σύγκριση θωράκισης αλουμινίου με αλεξίσφαιρο γυαλί

Το παραδοσιακό αλεξίσφαιρο γυαλί αποτελείται από πολλαπλά στρώματα πολυανθρακικού που τοποθετούνται ανάμεσα σε δύο στρώματα γυαλιού. Ομοίως, η διαφανής θωράκιση αλουμινίου αποτελείται από τρία στρώματα:

• εξωτερικό στρώμα - οξυνιτρίδιο αλουμινίου;
• μεσαίο στρώμα - γυαλί;
• πίσω στρώμα - πολυμερές υπόστρωμα.

Αλλά η ομοιότητα τελειώνει εκεί. Η θωράκιση αλουμινίου μπορεί να σταματήσει τις ίδιες σφαίρες από όπλα μικρού διαμετρήματος όπως το παραδοσιακό αλεξίσφαιρο γυαλί, αλλά θα εξακολουθεί να είναι διαφανές ακόμα και όταν εκτοξεύεται χωρίς τις χαρακτηριστικές ρωγμές. Επιπλέον, η δύναμη του ALON είναι πολύ μεγαλύτερη.

Η θωράκιση από οξυνιτρίδιο αλουμινίου μπορεί να κατασκευαστεί σε σχεδόν οποιοδήποτε σχήμα. Δεν φοβάται την άμμο, το χαλίκι ή τη σκόνη. Η αντοχή στα λειαντικά υλικά είναι πολύ υψηλή. Παρά τις εξαιρετικές ιδιότητες του διαφανούς αλουμινίου, αυτό το υλικό δεν χρησιμοποιείται ευρέως. Ο μεγαλύτερος αποτρεπτικός παράγοντας είναι το κόστος (3-5 φορές πιο ακριβό από το παραδοσιακό αλεξίσφαιρο γυαλί). Το ALON χρησιμοποιείται σήμερα κυρίως για φακούς οργάνων παρατήρησης και αισθητήρες.πυραύλους.