Transparent aluminium vil erstatte pansret glas

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 10:22

Aluminiumoxynitrid (eller AlON) er en keramik bestående af aluminium, oxygen og nitrogen. Materialet er optisk transparent (> 80%) i det elektromagnetiske spektrums ultraviolette, synlige og halvbølgeområder. Det er fremstillet i udlandet af Surmet Corporation under ALON-mærket. For nylig har russiske videnskabsmænd udviklet en teknologi til fremstilling af gennemsigtigt aluminium, som er noget anderledes end importerede analoger.

Description

Udviklingen af en unik legering har åbnet nye perspektiver inden for forsvarsindustrien, videnskaben og byggeriet. Ifølge officielle tal, ALON:

• 4 gange stærkere end hærdet kvartsglas;
• 85 % hårdere end safir;
• næsten 15 % mere holdbar end magnesiumaluminatspinel.

Forresten er den mineralske spinel en direkte konkurrent til gennemsigtigt aluminium ogringere end oxynitrid i en række parametre.

ALON er den hårdeste kommercielt tilgængelige polykrystallinske klare keramik. Kombinationen af optiske og mekaniske egenskaber gør dette materiale til en førende kandidat til lette, højtydende pansrede produkter såsom skudsikkert og eksplosionssikkert glas, elementer til infrarøde optiske systemer. Aluminiumoxynitrid bruges også til at fremstille gennemsigtige slagfaste vinduer, koøjer, plader, kupler, stænger, rør og andre produkter ved hjælp af traditionelle keramiske pulverbehandlingsteknologier.

Mekaniske egenskaber

Aluminiumoxynitrid har enestående ydeevne:

• Elasticitetsmodul: 334 GPa.
• Forskydningsmodul: 135 GPa.
• Poissons forhold: 0, 24.
• Knoop hårdhed: 1800 kg/mm2 ved 0,2 kg belastning.
• Brækmodstand: 2 MPa m1/2.
• Bøjningsstyrke: 0,38-0,7 GPa.
• Kompressionsstyrke: 2,68 GPa.

Optiske og termiske egenskaber

Ved testning af gennemsigtigt aluminium opnåedes følgende indikatorer:

• Varmekapacitet: 0,781 J/K.
• Vermeledningsevne: 12,3 W/(m K).
• Termisk udvidelseskoefficient: 4,7×10-6/°C.
• Gennemsigtighedsområde: 200-5000 nm.

ALON er også modstandsdygtig over for stråling og skader fra forskellige syrer, baser og vand.

Modtag

Transparent aluminiumoxynitrid er fremstillet ved pulversintring ligesom andre keramiske materialer. Mens den amerikanske flåde har travlt med at udvikle et nyt skudsikkert materiale kaldet kunstig spinel, udgiver Surmet Corporation allerede sin egen version af "skudsikkert glas" kaldet ALON.

Udviklet i Raytheons laboratorier, et specielt pulver støbes og holdes ved meget høje temperaturer. Sammensætningen af blandingen kan variere lidt: aluminiumindholdet er ca. 30% til 36%, hvilket påvirker ydeevnen lidt (forskellen er kun 1-2%).

Opvarmningsprocessen får pulveret til hurtigt at blive flydende og afkøle, hvilket efterlader molekylerne løst arrangeret, som om de stadig var i flydende form. Det er denne krystalstruktur, der giver gennemsigtigt aluminium et niveau af styrke og ridsemodstand, der kan sammenlignes med safir.

Fremstillede produkter udsættes for varmebehandling (komprimering) ved forhøjede temperaturer, efterfulgt af slibning og polering, indtil de er gennemsigtige. Materialet kan modstå temperaturer op til 2100 °C i inaktive gasser. Slibning og polering forbedrer slagfastheden og andre mekaniske egenskaber markant.

ækvivalent i hjemmet

Russiske videnskabsmænd skabte gennemsigtigt aluminium i 2017. Ifølge specialister fra NRNU MEPhI var produktionsteknologienstærkt forbedret. Ved fremstilling af kompakte genstande anvendes teknikken med gnist-plasmasintring.

I modsætning til udenlandske kolleger, sender indenlandske udviklere ikke en elektrisk udledning gennem et eksternt varmeelement, men direkte gennem en form. Forskere siger, at indenlandsk gennemsigtigt rustning kan sammenlignes i styrke med cubic zirconia, men samtidig har høj slagstyrke.

Sammenligning af aluminiumpanser med skudsikkert glas

Traditionelt skudsikkert glas består af flere lag polycarbonat, der er klemt mellem to lag glas. På samme måde består en gennemsigtig aluminiumsrustning af tre lag:

• ydre lag - aluminiumoxynitrid;
• mellemlag - glas;
• bagsidelag - polymerbagside.

Men ligheden slutter der. Aluminiumspanser kan stoppe de samme kugler fra små kalibervåben som traditionelt skudsikkert glas, men det vil stadig være gennemsigtigt, selv når det affyres uden de karakteristiske revner. Derudover er styrken af ALON meget højere.

Aluminium oxynitrid panser kan laves i næsten enhver form. Hun er ikke bange for sand, grus eller støv. Modstandsdygtigheden over for slibende materialer er meget høj. På trods af de fremragende egenskaber ved gennemsigtigt aluminium er dette materiale ikke meget brugt. Den største afskrækkende faktor er omkostningerne (3-5 gange dyrere end traditionelt skudsikkert glas). ALON bruges i øjeblikket hovedsageligt til linser til observationsinstrumenter og sensorer.missiler.