Прозрачен алуминий ще замени бронираното стъкло

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Алуминиев оксинитрид (или AlON) е керамика, съставена от алуминий, кислород и азот. Материалът е оптически прозрачен (> 80%) в ултравиолетовия, видимия и полувълновия обхват на електромагнитния спектър. Произвежда се в чужбина от Surmet Corporation под марката ALON. Наскоро руски учени разработиха технология за производство на прозрачен алуминий, която е малко по-различна от вносните аналози.

Описание

Разработването на уникална сплав отвори нови перспективи в отбранителната индустрия, науката и строителството. Според официални данни, ALON:

• 4 пъти по-здраво от закалено кварцово стъкло;
• 85% по-твърд от сапфир;
• почти 15% по-издръжлив от шпинел от магнезиев алуминат.

Между другото, минералният шпинел е пряк конкурент на прозрачния алуминий ипо-нисък от оксинитрида по редица параметри.

ALON е най-твърдата налична в търговската мрежа поликристална прозрачна керамика. Комбинацията от оптични и механични свойства прави този материал водещ кандидат за леки, високоефективни бронирани продукти като бронирани и взривобезопасни стъкла, елементи за инфрачервени оптични системи. Алуминиевият оксинитрид също се използва за производство на прозрачни устойчиви на удар прозорци, илюминатори, плочи, куполи, пръти, тръби и други продукти, използвайки традиционни технологии за обработка на керамичен прах.

Механични свойства

Алуминиевият оксинитрид има изключителна производителност:

• Модул на еластичност: 334 GPa.
• Модул на срязване: 135 GPa.
• Коефициент на Поасон: 0, 24.
• Твърдост на Knoop: 1800kg/mm2 при натоварване 0,2kg.
• Устойчивост на счупване: 2 MPa m1/2.
• Якост на огъване: 0,38-0,7 GPa.
• Якост на натиск: 2,68 GPa.

Оптични и термични свойства

При тестване на прозрачен алуминий бяха получени следните показатели:

• Топлинен капацитет: 0,781 J/K.
• Топлопроводимост: 12,3 W/(mK).
• Коефициент на термично разширение: 4,7×10-6/°C.
• Обхват на прозрачност: 200-5000 nm.

ALON също е устойчив на радиация и увреждане от различни киселини, основи и вода.

Получаване

Прозрачен алуминиев оксинитрид се произвежда чрез прахово синтероване като други керамични материали. Докато военноморските сили на САЩ са заети с разработването на нов бронеустойчив материал, наречен изкуствен шпинел, Surmet Corporation вече пуска своя собствена версия на „бронеустойчивото стъкло“, наречена ALON.

Разработен в лаборатории на Raytheon, специален прах се формова и държи при много високи температури. Съставът на сместа може леко да варира: съдържанието на алуминий е приблизително 30% до 36%, което леко влияе на производителността (разликата е само 1-2%).

Процесът на нагряване кара праха да се втечни бързо и да се охлади, оставяйки молекулите свободно подредени, сякаш все още са в течна форма. Именно тази кристална структура придава на прозрачния алуминий ниво на здравина и устойчивост на надраскване, сравними със сапфира.

Произведените продукти се подлагат на топлинна обработка (уплътняване) при повишени температури, последвано от шлайфане и полиране до прозрачност. Материалът може да издържа на температури до 2100 °C в инертни газове. Шлайфането и полирането значително подобряват устойчивостта на удар и други механични свойства.

Вътрешен еквивалент

Руски учени създадоха прозрачен алуминий през 2017 г. Според специалисти от НИНУ МИФИ технологията на производство е билазначително подобрена. При производството на компакти се използва техниката на искрово-плазмено синтероване.

За разлика от чуждестранните колеги, местните разработчици не пропускат електрически разряд през външен нагревателен елемент, а директно през калъп. Учените казват, че вътрешната прозрачна броня е сравнима по здравина с кубичния цирконий, но в същото време има висока якост на удар.

Сравнение на алуминиева броня с бронеустойчиво стъкло

Традиционното бронирано стъкло се състои от множество слоя поликарбонат, притиснати между два слоя стъкло. По същия начин прозрачната алуминиева броня се състои от три слоя:

• външен слой - алуминиев оксинитрид;
• среден слой - стъкло;
• заден слой - полимерна основа.

Но приликата свършва дотук. Алуминиевата броня може да спре същите куршуми от оръжия с малък калибър като традиционното бронепробиваемо стъкло, но все пак ще бъде прозрачна дори при изстрел без характерните пукнатини. Освен това силата на ALON е много по-висока.

Бронята от алуминиев оксинитрид може да бъде направена в почти всякаква форма. Тя не се страхува от пясък, чакъл или прах. Устойчивостта на абразивни материали е много висока. Въпреки отличните свойства на прозрачния алуминий, този материал не се използва широко. Най-големият възпиращ фактор е цената (3-5 пъти по-скъпо от традиционното бронирано стъкло). В момента ALON се използва главно за лещи на наблюдателни уреди и сензори.ракети.