Soomustatud klaasi asendab läbipaistev alumiinium

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Alumiiniumoksünitriid (või AlON) on keraamika, mis koosneb alumiiniumist, hapnikust ja lämmastikust. Materjal on optiliselt läbipaistev (> 80%) elektromagnetilise spektri ultraviolett-, nähtava- ja poollainevahemikus. Seda toodab välismaal Surmet Corporation kaubamärgi ALON all. Hiljuti töötasid Venemaa teadlased välja tehnoloogia läbipaistva alumiiniumi tootmiseks, mis erineb mõnevõrra imporditud analoogidest.

Kirjeldus

Unikaalse sulami väljatöötamine on avanud uusi väljavaateid kaitsetööstuses, teaduses ja ehituses. Ametlike andmete kohaselt ALON:

• 4 korda tugevam kui karastatud kvartsklaas;
• 85% kõvem kui safiir;
• peaaegu 15% vastupidavam kui magneesiumaluminaatspinell.

Muide, mineraalne spinell on otsene konkurent läbipaistvale alumiiniumile jamitmete parameetrite poolest halvem kui oksünitriid.

ALON on kõige kõvem kaubanduslikult saadaolev polükristalliline läbipaistev keraamika. Optiliste ja mehaaniliste omaduste kombinatsioon muudab selle materjali juhtivaks kandidaadiks kergete ja suure jõudlusega soomustatud toodete, nagu kuuli- ja plahvatuskindel klaas, infrapuna-optiliste süsteemide elemendid. Alumiiniumoksünitriidi kasutatakse ka läbipaistvate löögikindlate akende, illuminaatorite, plaatide, kuplite, vardade, torude ja muude toodete tootmiseks traditsiooniliste keraamilise pulbri töötlemise tehnoloogiate abil.

Mehaanilised omadused

Alumiiniumoksünitriidil on suurepärane jõudlus:

• Elastsusmoodul: 334 GPa.
• Nõgemismoodul: 135 GPa.
• Poissoni koefitsient: 0, 24.
• Knoop kõvadus: 1800kg/mm2 0,2kg koormuse juures.
• Murdumiskindlus: 2 MPa m1/2.
• Paindetugevus: 0,38–0,7 GPa.
• Survetugevus: 2,68 GPa.

Optilised ja termilised omadused

Läbipaistva alumiiniumi testimisel saadi järgmised näitajad:

• Soojusvõimsus: 0,781 J/K.
• Soojusjuhtivus: 12,3 W/(m K).
• Soojuspaisumistegur: 4,7×10-6/°C.
• Läbipaistvuse vahemik: 200–5000 nm.

ALON on vastupidav ka kiirgusele ning erinevate hapete, leeliste ja vee kahjustustele.

Võta vastu

Läbipaistev alumiiniumoksünitriid on valmistatud pulberpaagutamise teel nagu muud keraamilised materjalid. Samal ajal kui USA merevägi tegeleb uue kuulikindla materjali, mida nimetatakse tehisspinelliks, väljatöötamisega, annab Surmet Corporation juba välja oma versiooni "kuulikindlast klaasist" nimega ALON.

Raytheoni laborites välja töötatud spetsiaalne pulber on vormitud ja seda hoitakse väga kõrgel temperatuuril. Segu koostis võib veidi erineda: alumiiniumisisaldus on ligikaudu 30% kuni 36%, mis mõjutab jõudlust veidi (erinevus on vaid 1-2%).

Kuumutusprotsess põhjustab pulbri kiire vedeldamise ja jahtumise, jättes molekulid lõdv alt järjestatuks, nagu oleksid need veel vedelal kujul. Just see kristallstruktuur annab läbipaistvale alumiiniumile safiiriga võrreldava tugevuse ja kriimustuskindluse.

Valmistatud tooteid kuumtöödeldakse (tihendatakse) kõrgel temperatuuril, millele järgneb lihvimine ja poleerimine kuni läbipaistvuseni. Materjal talub inertgaasides kuni 2100 °C temperatuuri. Lihvimine ja poleerimine parandab oluliselt löögikindlust ja muid mehaanilisi omadusi.

Kodumaine ekvivalent

Vene teadlased lõid 2017. aastal läbipaistva alumiiniumi. NRNU MEPhI spetsialistide sõnul oli tootmistehnoloogiaoluliselt paranenud. Kompaktide valmistamisel kasutatakse säde-plasma paagutamise tehnikat.

Erinev alt välismaistest kolleegidest ei juhi kodumaised arendajad elektrilahendust läbi välise kütteelemendi, vaid otse läbi vormi. Teadlaste sõnul on kodumaise läbipaistva soomuse tugevus võrreldav tsirkooniumoksiidiga, kuid samal ajal on sellel suur löögitugevus.

Alumiiniumsoomuse võrdlus kuulikindla klaasiga

Traditsiooniline kuulikindel klaas koosneb mitmest polükarbonaadikihist, mis on asetatud kahe klaasikihi vahele. Samamoodi koosneb läbipaistev alumiiniumrüü kolmest kihist:

• väliskiht - alumiiniumoksünitriid;
• keskmine kiht – klaas;
• tagakiht – polümeerist aluskiht.

Aga sarnasus lõpeb sellega. Alumiiniumsoomus suudab peatada väikese kaliibriga relvadest pärit samad kuulid nagu traditsiooniline kuulikindel klaas, kuid see on siiski läbipaistev isegi tulistamisel ilma iseloomulike pragudeta. Lisaks on ALONi tugevus palju suurem.

Alumiiniumoksünitriidsoomust saab valmistada peaaegu igasuguse kujuga. Ta ei karda liiva, kruusa ega tolmu. Vastupidavus abrasiivsetele materjalidele on väga kõrge. Vaatamata läbipaistva alumiiniumi suurepärastele omadustele ei kasutata seda materjali laialdaselt. Suurim hoiatav mõju on kulu (3-5 korda kallim kui traditsiooniline kuulikindel klaas). ALON-i kasutatakse praegu peamiselt vaatlusriistade ja andurite objektiivide jaoks.raketid.