Átlátszó alumínium váltja fel a páncélüveget

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

Az alumínium-oxinitrid (vagy AlON) alumíniumból, oxigénből és nitrogénből álló kerámia. Az anyag optikailag átlátszó (> 80%) az elektromágneses spektrum ultraibolya, látható és félhullám-tartományában. Külföldön a Surmet Corporation gyártja ALON márkanév alatt. Az utóbbi időben orosz tudósok kifejlesztettek egy technológiát átlátszó alumínium előállítására, amely némileg eltér az importált analógoktól.

Leírás

Egy egyedülálló ötvözet fejlesztése új távlatokat nyitott a védelmi iparban, a tudományban és az építőiparban. A hivatalos adatok szerint ALON:

• 4-szer erősebb, mint az edzett kvarcüveg;
• 85%-kal keményebb, mint a zafír;
• közel 15%-kal tartósabb, mint a magnézium-aluminát spinell.

Egyébként az ásványi spinell közvetlen versenytársa az átlátszó alumínium ésszámos paraméterben rosszabb, mint az oxinitrid.

Az ALON a kereskedelemben kapható legkeményebb polikristályos átlátszó kerámia. Az optikai és mechanikai tulajdonságok kombinációja révén ez az anyag vezető jelölt a könnyű, nagy teljesítményű páncélozott termékekhez, mint például a golyóálló és robbanásbiztos üvegek, valamint az infravörös optikai rendszerek elemei. Az alumínium-oxinitridet átlátszó, ütésálló ablakok, lőrések, lemezek, kupolák, rudak, csövek és egyéb termékek előállítására is használják hagyományos kerámiapor-feldolgozási technológiával.

Mechanikai tulajdonságok

Az alumínium-oxinitrid kiemelkedő teljesítményt nyújt:

• Rugalmassági modulus: 334 GPa.
• Nyírási modulus: 135 GPa.
• Poisson-arány: 0, 24.
• Csomókeménység: 1800 kg/mm2 0,2 kg terhelésnél.
• Törési ellenállás: 2 MPa m1/2.
• Hajlítószilárdság: 0,38-0,7 GPa.
• Nyomószilárdság: 2,68 GPa.

Optikai és termikus tulajdonságok

Az átlátszó alumínium tesztelésekor a következő mutatókat kaptuk:

• Hőkapacitás: 0,781 J/K.
• Hővezetőképesség: 12,3 W/(m K).
• Hőtágulási együttható: 4,7×10-6/°C.
• Átlátszósági tartomány: 200-5000 nm.

Az ALON ellenáll a sugárzásnak és a különféle savak, lúgok és víz által okozott károsodásoknak is.

Fogadás

Az átlátszó alumínium-oxinitrid a többi kerámiaanyaghoz hasonlóan porszinterezéssel készül. Míg az amerikai haditengerészet egy új, mesterséges spinel nevű golyóálló anyag kifejlesztésén dolgozik, a Surmet Corporation már kiadja a "golyóálló üveg" saját verzióját, ALON néven.

A Raytheon laboratóriumaiban kifejlesztett speciális port öntik és nagyon magas hőmérsékleten tartják. A keverék összetétele kissé változhat: az alumíniumtartalom körülbelül 30-36%, ami kis mértékben befolyásolja a teljesítményt (a különbség csak 1-2%).

A hevítési folyamat hatására a por gyorsan elfolyósodik és lehűl, így a molekulák lazán elrendeződnek, mintha még folyékony formában lennének. Ez a kristályszerkezet biztosítja az átlátszó alumíniumnak a zafíréhoz hasonló szilárdságot és karcállóságot.

A gyártott termékeket hőkezelésnek (tömörítésnek) vetik alá emelt hőmérsékleten, majd csiszolják és polírozzák, amíg átlátszóvá válik. Az anyag ellenáll a 2100 °C hőmérsékletnek inert gázokban. A csiszolás és polírozás jelentősen javítja az ütésállóságot és egyéb mechanikai tulajdonságokat.

Hazai megfelelője

Orosz tudósok 2017-ben készítettek átlátszó alumíniumot. Az NRNU MEPhI szakemberei szerint a gyártási technológia az voltnagyot javult. A kompaktok gyártása során a szikra-plazma szinterezés technikáját alkalmazzák.

A külföldi kollégákkal ellentétben a hazai fejlesztők az elektromos kisülést nem külső fűtőelemen, hanem közvetlenül egy formán vezetik át. A tudósok azt mondják, hogy a hazai átlátszó páncél erőssége a cirkónium-oxidéhoz hasonlítható, ugyanakkor nagy az ütési szilárdsága.

Alumínium páncél és golyóálló üveg összehasonlítása

A hagyományos golyóálló üveg több réteg polikarbonátból áll, amelyek két üvegréteg közé vannak beágyazva. Hasonlóképpen, az átlátszó alumínium páncél három rétegből áll:

• külső réteg - alumínium-oxinitrid;
• középső réteg - üveg;
• hátsó réteg - polimer hátlap.

De a hasonlóság itt véget is ér. Az alumínium páncél ugyanazokat a golyókat tudja megállítani a kis kaliberű fegyverekből, mint a hagyományos golyóálló üveg, de a jellegzetes repedések nélkül is átlátszó lesz. Ráadásul az ALON ereje sokkal nagyobb.

Az alumínium-oxinitrid páncél szinte bármilyen formára elkészíthető. Nem fél a homoktól, kavicstól vagy portól. A koptató anyagokkal szembeni ellenállás nagyon magas. Az átlátszó alumínium kiváló tulajdonságai ellenére ezt az anyagot nem használják széles körben. A legnagyobb visszatartó tényező a költség (3-5-ször drágább, mint a hagyományos golyóálló üveg). Az ALON-t jelenleg főleg megfigyelő műszerek és érzékelők lencséihez használják.rakéták.