Caurspīdīgs alumīnijs aizstās bruņu stiklu

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Alumīnija oksinitrīds (vai AlON) ir keramika, kas sastāv no alumīnija, skābekļa un slāpekļa. Materiāls ir optiski caurspīdīgs (> 80%) elektromagnētiskā spektra ultravioletajā, redzamajā un pusviļņu diapazonā. To ārzemēs ražo Surmet Corporation ar zīmolu ALON. Nesen Krievijas zinātnieki ir izstrādājuši tehnoloģiju caurspīdīga alumīnija ražošanai, kas nedaudz atšķiras no importētajiem analogiem.

Apraksts

Unikāla sakausējuma izstrāde ir pavērusi jaunas perspektīvas aizsardzības nozarē, zinātnē un būvniecībā. Saskaņā ar oficiālajiem datiem ALON:

• 4 reizes stiprāks par rūdītu kvarca stiklu;
• 85% cietāks par safīru;
• gandrīz par 15% izturīgāks nekā magnija alumināta spinelis.

Starp citu, minerālšpinelis ir tiešs konkurents caurspīdīgam alumīnijam unpēc vairākiem parametriem ir zemāks par oksinitrīdu.

ALON ir cietākā komerciāli pieejamā polikristāliski caurspīdīgā keramika. Optisko un mehānisko īpašību kombinācija padara šo materiālu par vadošo kandidātu viegliem, augstas veiktspējas bruņu izstrādājumiem, piemēram, ložu necaurlaidīgam un sprādziendrošam stiklam, infrasarkano optisko sistēmu elementiem. Alumīnija oksinitrīdu izmanto arī caurspīdīgu triecienizturīgu logu, iluminatoru, plākšņu, kupolu, stieņu, cauruļu un citu izstrādājumu ražošanai, izmantojot tradicionālās keramikas pulvera apstrādes tehnoloģijas.

Mehāniskās īpašības

Alumīnija oksinitrīdam ir izcila veiktspēja:

• Elastības modulis: 334 GPa.
• Bīdes modulis: 135 GPa.
• Puasona koeficients: 0, 24.
• Knopa cietība: 1800 kg/mm2 pie 0,2 kg slodzes.
• Lūzumu izturība: 2 MPa m1/2.
• Liekšanas izturība: 0,38–0,7 GPa.
• Spiedes izturība: 2,68 GPa.

Optiskās un termiskās īpašības

Pārbaudot caurspīdīgu alumīniju, tika iegūti šādi rādītāji:

• Siltuma jauda: 0,781 J/K.
• Siltumvadītspēja: 12,3 W/(m K).
• Siltuma izplešanās koeficients: 4,7×10-6/°C.
• Caurspīdīguma diapazons: 200–5000 nm.

ALON ir arī izturīgs pret starojumu un dažādu skābju, sārmu un ūdens radītiem bojājumiem.

Saņemt

Caurspīdīgo alumīnija oksinitrīdu tāpat kā citus keramikas materiālus ražo pulvera saķepināšanas ceļā. Kamēr ASV flote ir aizņemta, izstrādājot jaunu ložu necaurlaidīgu materiālu, ko sauc par mākslīgo spineli, korporācija Surmet jau izdod savu "ložu necaurlaidīgā stikla" versiju ar nosaukumu ALON.

Izstrādāts Raytheon laboratorijās, īpašs pulveris tiek veidots un tiek turēts ļoti augstā temperatūrā. Maisījuma sastāvs var nedaudz atšķirties: alumīnija saturs ir aptuveni 30% līdz 36%, kas nedaudz ietekmē veiktspēju (atšķirība ir tikai 1-2%).

Karsēšanas procesā pulveris ātri sašķidrinās un atdziest, atstājot molekulas brīvi sakārtotas tā, it kā tās joprojām būtu šķidrā veidā. Šī kristāla struktūra nodrošina caurspīdīgam alumīnijam tādu izturību un izturību pret skrāpējumiem, kas ir salīdzināmi ar safīru.

Ražotie izstrādājumi tiek pakļauti termiskai apstrādei (blīvēšanai) paaugstinātā temperatūrā, kam seko slīpēšana un pulēšana līdz caurspīdīgai. Materiāls var izturēt temperatūru līdz 2100 °C inertās gāzēs. Slīpēšana un pulēšana ievērojami uzlabo triecienizturību un citas mehāniskās īpašības.

Iekšzemes ekvivalents

Krievu zinātnieki 2017. gadā radīja caurspīdīgu alumīniju. Pēc NRNU MEPhI speciālistu domām, ražošanas tehnoloģija bijaievērojami uzlabots. Kompaktu ražošanā tiek izmantota dzirksteļplazmas saķepināšanas tehnika.

Atšķirībā no ārvalstu kolēģiem, pašmāju izstrādātāji elektrisko izlādi neizlaiž caur ārējo sildelementu, bet tieši caur veidni. Zinātnieki saka, ka mājas caurspīdīgās bruņas pēc stiprības ir salīdzināmas ar kubiskā cirkonija oksīdu, taču tajā pašā laikā tām ir augsta triecienizturība.

Alumīnija bruņu salīdzinājums ar ložu necaurlaidīgu stiklu

Tradicionālais ložu necaurlaidīgais stikls sastāv no vairākiem polikarbonāta slāņiem, kas iestiprināti starp diviem stikla slāņiem. Līdzīgi, caurspīdīgas alumīnija bruņas sastāv no trim slāņiem:

• ārējais slānis - alumīnija oksinitrīds;
• vidējais slānis - stikls;
• aizmugurējais slānis - polimēra pamatne.

Bet ar to līdzība beidzas. Alumīnija bruņas var aizturēt tādas pašas lodes no maza kalibra ieročiem kā tradicionālais ložu necaurlaidīgais stikls, taču tās joprojām būs caurspīdīgas, pat izšaujot bez raksturīgajām plaisām. Turklāt ALON spēks ir daudz lielāks.

Alumīnija oksinitrīda bruņas var izgatavot gandrīz jebkurā formā. Viņa nebaidās no smiltīm, grants vai putekļiem. Izturība pret abrazīviem materiāliem ir ļoti augsta. Neskatoties uz lieliskajām caurspīdīgā alumīnija īpašībām, šis materiāls netiek plaši izmantots. Lielākais atturošais līdzeklis ir izmaksas (3-5 reizes dārgākas nekā tradicionālais ložu necaurlaidīgais stikls). ALON pašlaik galvenokārt izmanto novērošanas instrumentu un sensoru lēcām.raķetes.