Prozirni aluminij zamijenit će oklopno staklo

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Aluminij oksinitrid (ili AlON) je keramika sastavljena od aluminija, kisika i dušika. Materijal je optički proziran (> 80%) u ultraljubičastom, vidljivom i poluvalnom rasponu elektromagnetskog spektra. U inozemstvu ga proizvodi Surmet Corporation pod brendom ALON. Nedavno su ruski znanstvenici razvili tehnologiju za proizvodnju prozirnog aluminija, koja se ponešto razlikuje od uvezenih analoga.

Opis

Razvoj jedinstvene legure otvorio je nove izglede u obrambenoj industriji, znanosti i građevinarstvu. Prema službenim podacima, ALON:

• 4 puta jače od kaljenog kvarcnog stakla;
• 85% tvrđe od safira;
• gotovo 15% izdržljiviji od spinela magnezijevog aluminata.

Usput, mineralna spinel je izravni konkurent prozirnom aluminiju iinferioran u odnosu na oksinitrid u nizu parametara.

ALON je najtvrđa komercijalno dostupna polikristalna prozirna keramika. Kombinacija optičkih i mehaničkih svojstava čini ovaj materijal vodećim kandidatom za lagane oklopne proizvode visokih performansi kao što su neprobojno staklo i staklo otporno na eksploziju, elementi za infracrvene optičke sustave. Aluminij oksinitrid se također koristi za proizvodnju prozirnih prozora otpornih na udarce, prozora, ploča, kupola, šipki, cijevi i drugih proizvoda koristeći tradicionalne tehnologije obrade keramičkog praha.

Mehanička svojstva

Aluminij oksinitrid ima izvanredne performanse:

• Modul elastičnosti: 334 GPa.
• Modul smicanja: 135 GPa.
• Poissonov omjer: 0, 24.
• Knoop tvrdoća: 1800 kg/mm2 pri 0,2 kg opterećenja.
• Otpor na lom: 2 MPa m1/2.
• Snaga na savijanje: 0,38-0,7 GPa.
• Tlačna čvrstoća: 2,68 GPa.

Optička i toplinska svojstva

Prilikom testiranja prozirnog aluminija dobiveni su sljedeći pokazatelji:

• Kapacitet topline: 0,781 J/K.
• Toplinska vodljivost: 12,3 W/(m K).
• Koeficijent toplinskog širenja: 4,7×10-6/°C.
• Raspon transparentnosti: 200-5000 nm.

ALON je također otporan na zračenje i oštećenja od raznih kiselina, lužina i vode.

Primi

Prozirni aluminijev oksinitrid nastaje sinteriranjem u prahu kao i drugi keramički materijali. Dok je američka mornarica zauzeta razvojem novog neprobojnog materijala nazvanog umjetna spinel, Surmet Corporation već objavljuje vlastitu verziju "probojnog stakla" pod nazivom ALON.

Razvijen u laboratorijima Raytheon, poseban prah se oblikuje i drži na vrlo visokim temperaturama. Sastav smjese može neznatno varirati: sadržaj aluminija je otprilike 30% do 36%, što neznatno utječe na performanse (razlika je samo 1-2%).

Proces zagrijavanja uzrokuje da se prah brzo ukapljuje i hladi, ostavljajući molekule labavo poredane kao da su još uvijek u tekućem obliku. Upravo ova kristalna struktura daje prozirnom aluminiju razinu čvrstoće i otpornosti na ogrebotine usporedive sa safirom.

Proizvedeni proizvodi se podvrgavaju toplinskoj obradi (kompaktaciji) na povišenim temperaturama, nakon čega slijedi brušenje i poliranje do providnosti. Materijal može izdržati temperature do 2100 °C u inertnim plinovima. Brušenje i poliranje značajno poboljšavaju otpornost na udarce i druga mehanička svojstva.

Domaći ekvivalent

Ruski znanstvenici stvorili su prozirni aluminij 2017. Prema riječima stručnjaka iz NRNU MEPhI, tehnologija proizvodnje je bilauvelike poboljšana. U proizvodnji kompakta koristi se tehnika iskri-plazma sinteriranja.

Za razliku od stranih kolega, domaći programeri ne propuštaju električni pražnjenje kroz vanjski grijaći element, već izravno kroz kalup. Znanstvenici kažu da je domaći prozirni oklop po snazi usporediv s kubičnim cirkonijem, ali u isto vrijeme ima veliku otpornost na udar.

Usporedba aluminijskog oklopa sa neprobojnim staklom

Tradicionalno neprobojno staklo sastoji se od više slojeva polikarbonata u sendviču između dva sloja stakla. Slično, prozirni aluminijski oklop sastoji se od tri sloja:

• vanjski sloj - aluminij oksinitrid;
• srednji sloj - staklo;
• stražnji sloj - polimerna podloga.

Ali sličnost tu prestaje. Aluminijski oklop može zaustaviti iste metke iz oružja malog kalibra kao i tradicionalno neprobojno staklo, ali će i dalje biti proziran čak i kada je ispaljen bez karakterističnih pukotina. Osim toga, snaga ALON-a je mnogo veća.

Oklop od aluminijskog oksinitrida može se napraviti u gotovo bilo kojem obliku. Ne boji se pijeska, šljunka ili prašine. Otpornost na abrazivne materijale je vrlo visoka. Unatoč izvrsnim svojstvima prozirnog aluminija, ovaj materijal se ne koristi široko. Najveće odvraćanje je trošak (3-5 puta skuplji od tradicionalnog neprobojnog stakla). ALON se trenutno koristi uglavnom za leće promatračkih instrumenata i senzora.projektili.