آلومینیوم شفاف جایگزین شیشه زرهی می شود

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

اکسی نیترید آلومینیوم (یا AlON) سرامیکی است که از آلومینیوم، اکسیژن و نیتروژن تشکیل شده است. این ماده از نظر نوری شفاف است (> 80%) در محدوده فرابنفش، مرئی و نیمه موج طیف الکترومغناطیسی. در خارج از کشور توسط Surmet Corporation با نام تجاری ALON تولید می شود. اخیراً دانشمندان روسی فناوری تولید آلومینیوم شفاف را توسعه داده اند که تا حدودی با آنالوگ های وارداتی متفاوت است.

شرح

توسعه یک آلیاژ منحصر به فرد چشم اندازهای جدیدی را در صنعت دفاعی، علم و ساخت و ساز باز کرده است. طبق آمار رسمی، ALON:

• 4 برابر قوی تر از شیشه کوارتز سکوریت؛
• 85% سخت تر از یاقوت کبود؛
• تقریباً 15٪ بادوام تر از اسپینل آلومینات منیزیم.

به هر حال، اسپینل معدنی رقیب مستقیم آلومینیوم شفاف ودر تعدادی از پارامترها نسبت به اکسی نیترید پایین تر است.

ALON سخت ترین سرامیک شفاف پلی کریستالی تجاری موجود است. ترکیبی از خواص نوری و مکانیکی این ماده را به یک کاندیدای پیشرو برای محصولات زرهی سبک وزن و با کارایی بالا مانند شیشه های ضد گلوله و ضد انفجار، عناصری برای سیستم های نوری مادون قرمز تبدیل می کند. اکسی نیترید آلومینیوم همچنین برای تولید پنجره های شفاف مقاوم در برابر ضربه، سوراخ ها، صفحات، گنبدها، میله ها، لوله ها و سایر محصولات با استفاده از فناوری های سنتی پردازش پودر سرامیک استفاده می شود.

خواص مکانیکی

اکسینیترید آلومینیوم عملکرد فوق العاده ای دارد:

• مدول الاستیسیته: 334 GPa.
• مدول برشی: 135 گیگا پاسکال.
• نسبت پواسون: 0، 24.
• سختی Knoop: 1800kg/mm2 در بارگیری 0.2 کیلوگرم.
• مقاومت در برابر شکست: 2 MPa متر1/2.
• استحکام خمشی: 0.38-0.7 GPa.
• مقاومت فشاری: 2.68 GPa.

خواص نوری و حرارتی

هنگام آزمایش آلومینیوم شفاف، شاخص های زیر به دست آمد:

• ظرفیت گرمایی: 0.781 J/K.
• رسانایی حرارتی: 12.3 W/(m K).
• ضریب انبساط حرارتی: 4.7×10-6/°C.
• محدوده شفافیت: 200-5000 نانومتر.

ALON همچنین در برابر تشعشعات و آسیب اسیدهای مختلف، قلیاها و آب مقاوم است.

دریافت

اکسی نیترید آلومینیوم شفاف مانند سایر مواد سرامیکی از پخت پودر ساخته می شود. در حالی که نیروی دریایی ایالات متحده مشغول توسعه یک ماده ضد گلوله جدید به نام اسپینل مصنوعی است، شرکت Surmet در حال حاضر نسخه خود را از "شیشه ضد گلوله" به نام ALON منتشر کرده است.

توسعه یافته در آزمایشگاه های Raytheon، یک پودر مخصوص قالب گیری شده و در دمای بسیار بالا نگهداری می شود. ترکیب مخلوط ممکن است کمی متفاوت باشد: محتوای آلومینیوم تقریباً 30٪ تا 36٪ است که کمی بر عملکرد تأثیر می گذارد (تفاوت فقط 1-2٪ است).

فرآیند حرارت دادن باعث می شود که پودر به سرعت مایع شده و خنک شود و مولکول ها به شکلی آزاد در کنار هم قرار گیرند که گویی هنوز به شکل مایع هستند. این ساختار کریستالی است که به آلومینیوم شفاف سطحی از استحکام و مقاومت در برابر خراش می دهد که با یاقوت کبود قابل مقایسه است.

محصولات تولیدی تحت عملیات حرارتی (فشرده شدن) در دمای بالا قرار می گیرند و به دنبال آن آسیاب و صیقل داده می شود تا شفاف شود. این ماده می تواند تا دمای 2100 درجه سانتیگراد در گازهای بی اثر مقاومت کند. سنگ زنی و پرداخت به طور قابل توجهی مقاومت در برابر ضربه و سایر خواص مکانیکی را بهبود می بخشد.

معادل داخلی

دانشمندان روسی در سال ۲۰۱۷ آلومینیوم شفاف ساختند. به گفته متخصصان NRNU MEPhI، فناوری تولید بودبسیار بهبود یافته است. در ساخت کامپکت ها از تکنیک تف جوشی جرقه ای پلاسما استفاده می شود.

بر خلاف همکاران خارجی، توسعه دهندگان داخلی تخلیه الکتریکی را از طریق یک عنصر گرمایش خارجی عبور نمی دهند، بلکه مستقیماً از طریق یک قالب عبور می کنند. دانشمندان می گویند که زره شفاف داخلی از نظر قدرت با زیرکونیای مکعبی قابل مقایسه است، اما در عین حال دارای قدرت ضربه بالایی است.

مقایسه زره آلومینیومی با شیشه ضد گلوله

شیشه ضد گلوله سنتی از چندین لایه پلی کربنات تشکیل شده است که بین دو لایه شیشه قرار گرفته است. به طور مشابه، زره آلومینیومی شفاف از سه لایه تشکیل شده است:

• لایه بیرونی - اکسی نیترید آلومینیوم؛
• لایه میانی - شیشه؛
• لایه پشت - پشتی پلیمری.

اما شباهت به همین جا ختم می شود. زره آلومینیومی می‌تواند گلوله‌های سلاح‌های کالیبر کوچک را مانند شیشه‌های ضدگلوله سنتی متوقف کند، اما حتی در صورت شلیک بدون ترک‌های مشخص همچنان شفاف خواهد بود. علاوه بر این، قدرت ALON بسیار بالاتر است.

زره اکسی نیترید آلومینیوم را می توان تقریباً به هر شکلی ساخت. او از شن، شن یا گرد و غبار نمی ترسد. مقاومت در برابر مواد ساینده بسیار بالاست. با وجود خواص عالی آلومینیوم شفاف، این ماده به طور گسترده مورد استفاده قرار نمی گیرد. بزرگترین عامل بازدارنده هزینه است (3-5 برابر گرانتر از شیشه ضد گلوله سنتی). ALON در حال حاضر عمدتاً برای لنزهای ابزارهای مشاهده و حسگرها استفاده می شود.موشک.