Prozirni aluminijum će zamijeniti oklopno staklo

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 10:20

Aluminijum oksinitrid (ili AlON) je keramika sastavljena od aluminijuma, kiseonika i azota. Materijal je optički providan (> 80%) u ultraljubičastom, vidljivom i polutalasnom opsegu elektromagnetnog spektra. U inostranstvu ga proizvodi Surmet Corporation pod brendom ALON. Nedavno su ruski naučnici razvili tehnologiju za proizvodnju prozirnog aluminijuma, koja se donekle razlikuje od uvezenih analoga.

Opis

Razvoj jedinstvene legure otvorio je nove izglede u odbrambenoj industriji, nauci i građevinarstvu. Prema zvaničnim podacima, ALON:

• 4 puta jače od kaljenog kvarcnog stakla;
• 85% tvrđe od safira;
• skoro 15% izdržljiviji od magnezijum aluminat spinela.

Uzgred, mineralni spinel je direktan konkurent providnom aluminijumu iinferioran u odnosu na oksinitrid u nizu parametara.

ALON je najteža komercijalno dostupna polikristalna prozirna keramika. Kombinacija optičkih i mehaničkih svojstava čini ovaj materijal vodećim kandidatom za lagane oklopne proizvode visokih performansi kao što su staklo otporno na metke i eksplozije, elementi za infracrvene optičke sisteme. Aluminijum oksinitrid se takođe koristi za proizvodnju prozirnih prozora otpornih na udarce, prozora, ploča, kupola, šipki, cevi i drugih proizvoda koristeći tradicionalne tehnologije obrade keramičkog praha.

Mehanička svojstva

Aluminijum oksinitrid ima izvanredne performanse:

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

Optička i termička svojstva

Prilikom testiranja prozirnog aluminijuma dobijeni su sljedeći pokazatelji:

• Kapacitet topline: 0,781 J/K.
• Toplotna provodljivost: 12,3 W/(m K).
• Koeficijent termičke ekspanzije: 4,7×10-6/°C.
• Raspon transparentnosti: 200-5000 nm.

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

Primi

Prozirni aluminijum oksinitrid je napravljen sinterovanjem u prahu kao i drugi keramički materijali. Dok je američka mornarica zauzeta razvojem novog neprobojnog materijala zvanog umjetna špinela, Surmet Corporation već objavljuje svoju verziju "probojnog stakla" pod nazivom ALON.

Razvijen u Raytheon laboratorijama, specijalni prah se oblikuje i drži na veoma visokim temperaturama. Sastav smeše može neznatno da varira: sadržaj aluminijuma je približno 30% do 36%, što malo utiče na performanse (razlika je samo 1-2%).

Proces zagrijavanja uzrokuje da se prah brzo ukapljuje i hladi, ostavljajući molekule labavo raspoređene kao da su još uvijek u tečnom obliku. Upravo ova kristalna struktura daje providnom aluminijumu nivo čvrstoće i otpornosti na ogrebotine uporedivu sa safirom.

Proizvedeni proizvodi se podvrgavaju termičkoj 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 naučnici stvorili su prozirni aluminijum 2017. Prema riječima stručnjaka iz NRNU MEPhI, tehnologija proizvodnje je bilauvelike poboljšana. U proizvodnji kompakta koristi se tehnika iskri-plazma sinterovanja.

Za razliku od stranih kolega, domaći programeri ne propuštaju električno pražnjenje kroz vanjski grijaći element, već direktno kroz kalup. Naučnici kažu da je domaći prozirni oklop po snazi uporediv sa kubnim cirkonijumom, ali istovremeno ima visoku otpornost na udar.

Poređenje aluminijumskog oklopa sa neprobojnim staklom

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

• spoljni sloj - aluminijum oksinitrid;
• srednji sloj - staklo;
• zadnji sloj - polimerna podloga.

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

Oklop od aluminijum oksinitrida može se napraviti u gotovo bilo kojem obliku. Ne boji se pijeska, šljunka ili prašine. Otpornost na abrazivne materijale je vrlo visoka. Unatoč odličnim svojstvima prozirnog aluminija, ovaj materijal nije u širokoj upotrebi. Najveći faktor odvraćanja je trošak (3-5 puta skuplji od tradicionalnog neprobojnog stakla). ALON se trenutno koristi uglavnom za sočiva osmatračkih instrumenata i senzora.projektili.