L'alumini transparent substituirà el vidre blindat

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

L'oxinitrur d'alumini (o AlON) és una ceràmica composta per alumini, oxigen i nitrogen. El material és òpticament transparent (> 80%) en els rangs ultraviolats, visibles i de mitja ona de l'espectre electromagnètic. Està fabricat a l'estranger per Surmet Corporation sota la marca ALON. Recentment, científics russos han desenvolupat una tecnologia per produir alumini transparent, que és una mica diferent dels anàlegs importats.

Descripció

El desenvolupament d'un aliatge únic ha obert noves perspectives a la indústria de la defensa, la ciència i la construcció. Segons les xifres oficials, ALON:

• 4 vegades més fort que el vidre de quars temperat;
• 85% més dur que el safir;
• gairebé un 15% més duradora que l'espinela d'aluminat de magnesi.

Per cert, l'espinela mineral és un competidor directe de l'alumini transparent iinferior a l'oxinitrur en diversos paràmetres.

ALON és la ceràmica transparent policristalina més dura disponible al mercat. La combinació de propietats òptiques i mecàniques fa que aquest material sigui un candidat líder per a productes blindats lleugers i d' alt rendiment, com ara el vidre antibales i a prova d'explosió, elements per a sistemes òptics infrarojos. L'oxinitrur d'alumini també s'utilitza per produir finestres, ports, plaques, cúpules, varetes, tubs i altres productes transparents resistents als impactes mitjançant les tecnologies tradicionals de processament de pols de ceràmica.

Propietats mecàniques

L'oxinitrur d'alumini té un rendiment excepcional:

• Mòdul d'elasticitat: 334 GPa.
• Mòdul de cisalla: 135 GPa.
• Ràtio de Poisson: 0, 24.
• Duresa Knoop: 1800kg/mm2 amb una càrrega de 0,2 kg.
• Resistència a la fractura: 2 MPa m1/2.
• Resistència a la flexió: 0,38-0,7 GPa.
• Resistència a la compressió: 2,68 GPa.

Propietats òptiques i tèrmiques

Quan es va provar l'alumini transparent, es van obtenir els indicadors següents:

• Capacitat de calor: 0,781 J/K.
• Conductivitat tèrmica: 12,3 W/(m K).
• Coeficient d'expansió tèrmica: 4,7×10-6/°C.
• Rang de transparència: 200-5000 nm.

ALON també és resistent a la radiació i als danys de diversos àcids, àlcalis i aigua.

Rebre

L'oxinitrur d'alumini transparent es fa mitjançant sinterització en pols com altres materials ceràmics. Mentre la Marina dels EUA està ocupada desenvolupant un nou material a prova de bales anomenat espinel artificial, Surmet Corporation ja està llançant la seva pròpia versió de "vidre a prova de bales" anomenada ALON.

Desenvolupat als laboratoris Raytheon, es modela una pols especial i es manté a temperatures molt elevades. La composició de la mescla pot variar lleugerament: el contingut d'alumini és aproximadament del 30% al 36%, cosa que afecta lleugerament el rendiment (la diferència és només de l'1-2%).

El procés d'escalfament fa que la pols es liquifi i es refredi ràpidament, deixant les molècules ben disposades com si encara estiguessin en forma líquida. Aquesta estructura de cristall és la que confereix a l'alumini transparent un nivell de força i resistència a les ratllades comparable al safir.

Els productes manufacturats se sotmeten a un tractament tèrmic (compactat) a temperatures elevades, seguit de poliment i mòlta fins que sigui transparent. El material pot suportar temperatures de fins a 2100 °C en gasos inerts. La mòlta i el poliment milloren significativament la resistència a l'impacte i altres propietats mecàniques.

Equivalent nacional

Els científics russos van crear alumini transparent el 2017. Segons els especialistes de NRNU MEPhI, la tecnologia de producció eramolt millorat. En la fabricació de compactes, s'utilitza la tècnica de sinterització amb plasma d'espurna.

A diferència dels col·legues estrangers, els desenvolupadors nacionals no passen una descàrrega elèctrica a través d'un element de calefacció extern, sinó directament a través d'un motlle. Els científics diuen que l'armadura transparent domèstica és comparable en força a la zirconia cúbica, però al mateix temps té una gran resistència a l'impacte.

Comparació d'armadura d'alumini amb vidre antibales

El vidre antibales tradicional consta de múltiples capes de policarbonat intercalades entre dues capes de vidre. De la mateixa manera, l'armadura d'alumini transparent consta de tres capes:

• capa exterior - oxinitrur d'alumini;
• capa mitjana - vidre;
• capa posterior - suport de polímer.

Però la semblança acaba aquí. L'armadura d'alumini pot aturar les mateixes bales d'armes de petit calibre que el vidre antibales tradicional, però encara serà transparent fins i tot quan es dispara sense les esquerdes característiques. A més, la força d'ALON és molt més alta.

L'armadura d'oxinitrur d'alumini es pot fer en gairebé qualsevol forma. No té por de la sorra, la grava o la pols. La resistència als materials abrasius és molt alta. Malgrat les excel·lents propietats de l'alumini transparent, aquest material no s'utilitza àmpliament. L'element dissuasiu més gran és el cost (3-5 vegades més car que el vidre antibales tradicional). Actualment, ALON s'utilitza principalment per a lents d'instruments d'observació i sensors.míssils.