Pancierované sklo nahradí priehľadný hliník

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Oxynitrid hliníka (alebo AlON) je keramika zložená z hliníka, kyslíka a dusíka. Materiál je opticky transparentný (> 80 %) v ultrafialovom, viditeľnom a polvlnnom rozsahu elektromagnetického spektra. V zahraničí ho vyrába Surmet Corporation pod značkou ALON. Nedávno ruskí vedci vyvinuli technológiu na výrobu priehľadného hliníka, ktorý sa trochu líši od dovážaných analógov.

Popis

Vývoj jedinečnej zliatiny otvoril nové perspektívy v obrannom priemysle, vede a stavebníctve. Podľa oficiálnych údajov ALON:

• 4-krát pevnejšie ako tvrdené kremenné sklo;
• 85 % tvrdšie ako zafír;
• takmer o 15% odolnejší ako hlinitan horečnatý spinel.

Mimochodom, minerálny spinel je priamym konkurentom priehľadného hliníka av mnohých parametroch horší ako oxynitrid.

ALON je najtvrdšia komerčne dostupná polykryštalická číra keramika. Kombinácia optických a mechanických vlastností robí z tohto materiálu popredného kandidáta pre ľahké, vysokovýkonné pancierové produkty, ako sú nepriestrelné a nevýbušné sklá, prvky pre infračervené optické systémy. Oxynitrid hliníka sa používa aj na výrobu priehľadných okien odolných voči nárazu, okienok, platní, kupol, tyčí, rúrok a iných produktov pomocou tradičných technológií spracovania keramického prášku.

Mechanické vlastnosti

Oxynitrid hliníka má vynikajúci výkon:

• Modul pružnosti: 334 GPa.
• Modul v šmyku: 135 GPa.
• Poissonov pomer: 0, 24.
• Tvrdosť Knoop: 1800 kg/mm2 pri zaťažení 0,2 kg.
• Odolnosť proti lomu: 2 MPa m1/2.
• Pevnosť v ohybe: 0,38-0,7 GPa.
• Sila v tlaku: 2,68 GPa.

Optické a tepelné vlastnosti

Pri testovaní priehľadného hliníka sa získali nasledujúce ukazovatele:

• Tepelná kapacita: 0,781 J/K.
• Tepelná vodivosť: 12,3 W/(m K).
• Koeficient tepelnej rozťažnosti: 4,7×10-6/°C.
• Rozsah priehľadnosti: 200-5000 nm.

ALON je odolný aj voči žiareniu a poškodeniu rôznymi kyselinami, zásadami a vodou.

Prijať

Transparentný oxynitrid hliníka sa vyrába práškovým spekaním ako iné keramické materiály. Zatiaľ čo americké námorníctvo je zaneprázdnené vývojom nového nepriestrelného materiálu nazývaného umelý spinel, spoločnosť Surmet Corporation už vydáva svoju vlastnú verziu „nepriestrelného skla“s názvom ALON.

Špeciálny prášok vyvinutý v laboratóriách Raytheon sa formuje a udržiava pri veľmi vysokých teplotách. Zloženie zmesi sa môže mierne líšiť: obsah hliníka je približne 30% až 36%, čo mierne ovplyvňuje výkon (rozdiel je len 1-2%).

Proces zahrievania spôsobuje, že prášok rýchlo skvapalňuje a ochladzuje, pričom molekuly zostávajú voľne usporiadané, ako keby boli stále v tekutej forme. Práve táto kryštálová štruktúra dodáva priehľadnému hliníku úroveň pevnosti a odolnosti proti poškriabaniu porovnateľnú so zafírom.

Vyrobené produkty sa podrobia tepelnému spracovaniu (zhutneniu) pri zvýšených teplotách, po ktorých nasleduje brúsenie a leštenie, kým nie sú transparentné. Materiál odoláva teplotám až 2100 °C v inertných plynoch. Brúsenie a leštenie výrazne zlepšuje odolnosť proti nárazu a ďalšie mechanické vlastnosti.

Domáce ekvivalent

Ruskí vedci vytvorili v roku 2017 priehľadný hliník. Podľa špecialistov z NRNU MEPhI bola technológia výrobyvýrazne zlepšila. Pri výrobe výliskov sa používa technika iskrového plazmového spekania.

Na rozdiel od zahraničných kolegov neprechádzajú domáci vývojári elektrickým výbojom cez vonkajšie vykurovacie teleso, ale priamo cez formu. Vedci tvrdia, že domáce priehľadné brnenie je svojou silou porovnateľné s kubickým zirkónom, no zároveň má vysokú rázovú pevnosť.

Porovnanie hliníkového brnenia s nepriestrelným sklom

Tradičné nepriestrelné sklo pozostáva z viacerých vrstiev polykarbonátu vložených medzi dve vrstvy skla. Podobne aj priehľadné hliníkové brnenie pozostáva z troch vrstiev:

• vonkajšia vrstva - oxynitrid hliníka;
• stredná vrstva - sklo;
• zadná vrstva – polymérová podložka.

Tým sa však podobnosť končí. Hliníkové brnenie dokáže zastaviť rovnaké guľky z malokalibrových zbraní ako tradičné nepriestrelné sklá, no stále bude priehľadné aj pri streľbe bez charakteristických prasklín. Navyše sila ALONu je oveľa vyššia.

Hliníkové oxynitridové pancierovanie je možné vyrobiť do takmer akéhokoľvek tvaru. Nebojí sa piesku, štrku ani prachu. Odolnosť voči abrazívnym materiálom je veľmi vysoká. Napriek vynikajúcim vlastnostiam priehľadného hliníka sa tento materiál veľmi nepoužíva. Najväčším odstrašujúcim faktorom sú náklady (3-5 krát drahšie ako tradičné nepriestrelné sklá). ALON sa v súčasnosti používa najmä pre šošovky pozorovacích prístrojov a snímačov.rakety.