Transparant aluminium vervangt gepantserd glas

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 10:36

Aluminium oxynitride (of AlON) is een keramiek dat is samengesteld uit aluminium, zuurstof en stikstof. Het materiaal is optisch transparant (> 80%) in het ultraviolette, zichtbare en halve golfbereik van het elektromagnetische spectrum. Het wordt in het buitenland vervaardigd door Surmet Corporation onder het merk ALON. Onlangs hebben Russische wetenschappers een technologie ontwikkeld voor het produceren van transparant aluminium, die enigszins verschilt van geïmporteerde analogen.

Beschrijving

De ontwikkeling van een unieke legering heeft nieuwe perspectieven geopend in de defensie-industrie, de wetenschap en de bouw. Volgens officiële cijfers, ALON:

• 4 keer sterker dan gehard kwartsglas;
• 85% harder dan saffier;
• bijna 15% duurzamer dan magnesiumaluminaat spinel.

Trouwens, het mineraal spinel is een directe concurrent van transparant aluminium eninferieur aan oxynitride in een aantal parameters.

ALON is het hardste in de handel verkrijgbare polykristallijne heldere keramiek. De combinatie van optische en mechanische eigenschappen maakt dit materiaal een toonaangevende kandidaat voor lichtgewicht, hoogwaardige gepantserde producten zoals kogelvrij en explosiebestendig glas, elementen voor infrarood optische systemen. Aluminiumoxynitride wordt ook gebruikt om transparante slagvaste ramen, patrijspoorten, platen, koepels, staven, buizen en andere producten te produceren met behulp van traditionele keramische poederverwerkingstechnologieën.

Mechanische eigenschappen

Aluminium oxynitride heeft uitstekende prestaties:

• Elasticiteitsmodulus: 334 GPa.
• Afschuifmodulus: 135 GPa.
• Poisson-verhouding: 0, 24.
• Knoop-hardheid: 1800kg/mm2 bij 0.2kg load.
• Breekweerstand: 2 MPa m1/2.
• Buigsterkte: 0,38-0,7 GPa.
• Druksterkte: 2,68 GPa.

Optische en thermische eigenschappen

Bij het testen van transparant aluminium werden de volgende indicatoren verkregen:

• Warmtecapaciteit: 0,781 J/K.
• Thermische geleidbaarheid: 12,3 W/(m·K).
• Coëfficiënt van thermische uitzetting: 4,7×10-6/°C.
• Transparantiebereik: 200-5000 nm.

ALON is ook bestand tegen straling en schade door verschillende zuren, logen en water.

Ontvangen

Transparant aluminiumoxynitride wordt gemaakt door poedersintering zoals andere keramische materialen. Terwijl de Amerikaanse marine bezig is met de ontwikkeling van een nieuw kogelvrij materiaal, kunstmatige spinel genaamd, brengt Surmet Corporation al zijn eigen versie van "kogelvrij glas" uit, genaamd ALON.

Ontwikkeld in Raytheon-laboratoria, wordt een speciaal poeder gevormd en bewaard bij zeer hoge temperaturen. De samenstelling van het mengsel kan enigszins variëren: het aluminiumgeh alte is ongeveer 30% tot 36%, wat de prestaties enigszins beïnvloedt (het verschil is slechts 1-2%).

Het verhittingsproces zorgt ervoor dat het poeder snel vloeibaar wordt en afkoelt, waardoor de moleculen losjes gerangschikt blijven alsof ze nog in vloeibare vorm zijn. Het is deze kristalstructuur die transparant aluminium een niveau van sterkte en krasbestendigheid geeft dat vergelijkbaar is met saffier.

Gefabriceerde producten worden onderworpen aan een warmtebehandeling (verdichting) bij verhoogde temperaturen, gevolgd door slijpen en polijsten tot ze transparant zijn. Het materiaal is bestand tegen temperaturen tot 2100 °C in inerte gassen. Slijpen en polijsten verbeteren de slagvastheid en andere mechanische eigenschappen aanzienlijk.

Binnenlands equivalent

Russische wetenschappers hebben in 2017 transparant aluminium gemaakt. Volgens specialisten van NRNU MEPhI was de productietechnologiesterk verbeterd. Bij de vervaardiging van compacts wordt de techniek van vonkplasma-sintering gebruikt.

In tegenstelling tot buitenlandse collega's leiden binnenlandse ontwikkelaars geen elektrische ontlading door een extern verwarmingselement, maar rechtstreeks door een mal. Wetenschappers zeggen dat doorzichtige bepantsering voor huishoudelijk gebruik vergelijkbaar is met zirconia, maar tegelijkertijd een hoge slagvastheid heeft.

Vergelijking van aluminium pantser met kogelvrij glas

Traditioneel kogelvrij glas bestaat uit meerdere lagen polycarbonaat, ingeklemd tussen twee glaslagen. Evenzo bestaat transparant aluminiumpantser uit drie lagen:

• buitenste laag - aluminiumoxynitride;
• middelste laag - glas;
• ruglaag - polymeerrug.

Maar daar houdt de gelijkenis op. Aluminium bepantsering kan dezelfde kogels van klein kaliber wapens tegenhouden als traditioneel kogelvrij glas, maar het zal nog steeds transparant zijn, zelfs wanneer het wordt afgevuurd zonder de karakteristieke scheuren. Bovendien is de sterkte van ALON veel hoger.

Aluminium oxynitride pantser kan in bijna elke vorm worden gemaakt. Ze is niet bang voor zand, grind of stof. De weerstand tegen schurende materialen is zeer hoog. Ondanks de uitstekende eigenschappen van transparant aluminium wordt dit materiaal niet veel gebruikt. Het grootste afschrikmiddel zijn de kosten (3-5 keer duurder dan traditioneel kogelvrij glas). ALON wordt momenteel vooral gebruikt voor lenzen van observatie-instrumenten en sensoren.raketten.