Прозрачный алюминий: Прозрачный алюминий как замена бронестеклу — новейшие разработки

Прозрачный алюминий как замена бронестеклу — новейшие разработки

Опубликовано: 05 июля

Оксинитрид алюминия (или AlON) представляет собой керамику, состоящую из алюминия, кислорода и азота. Материал является оптически прозрачным (> 80%) в ультрафиолетовом, видимом и полуволновом диапазонах электромагнитного спектра.

Разработка уникального сплава открыла новые перспективы в оборонной промышленности, науке и строительстве.

• в 4 раза прочнее, чем закаленное кварцевое стекло;
• на 85% тверже сапфира;
• почти на 15% надежнее шпинели, изготавливаемой из алюмината магния.

ALON является самым твердым доступным в продаже представителем поликристаллической прозрачной керамики. Сочетание оптических и механических свойств делает этот материал ведущим кандидатом на легкие высокоэффективные бронированные изделия, такие как пуленепробиваемые и взрывозащищенные стекла, элементы для инфракрасных оптических систем. Также из оксинитрида алюминия получают прозрачные ударопрочные окна, иллюминаторы, плиты, купола, стержни, трубки и другие изделия с использованием традиционных технологий обработки керамических порошков.

Свойства прозрачного алюминия

Оксинитрид алюминия обладает выдающимися характеристиками:

• Модуль упругости: 334 ГПа.
• Модуль сдвига: 135 ГПа.
• Коэффициент Пуассона: 0,24.
• Твердость по методу Кнупа: 1800 кг/мм2 при нагрузке 0,2 кг.
• Сопротивление разрушению: 2 МПа·м1/2.
• Прочность на изгиб: 0,38-0,7 ГПа.
• Прочность на сжатие: 2,68 ГПа.
• Теплоемкость: 0,781 Дж/К.
• Теплопроводность: 12,3 Вт/(м·K).
• Коэффициент теплового расширения: 4,7×10-6/°С.
• Диапазон прозрачности: 200-5000 нм.

Также ALON устойчив к радиации и повреждениям различными кислотами, щелочами и водой.

Процесс изготовления

Прозрачный оксинитрид алюминия изготавливают методом порошкового спекания наподобие других керамических материалов. Разработанный в лабораториях специальный порошок закладывают в формы и выдерживают при очень высоких температурах.

Состав смеси может незначительно варьироваться: содержание алюминия составляет примерно от 30% до 36%, что незначительно влияет на характеристики (расхождение составляет всего 1-2%). Процесс нагревания вызывает быстрое разжижение и охлаждение порошка, оставляя молекулы свободно расположенными, как будто они все еще находятся в жидкой форме. Именно эта кристаллическая структура обеспечивает прозрачному алюминию уровень прочности и стойкости к царапинам, сравнимый с сапфиром.

Изготовленные изделия подвергаются термической обработке (уплотнению) при повышенных температурах с последующим шлифованием и полировкой до достижения прозрачности. Материал может выдерживать температуры до 2100 °С в инертных газах. Шлифовка и полировка существенно улучшают ударопрочность и другие механические свойства.

Please enable JavaScript to view the comments powered by Disqus.

Прозрачный алюминий – чудо современной науки

Новость о том, что ученые изобрели «прозрачный алюминий» (Transparent Aluminum Armor), не нова. Однако говорить о том, что много кто знает об этой новости еще рано, поэтому сегодня почитайте об этом интересном и получившем значительное практическое применение открытии. Открытие получило название AION или оксинитрид алюминия и является соединением алюминия, кислорода и азота, представляя собой прозрачную керамическую твердую массу, которая в четыре раза прочнее закаленного стекла. На данный момент выпускается под торговой маркой ALON. Интересно, что кварц-оксинитрид алюминия, призван заменить довольно привычное пуленепробиваемое стекло. Однако на этом его функции не заканчиваются.

Воспользуйтесь нашими услугами

Отполировав ALON, из него можно сделать стекло для иллюминатора, более того, его невозможно поцарапать привычными способами, а так же обладает отличной удароустойчивостью.

При всех этих показателях, ALON вдвое легче и тоньше чем обычное бронестекло. Таким образом, ALON буквально ворвался сразу в несколько ниш и с каждым годом улучшает свои позиции.

Важно и то, что процесс производства ALON-а не является технологически «замудренным», что облегчает задачу производителей. Однако и дома его создать не получится, впрочем, что бы вы понимали, как происходит весь процесс создания оксинитрида алюминия, расскажем о нем.

1. Способ получения литого оксинитрида алюминия в режиме горения, включающий приготовление реакционной смеси исходных компонентов, содержащей оксид хрома VI, оксид алюминия, алюминий и нитрид алюминия, помещение реакционной смеси в реактор СВС в форме из тугоплавкого материала, выполненной из кварца, графита или нержавеющей стали, воспламенение смеси с последующим реагированием ее компонентов в режиме горения в газовой среде азота, или смеси азота с воздухом, или смеси азота с аргоном под давлением 0,1-10 МПа, после завершения синтеза целевой продукт в виде слитка оксинитрида алюминия отделяют от слитка алюминида хрома, при этом реакционную смесь готовят при следующем соотношении компонентов, мас.%

• Оксид хрома VI 37,3-41,0
• Алюминий 31,0-34,0
• Оксид алюминия 22,7-25,0
• Нитрид алюминия до 9,0

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что между реакционной смесью компонентов и стенкой формы помещают функциональный слой из порошка оксинитрида алюминия.

На данный момент ALON начали использовать более многогранно, так, например, компаний Microsoft, занимаясь разработкой «умных часов», в корпусе своей разработки применяет именно оксинитрид алюминия. Так что, кто знает, быть может, даже изготовление алюминиевых конструкций с использованием ALON-а уже не за горами, однако о подобном можно мечтать лишь в случае снижения стоимости материала.

Инженеры из исследовательской лаборатории флота США разработали процесс изготовления прочной и недорогой замены стекла. Прозрачный материал делают при помощи низкотемпературного спекания из искусственно полученных кристаллов шпинели.

Шпинель – это смешанный оксид магния и алюминия, минерал, встречающийся в природе. В естественном виде он бывает разных цветов. Например, красная шпинель неотличима на глаз от рубина, поэтому раньше эти два минерала путали между собой. Одна из знаменитых драгоценностей британской короны, Рубин Чёрного Принца, на самом деле – шпинель.

Этот материал очень твёрдый, он способен сопротивляться ударным нагрузкам и истиранию при воздействии дождя, солёной воды или песка. Кроме того, он пропускает инфракрасное излучение, поэтому может пригодиться при изготовлении различных приборов. В отличие от стекла, материал не трескается по всей поверхности – вместо этого при ударном воздействии от него просто откалывается небольшой кусок. Конечное изделие можно полировать и отшлифовывать.

Горячий пресс

Ранее инженеры пытались получить этот материал при помощи высоких температур (2000 градусов и более). Но этот процесс был как дорогим из-за энергозатрат, так и неэффективным – необходимость отделять готовый материал от поверхности тигеля приводила к появлениям дефектов. При спекании используется горячий пресс, который делает из порошковой заготовки конечное поликристаллическое изделие.

Попытки изготовить большие панели из шпинели спеканием делались и раньше. Однако материал получался мутным, с небольшими островками прозрачности. Инженерам удалось усовершенствовать качество продукта, добавив в сырьё порядка 1% фторида лития, который, расплавляясь, работает как смазка, и позволяет кристаллам шпинели правильно выстраиваться друг относительно друга.

Сырьё для производства доступно в изобилии, что делает себестоимость изделий минимальной. Благодаря простоте технологии, из материала можно делать изделия любой формы. Возможности использования обширны: изогнутые окна (например, иллюминаторы для самолётов), линзы для приборов, стёкла часов, экраны смартфонов (прочнее, чем gorilla glass), линзы для камер и биноклей. Военные интересуются использованием этого материала в качестве прозрачной брони – по сравнению с современными пуленепробиваемыми стёклами вес готового изделия будет как минимум в 2 раза меньше.

Воспользуйтесь нашими услугами

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!

Что такое прозрачный алюминий? — Конструктор

🕑 Время чтения: 1 минута

Прозрачный алюминий или оксинитрид алюминия (АЛОН) — оптически прозрачный алюминий, представляющий собой кристаллическое вещество, изготовленное из алюминатных порошковых сплавов.

Алюминий, популярный строительный материал, становится эстетически привлекательным, когда к нему добавляется прозрачный элемент. ALON или прозрачный алюминий используется в различных приложениях, таких как инфракрасные оптические окна, сенсорные компоненты и военная оборонная промышленность.

Рисунок-1: Прозрачные алюминиевые блоки
Изображение предоставлено: Reef Builders

В этой статье обсуждаются особенности и применение прозрачного алюминия в строительной отрасли.

Состав:

• Характеристики прозрачного алюминия
• Свойства прозрачного алюминия
• Применение прозрачного алюминия
• Часто задаваемые вопросы

Свойства прозрачного алюминия

1. Прозрачный керамический поликристаллический или прозрачный алюминий со шпинелем структура. Его химическая формула Al ₂ О ₂₇ Н ₅ .
2. ALON производится путем соединения алюминия, кислорода и азота. Производственный процесс включает прессование порошка оксинитрида алюминия до 15 000 фунтов на дюйм в резиновых формах, погруженных в гидравлическую жидкость. Полученный материал, формованный и непрозрачный, нагревают до 2000 ^o С и выдерживают при этой температуре двое суток. После охлаждения ALON становится прозрачным, а затем шлифуется и полируется для придания большей прозрачности и прочности.
3. ALON может быть изготовлен в виде стержней, труб, пластин, окон, куполов и других форм с использованием обычных методов прессования керамического порошка.
4. Шлифовка и полировка ALON при его производстве улучшает его ударопрочность и механические свойства.

Свойства прозрачного алюминия

• Прозрачный алюминий является оптически прозрачным, т.е. имеет 80% прозрачность в диапазоне от ближнего ультрафиолетового до видимого и ближнего инфракрасного длин волн.
• Материал остается твердым до температуры 1200 ^o C и обладает высокой эластичностью.
• В три раза тверже стали той же толщины.

The mechanical properties of transparent aluminum are listed in Table-1 below:

Mechanical Property	Values ​​
Compressive strength	2. 68 GPa
Flexural strength	0.38 -0.7 GPa
Fracture toughness	2 MPa/m 1/2
Knoop hardness	1800 kg/mm ​​ 2
Poisson ratio	0.24
Модуль сдвига	135 ГПа
Модуль Юнга	334 ГПа

Табл.

Применение прозрачного алюминия

1. Прочность прозрачного алюминия делает его отличным выбором для инфракрасных окон.
2. Используется для изготовления бронированных окон и оптических линз.
3. Прозрачный алюминий используется для изготовления пуленепробиваемых стекол.
4. Используется в инфракрасных (ИК) куполах и полупроводниковых приборах.
5. Они используются в огнеупорах, изоляторах и теплоизлучающих пластинах.

Производство прозрачного алюминия с более высокой прозрачностью требует решения нескольких задач, в том числе:

• Минимизация примесей
• Контроль границ зерен
• Устранение микропор прозрачный алюминий, контролируя размер зерна на определенной длине волны.

  Часто задаваемые вопросы

  Что такое прозрачный алюминий?

  Прозрачный алюминий или оксинитрид алюминия (ALON) представляет собой оптически прозрачный алюминий, представляющий собой кристаллическое вещество, изготовленное из сплавов алюминатного порошка.

  Как производится прозрачный алюминий?

  ALON производится путем соединения алюминия, кислорода и азота. Производственный процесс включает прессование порошка оксинитрида алюминия до 15 000 фунтов на дюйм в резиновых формах, погруженных в гидравлическую жидкость. Полученный материал, формованный и непрозрачный, нагревают до 2000 ^o С и выдерживали при этой температуре двое суток. После охлаждения ALON становится прозрачным, а затем шлифуется и полируется для придания большей прозрачности и прочности.

  Подробнее

  Алюминиевые композитные панели: почему они популярны в наши дни?

  Технические свойства алюминиевого конструкционного материала

  Поделиться этой статьей

  • Facebook

  Видео: Прозрачный алюминий — от «Звездного пути» к (почти) реальности

  [Изображение вверху] С тех пор, как в 1986 году вышел четвертый фильм «Звездный путь», ученые-материаловеды задавались вопросом, можно ли создать прозрачный алюминий на самом деле. Исследования последних лет показывают, что нам, возможно, не придется ждать до 23 ^-го -го века, чтобы совершить сравнимый подвиг. Предоставлено: Wonder World, YouTube

  За более чем 50 лет, прошедших с момента выхода в эфир первого эпизода в 1966 году, поклонники «Звездного пути» снова и снова радовались тому, что технологии, когда-то существовавшие только на телевидении, стали реальностью, от автоматических дверей до планшетных компьютеров. . И хотя некоторые из наиболее ожидаемых технологий, таких как голодеки, еще не совсем здесь (пока), одна технология, которая начала появляться в последние годы, потенциально еще более интересна для материаловедов.

  Во вселенной «Звездного пути» термин «прозрачный алюминий» относится к прозрачному металлу, состоящему из элементарного алюминия.

  Мы не можем создать прозрачный алюминий в реальной жизни, но мы можем приблизиться к этому с помощью двух прозрачных керамических материалов из соединений алюминия: магниево-алюминатной шпинели и оксинитрида алюминия. (Подробнее читайте в статье на обложке бюллетеня за март 2013 г.)

  Оба соединения твердые и тонкие, как легендарный материал «Звездного пути», но оксинитрид алюминия, в частности, демонстрирует эти характеристики.

  Оксинитрид алюминия представляет собой кристаллическое вещество, изготовленное из порошковых сплавов алюмината, которые были сильно спрессованы и нагреты до экстремальных температур. Затем керамику охлаждают, полируют и придают ей желаемую форму.

  Точка выхода снаряда показана в баллистическом стекле (слева). Прозрачная керамическая броня из оксинитрида алюминия показана (справа) с выпуклостью и без выхода из снаряда. Фото: AFRL

  Исследовательская лаборатория ВВС США (AFRL) начала работу над оксинитридом алюминия в 2006 году в рамках программы Закона об оборонном производстве, раздел III, инвестиционного механизма, предназначенного для создания, обслуживания, защиты, расширения и восстановления отечественной промышленной базы . До сотрудничества размер самого большого окна из оксинитрида алюминия был ограничен 2,8 квадратных фута. В настоящее время керамика размером до 8 квадратных футов обычно производится корпорацией Surmet Corporation, производителем компонентов из современных материалов, под торговой маркой ALON.

  «Получение восьми квадратных футов — это достижение, над которым мы работали в течение многих лет, и мы не смогли бы добиться этого без финансирования со стороны AFRL и DMS&T, а также других организаций», — Ричард Портер, руководитель производственного подразделения AFRL Manufacturing and Industrial Technologies. Дивизия, говорится в пресс-релизе AFRL. «Изготовление окна большего размера, легкого и прочного, — это огромное улучшение, позволяющее военному истребителю выполнять свою миссию».

  Одно дело узнать о прозрачных алюминиевых компаундах, а другое — увидеть их в действии. В сегодняшнем видео с YouTube-канала Wonder World вы увидите, как создается ALON, чем оно отличается от пуленепробиваемого стекла, а также узнаете о некоторых возможных применениях ALON помимо брони.

  Хотите узнать больше о науке «Звездного пути» и о том, как это выглядит в реальной жизни? Всего через три недели в Лас-Вегасе проходит ежегодная конвенция «Звездный путь», и множество научных участников выстроились в очередь, чтобы обсудить что угодно, от путешествий во времени до эволюции!

  Фото: Wonder World, YouTube

  Обновление от 10.