Průhledný hliník nahradí pancéřové sklo

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Oxynitrid hliníku (neboli AlON) je keramika složená z hliníku, kyslíku a dusíku. Materiál je opticky transparentní (> 80 %) v ultrafialovém, viditelném a půlvlnném rozsahu elektromagnetického spektra. V zahraničí jej vyrábí společnost Surmet Corporation pod značkou ALON. Nedávno ruští vědci vyvinuli technologii výroby průhledného hliníku, která se poněkud liší od dovážených analogů.

Popis

Vývoj unikátní slitiny otevřel nové perspektivy v obranném průmyslu, vědě a stavebnictví. Podle oficiálních údajů ALON:

• 4krát pevnější než tvrzené křemenné sklo;
• 85 % tvrdší než safír;
• téměř o 15 % odolnější než hlinitan hořečnatý spinel.

Mimochodem, minerální spinel je přímým konkurentem průhledného hliníku av řadě parametrů horší než oxynitrid.

ALON je nejtvrdší komerčně dostupná polykrystalická čirá keramika. Kombinace optických a mechanických vlastností dělá z tohoto materiálu předního kandidáta pro lehké, vysoce výkonné pancéřové produkty, jako jsou neprůstřelná a nevýbušná skla, prvky pro infračervené optické systémy. Oxynitrid hliníku se také používá k výrobě průhledných nárazuvzdorných oken, okének, desek, kopulí, tyčí, trubek a dalších produktů pomocí tradičních technologií zpracování keramického prášku.

Mechanické vlastnosti

Oxynitrid hliníku má vynikající výkon:

• Modul pružnosti: 334 GPa.
• Smykový modul: 135 GPa.
• Poissonův poměr: 0, 24.
• Tvrdost Knoop: 1800 kg/mm2 při zatížení 0,2 kg.
• Odolnost proti lomu: 2 MPa m1/2.
• Pevnost v ohybu: 0,38-0,7 GPa.
• Síla v tlaku: 2,68 GPa.

Optické a tepelné vlastnosti

Při testování průhledného hliníku byly získány následující indikátory:

• Tepelná kapacita: 0,781 J/K.
• Tepelná vodivost: 12,3 W/(m K).
• Koeficient tepelné roztažnosti: 4,7×10-6/°C.
• Rozsah průhlednosti: 200–5000 nm.

ALON je také odolný vůči záření a poškození různými kyselinami, zásadami a vodou.

Přijmout

Transparentní oxynitrid hliníku se vyrábí práškovým slinováním jako jiné keramické materiály. Zatímco americké námořnictvo je zaneprázdněno vývojem nového neprůstřelného materiálu zvaného umělý spinel, Surmet Corporation již vydává svou vlastní verzi „neprůstřelného skla“s názvem ALON.

Vyvinutý v laboratořích Raytheon, speciální prášek je formován a udržován při velmi vysokých teplotách. Složení směsi se může mírně lišit: obsah hliníku je přibližně 30% až 36%, což mírně ovlivňuje výkon (rozdíl je pouze 1-2%).

Proces zahřívání způsobuje, že prášek rychle zkapalní a ochladí se, takže molekuly zůstanou volně uspořádané, jako by byly stále v kapalné formě. Právě tato krystalická struktura dodává průhlednému hliníku úroveň pevnosti a odolnosti proti poškrábání srovnatelnou se safírem.

Vyrobené produkty jsou podrobeny tepelnému zpracování (zhutňování) při zvýšených teplotách, po kterém následuje broušení a leštění do průhlednosti. Materiál odolává teplotám až 2100 °C v inertních plynech. Broušení a leštění výrazně zlepšuje odolnost proti nárazu a další mechanické vlastnosti.

Tuzemský ekvivalent

Ruští vědci vytvořili průhledný hliník v roce 2017. Technologie výroby byla podle specialistů z NRNU MEPhIvýrazně zlepšila. Při výrobě výlisků se používá technika jiskrového plazmového slinování.

Na rozdíl od zahraničních kolegů neprocházejí tuzemští vývojáři elektrický výboj přes externí topné těleso, ale přímo přes formu. Vědci tvrdí, že domácí průhledné brnění je pevností srovnatelné s kubickou zirkonií, ale zároveň má vysokou rázovou houževnatost.

Porovnání hliníkového brnění s neprůstřelným sklem

Tradiční neprůstřelné sklo se skládá z několika vrstev polykarbonátu vložených mezi dvě vrstvy skla. Podobně průhledné hliníkové brnění se skládá ze tří vrstev:

• vnější vrstva - oxynitrid hliníku;
• střední vrstva - sklo;
• zadní vrstva - polymerový podklad.

Tím ale podobnost končí. Hliníkové brnění dokáže zastavit stejné kulky z malorážových zbraní jako tradiční neprůstřelné sklo, ale bude stále průhledné i při výstřelu bez charakteristických prasklin. Kromě toho je síla ALON mnohem vyšší.

Aluminiové oxynitridové brnění lze vyrobit do téměř jakéhokoli tvaru. Nebojí se písku, štěrku ani prachu. Odolnost vůči abrazivním materiálům je velmi vysoká. Navzdory vynikajícím vlastnostem průhledného hliníku se tento materiál příliš nepoužívá. Největším odrazujícím faktorem je cena (3-5krát dražší než tradiční neprůstřelné sklo). ALON se v současnosti používá především pro čočky pozorovacích přístrojů a senzorů.rakety.