سيحل الألمنيوم الشفاف محل الزجاج المدرع

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

أكسيد الألومنيوم (أو AlON) عبارة عن سيراميك مكون من الألومنيوم والأكسجين والنيتروجين. المادة شفافة بصريًا (> 80٪) في نطاقات الأشعة فوق البنفسجية والمرئية ونصف الموجية للطيف الكهرومغناطيسي. يتم تصنيعها في الخارج من قبل Surmet Corporation تحت العلامة التجارية ALON. في الآونة الأخيرة ، طور العلماء الروس تقنية لإنتاج الألمنيوم الشفاف ، والتي تختلف إلى حد ما عن نظائرها المستوردة.

الوصف

فتح تطوير سبيكة فريدة من نوعها آفاقًا جديدة في صناعة الدفاع والعلوم والبناء. وفقًا للأرقام الرسمية ، ALON:

• 4 مرات أقوى من زجاج الكوارتز المقسى
• 85٪ أصعب من الياقوت
• ما يقرب من 15٪ أكثر متانة من الإسبنيل المغنيسيوم ألومينات.

بالمناسبة ، الإسبنيل المعدني هو منافس مباشر للألمنيوم الشفاف وأدنى من أوكسي نيتريد في عدد من المعلمات.

ALON هو أصعب سيراميك شفاف متعدد الكريستالات متوفر تجارياً. إن الجمع بين الخصائص البصرية والميكانيكية يجعل هذه المادة مرشحًا رائدًا للمنتجات المدرعة خفيفة الوزن وعالية الأداء مثل الزجاج المضاد للرصاص والانفجار وعناصر أنظمة الأشعة تحت الحمراء البصرية. يستخدم أكسيد الألومنيوم أيضًا لإنتاج نوافذ شفافة ومقاومة للصدمات وكوى وألواح وقباب وقضبان وأنابيب ومنتجات أخرى باستخدام تقنيات معالجة مسحوق السيراميك التقليدية.

الخصائص الميكانيكية

يحتوي أكسيد نيتريد الألومنيوم على أداء متميز:

• معامل المرونة: 334 جيجا باسكال.
• معامل القص: 135 جيجا باسكال.
• نسبة بواسون: 0 ، 24.
• صلابة Knoop: 1800 كجم / مم2عند حمولة 0.2 كجم.
• مقاومة الكسر: 2 ميجا باسكال م1/2.
• قوة الانحناء: 0.38-0.7 جيجا.
• قوة الضغط: 2.68 جيجا باسكال

الخصائص البصرية والحرارية

عند اختبار الألمنيوم الشفاف تم الحصول على المؤشرات التالية:

• السعة الحرارية: 0.781 J / K.
• التوصيل الحراري: 12.3 واط / (م · ك).
• معامل التمدد الحراري: 4.7 × 10-6/ ° C.
• نطاق الشفافية: 200-5000 نانومتر.

ALON مقاومة أيضًا للإشعاع والأضرار الناجمة عن مختلف الأحماض والقلويات والماء.

تلقي

يتكون أكسيد نيتريد الألومنيوم الشفاف من تلبيد المسحوق مثل مواد السيراميك الأخرى. بينما تنشغل البحرية الأمريكية بتطوير مادة جديدة مضادة للرصاص تسمى الإسبنيل الاصطناعي ، فإن Surmet Corporation تطلق بالفعل نسختها الخاصة من "الزجاج المضاد للرصاص" المسمى ALON.

تم تطويره في مختبرات Raytheon ، حيث يتم تشكيل مسحوق خاص وحفظه في درجات حرارة عالية جدًا. قد يختلف تكوين الخليط قليلاً: محتوى الألمنيوم حوالي 30٪ إلى 36٪ ، مما يؤثر قليلاً على الأداء (الفرق هو 1-2٪ فقط).

تؤدي عملية التسخين إلى تسييل وتبريد المسحوق بسرعة ، تاركًا الجزيئات مرتبة بشكل غير محكم كما لو كانت لا تزال في صورة سائلة. هذا الهيكل البلوري هو الذي يمنح الألمنيوم الشفاف مستوى من القوة ومقاومة للخدش يضاهي الياقوت.

تخضع المنتجات المصنعة للمعالجة الحرارية (الضغط) عند درجات حرارة مرتفعة ، يتبعها طحن وتلميع حتى تصبح شفافة. يمكن للمادة أن تتحمل درجات حرارة تصل إلى 2100 درجة مئوية في الغازات الخاملة. يحسن الطحن والتلميع بشكل كبير مقاومة الصدمات والخصائص الميكانيكية الأخرى.

المعادل المحلي

ابتكر العلماء الروس الألمنيوم الشفاف في عام 2017. وفقًا للمتخصصين من NRNU MEPhI ، كانت تكنولوجيا الإنتاجتحسن بصوره عظيمه. في صناعة الكبسولات ، يتم استخدام تقنية تلبيد شرارة البلازما.

على عكس الزملاء الأجانب ، لا يمرر المطورون المحليون تفريغًا كهربائيًا عبر عنصر تسخين خارجي ، ولكن مباشرة من خلال قالب. يقول العلماء إن الدروع الشفافة المحلية يمكن مقارنتها في القوة مع الزركونيا المكعبة ، ولكن في نفس الوقت لها قوة تأثير عالية.

مقارنة درع الألمنيوم بالزجاج المضاد للرصاص

الزجاج التقليدي المضاد للرصاص يتكون من طبقات متعددة من البولي كربونات محصورة بين طبقتين من الزجاج. وبالمثل ، يتكون درع الألمنيوم الشفاف من ثلاث طبقات:

• الطبقة الخارجية - أكسيد الألومنيوم ؛
• الطبقة الوسطى - الزجاج ؛
• الطبقة الخلفية - دعم البوليمر.

لكن التشابه ينتهي عند هذا الحد. يمكن لدرع الألمنيوم أن يوقف الرصاص نفسه من الأسلحة ذات العيار الصغير مثل الزجاج التقليدي المضاد للرصاص ، لكنه سيظل شفافًا حتى عند إطلاقه بدون الشقوق المميزة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن قوة ALON أعلى من ذلك بكثير.

درع أوكسينيتريد الألومنيوم يمكن تصنيعه في أي شكل تقريبًا. إنها لا تخاف من الرمل أو الحصى أو الغبار. مقاومة المواد الكاشطة عالية جدًا. على الرغم من الخصائص الممتازة للألمنيوم الشفاف ، إلا أن هذه المادة غير مستخدمة على نطاق واسع. أكبر رادع هو التكلفة (3-5 مرات أكثر تكلفة من الزجاج المضاد للرصاص التقليدي). يستخدم ALON حاليًا بشكل أساسي في عدسات أدوات المراقبة وأجهزة الاستشعار.صواريخ