אלומיניום שקוף יחליף זכוכית משוריינת

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

אלומיניום אוקסיניטריד (או AlON) הוא קרמיקה המורכבת מאלומיניום, חמצן וחנקן. החומר שקוף אופטית (> 80%) בטווחי האולטרה סגול, הנראה וחצי הגלים של הספקטרום האלקטרומגנטי. הוא מיוצר בחו"ל על ידי Surmet Corporation תחת המותג ALON. לאחרונה פיתחו מדענים רוסים טכנולוגיה לייצור אלומיניום שקוף, השונה במקצת מהאנלוגים המיובאים.

Description

פיתוחה של סגסוגת ייחודית פתחה אפשרויות חדשות בתעשייה הביטחונית, במדע ובבנייה. לפי נתונים רשמיים, ALON:

• חזקה פי 4 מזכוכית קוורץ מחוסמת;
• 85% קשה יותר מספיר;
• עמיד יותר בכמעט 15% מספינל אלומינאט מגנזיום.

אגב, הספינל המינרלי הוא מתחרה ישיר של אלומיניום שקוף ונחות מאוקסיניטריד במספר פרמטרים.

ALON היא הקרמיקה השקופה הפוליקריסטלית הקשה ביותר הזמינה מסחרית. השילוב של מאפיינים אופטיים ומכאניים הופך את החומר הזה למועמד מוביל למוצרי משוריין קלים ובעלי ביצועים גבוהים כגון זכוכית חסינת כדורים וחסינת פיצוץ, אלמנטים למערכות אופטיות אינפרא אדום. אלומיניום אוקסיניטריד משמש גם לייצור חלונות שקופים עמידים בפני פגיעות, אשנבים, צלחות, כיפות, מוטות, צינורות ומוצרים אחרים תוך שימוש בטכנולוגיות מסורתיות לעיבוד אבקת קרמיקה.

נכסים מכניים

אלומיניום אוקסיניטריד בעל ביצועים יוצאי דופן:

• מודול גמישות: 334 GPa.
• מודול גזירה: 135 GPa.
• יחס של Poisson: 0, 24.
• קשיות Knoop: 1800 ק"ג/מ"מ2 בעומס של 0.2 ק"ג.
• התנגדות לשבר: 2 MPa m1/2.
• חוזק כיפוף: 0.38-0.7 GPa.
• חוזק לחיצה: 2.68 GPa.

מאפיינים אופטיים ותרמיים

בעת בדיקת אלומיניום שקוף, התקבלו האינדיקטורים הבאים:

• קיבולת חום: 0.781 J/K.
• מוליכות תרמית: 12.3 W/(m K).
• מקדם התפשטות תרמית: 4.7×10-6/°C.
• טווח שקיפות: 200-5000 ננומטר.

ALON עמיד גם בפני קרינה ונזקים מחומצות שונות, אלקליות ומים.

קבל

אלומיניום אוקסיניטריד שקוף מיוצר על ידי סינטר אבקה כמו חומרים קרמיים אחרים. בעוד חיל הים האמריקני עסוק בפיתוח חומר חסין כדורים חדש בשם ספינל מלאכותי, חברת Surmet כבר מוציאה גרסה משלה ל"זכוכית חסינת כדורים" בשם ALON.

פותח במעבדות Raytheon, אבקה מיוחדת נוצרת ומוחזקת בטמפרטורות גבוהות מאוד. הרכב התערובת עשוי להשתנות מעט: תכולת האלומיניום היא כ-30% עד 36%, מה שמשפיע מעט על הביצועים (ההבדל הוא רק 1-2%).

תהליך החימום גורם לאבקה להתנזל ולהתקרר במהירות, ומותיר את המולקולות מסודרות בצורה רופפת כאילו היו עדיין בצורת נוזל. מבנה הקריסטל הזה הוא שנותן לאלומיניום שקוף רמת חוזק ועמידות בפני שריטות הדומה לספיר.

המוצרים המיוצרים נתונים לטיפול בחום (דחיסה) בטמפרטורות גבוהות, ולאחר מכן טחינה והברקה עד שקיפות. החומר יכול לעמוד בטמפרטורות של עד 2100 מעלות צלזיוס בגזים אינרטיים. השחזה והברקה משפרים משמעותית את עמידות הפגיעה ותכונות מכניות אחרות.

מקבילה מקומית

מדענים רוסים יצרו אלומיניום שקוף ב-2017. לדברי מומחים מ-NRNU MEPhI, טכנולוגיית הייצור הייתההשתפר מאוד. בייצור קומפקטים משתמשים בטכניקה של סינטר ניצוץ פלזמה.

בניגוד לעמיתים זרים, מפתחים ביתיים אינם מעבירים פריקה חשמלית דרך גוף חימום חיצוני, אלא ישירות דרך תבנית. מדענים אומרים כי שריון שקוף ביתי דומה בחוזק לזירקוניה, אך בו זמנית בעל חוזק פגיעה גבוה.

השוואה בין שריון אלומיניום עם זכוכית חסינת כדורים

זכוכית חסינת כדורים מסורתית מורכבת משכבות מרובות של פוליקרבונט הדחוסות בין שתי שכבות זכוכית. באופן דומה, שריון אלומיניום שקוף מורכב משלוש שכבות:

• שכבה חיצונית - אלומיניום אוקסיניטריד;
• שכבה אמצעית - זכוכית;
• שכבה אחורית - גיבוי פולימרי.

אבל הדמיון מסתיים שם. שריון אלומיניום יכול לעצור את אותם כדורים מכלי נשק בקליבר קטן כמו זכוכית חסינת כדורים מסורתית, אך הוא עדיין יהיה שקוף גם כאשר הוא נורה ללא הסדקים האופייניים. בנוסף, החוזק של ALON גבוה בהרבה.

שריון אלומיניום אוקסיניטריד יכול להתבצע כמעט בכל צורה. היא לא מפחדת מחול, חצץ או אבק. העמידות לחומרים שוחקים גבוהה מאוד. למרות התכונות המצוינות של אלומיניום שקוף, חומר זה אינו בשימוש נרחב. הגורם ההרתעה הגדול ביותר הוא העלות (פי 3-5 יקר יותר מזכוכית חסינת כדורים מסורתית). ALON משמשת כיום בעיקר לעדשות של מכשירי תצפית וחיישנים.טילים.