Прозорий алюміній замінить бронескло

Оксинитрид алюмінію (або AlON) являє собою кераміку, що складається з алюмінію, кисню та азоту. Матеріал є оптично прозорим (> 80%) в ультрафіолетовому, видимому і полуволновом діапазонах електромагнітного спектру. За кордоном виготовляється корпорацією Surmet під брендом ALON. Нещодавно російські вчені розробили технологію отримання прозорого алюмінію, дещо відрізняється від імпортних аналогів.

Опис

Розробка унікального сплаву відкрила нові перспективи в оборонній промисловості, науці та будівництві. Згідно з офіційними даними, ALON:

в 4 рази міцніше, ніж кварцове скло загартоване;

на 85% твердіше сапфіру;

майже на 15% надійніше шпінелі, що виготовляється з алюмінату магнію.

До речі, мінерал шпінель – прямий конкурент прозорого алюмінію і поступається оксинитриду по ряду параметрів.


ALON є самим твердим доступним у продажу представником полікристалічної прозорої кераміки. Поєднання оптичних і механічних властивостей робить цей матеріал провідним кандидатом на легкі високоефективні броньовані вироби, такі як куленепробивні і вибухозахищені скла, елементи для оптичних інфрачервоних систем. Також з оксинитрида алюмінію отримують міцні прозорі вікна, ілюмінатори, плити, куполи, стрижні, трубки та інші вироби з використанням традиційних технологій обробки керамічних порошків.

Механічні властивості

Оксинитрид алюмінію володіє видатними характеристиками:

Модуль пружності: 334 ГПа.

Модуль зсуву: 135 ГПа.

Коефіцієнт Пуассона: 024.

Твердість за методом Кнупа: 1800 кг/мм 2 при навантаженні 02 кг.

Опір руйнуванню: 2 МПа·м 1/2 .

Міцність на вигин: 038-07 ГПа.

Міцність на стиск: 268 ГПа.

Оптичні та теплові властивості

При тестуванні прозорого алюмінію отримані наступні показники:

Теплоємність: 0781 Дж/К.

Теплопровідність: 123 Вт/(м·K).

Коефіцієнт теплового розширення: 47x10 -6 /°С.

Діапазон прозорості: 200-5000 нм.

ALON також стійкий до радіації і пошкоджень різними кислотами, лугами і водою.

Отримання

Прозорий оксинитрид алюмінію виготовляють методом порошкового спікання зразок інших керамічних матеріалів. У той час як ВМС США зайняті розробкою нового куленепробивного матеріалу під назвою штучний шпінель, компанія Surmet Corporation вже випускає власну версію «бронестекла» під назвою ALON. Розроблений в лабораторіях фірми Raytheon спеціальний порошок закладають у форми і витримують при дуже високих температурах. Склад суміші може незначно змінюватись: вміст алюмінію становить приблизно від 30% до 36%, що незначно впливає на характеристики (розбіжність складає всього 1-2%). Процес нагрівання викликає швидке розчинення і охолодження порошку, залишаючи молекули вільно розташованими, як ніби вони все ще знаходяться в рідкій формі. Саме ця кристалічна структура забезпечує прозорого алюмінію рівень міцності і стійкості до подряпин, порівнянний з сапфіром. Виготовлені вироби піддаються термічній обробці (ущільнення) при підвищених температурах з подальшим шліфуванням і поліруванням до досягнення прозорості. Матеріал може витримувати температури до 2100 °С в інертних газах. Шліфування та полірування істотно поліпшують ударостійкість та інші механічні властивості.

Вітчизняний аналог

Російські вчені створили прозорий алюміній в 2017 році. За запевненням фахівців з НИЯУ «МІФІ», технологія виробництва була значно поліпшена. При виготовленні компактів застосовується методика спарк-плазмового спікання. На відміну від зарубіжних колег, вітчизняні розробники пропускають електророзряд не через зовнішній нагрівальний елемент, а безпосередньо через прес-форму. Вчені заявляють, що вітчизняна прозора броня за міцнісними характеристиками можна порівняти з фианитом, але при цьому володіє високою ударною в'язкістю.

Порівняння алюмінієвої броні з куленепробивним склом

Традиційне куленепробивне скло складається з декількох шарів полікарбонату, затиснутих між двома шарами скла. Аналогічно прозора алюмінієва броня складається з трьох шарів:

зовнішнього шару – оксинитрида алюмінію;

середнього шару – скла;

заднього шару – полімерної підкладки.

Однак подібність на цьому закінчується. Алюмінієва броня може зупинити ті ж самі кулі від малокаліберної зброї, що і традиційне куленепробивне скло, але вона все ще прозорою навіть після пострілу без характерних тріщин. Крім того, міцність ALON набагато вище. Броня з оксинитрида алюмінію може бути виготовлена практично будь-якої форми. Вона не боїться ні піску, ні гравію, ні пилу. Стійкість до абразивним матеріалам дуже висока. Незважаючи на чудові властивості прозорого алюмінію, цей матеріал не набув широкого використання. Найбільший стримуючий фактор – вартість (у 3-5 разів дорожче традиційного куленепробивного скла). ALON в даний час використовується головним чином для лінз спостережних приладів і датчиків ракет.