อลูมิเนียมใสมาแทนกระจกหุ้มเกราะ

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

Aluminum oxynitride (หรือ AlON) เป็นเซรามิกที่ประกอบด้วยอะลูมิเนียม ออกซิเจน และไนโตรเจน วัสดุมีความโปร่งใสทางแสง (> 80%) ในช่วงอัลตราไวโอเลต มองเห็นได้ และครึ่งคลื่นของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า ผลิตโดย Surmet Corporation ภายใต้แบรนด์ ALON เมื่อเร็วๆ นี้ นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียได้พัฒนาเทคโนโลยีสำหรับการผลิตอะลูมิเนียมใส ซึ่งค่อนข้างแตกต่างจากอะนาลอกที่นำเข้ามาบ้าง

รายละเอียด

การพัฒนาโลหะผสมที่ไม่เหมือนใครได้เปิดโอกาสใหม่ในอุตสาหกรรมการป้องกันประเทศ วิทยาศาสตร์และการก่อสร้าง ตามตัวเลขอย่างเป็นทางการ ALON:

• แข็งแรงกว่ากระจกควอทซ์ 4 เท่า
• แข็งกว่าไพลิน 85%
• ทนทานกว่าแมกนีเซียมอลูมิเนตสปิเนลเกือบ 15%

อย่างไรก็ตาม แร่นิลเป็นคู่แข่งโดยตรงของอะลูมิเนียมใสและต่ำกว่า oxynitride ในหลายพารามิเตอร์

ALON เป็นเซรามิกใสโพลีคริสตัลลีนที่หาซื้อได้ยากที่สุด การรวมกันของคุณสมบัติทางแสงและทางกลทำให้วัสดุนี้เป็นตัวเลือกชั้นนำสำหรับผลิตภัณฑ์หุ้มเกราะที่มีน้ำหนักเบาและมีประสิทธิภาพสูง เช่น กระจกกันกระสุนและกันระเบิด องค์ประกอบสำหรับระบบออปติคัลอินฟราเรด นอกจากนี้ อะลูมิเนียมออกซิไนไตรด์ยังใช้ในการผลิตหน้าต่างโปร่งแสง ช่องหน้าต่าง จาน โดม แท่ง ท่อ และผลิตภัณฑ์อื่นๆ โดยใช้เทคโนโลยีการแปรรูปผงเซรามิกแบบดั้งเดิม

คุณสมบัติทางกล

อะลูมิเนียม oxynitride มีประสิทธิภาพที่โดดเด่น:

• โมดูลัสความยืดหยุ่น: 334 GPa.
• โมดูลัสเฉือน: 135 GPa.
• อัตราส่วนของปัวซอง: 0, 24.
• ความแข็งของน็อต: 1800kg/mm2 ที่โหลด 0.2kg
• ความต้านทานการแตกหัก: 2 MPa m1/2.
• กำลังดัด: 0.38-0.7 GPa.
• กำลังอัด: 2.68 GPa.

คุณสมบัติทางแสงและทางความร้อน

เมื่อทำการทดสอบอะลูมิเนียมใส ได้ตัวบ่งชี้ต่อไปนี้:

• ความจุความร้อน: 0.781 J/K.
• การนำความร้อน: 12.3 W/(m K).
• สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน: 4.7×10-6/°C.
• ช่วงโปร่งใส: 200-5000 นาโนเมตร

ALON ยังทนต่อรังสีและความเสียหายจากกรด ด่าง และน้ำต่างๆ

รับ

อะลูมิเนียมออกซีไนไตรด์แบบใสทำโดยการเผาผนึกด้วยผงเหมือนวัสดุเซรามิกอื่นๆ ในขณะที่กองทัพเรือสหรัฐฯ กำลังยุ่งอยู่กับการพัฒนาวัสดุกันกระสุนชนิดใหม่ที่เรียกว่านิลเทียม บริษัท Surmet Corporation ได้เปิดตัว "กระจกกันกระสุน" รุ่น ALON แล้ว

พัฒนาในห้องปฏิบัติการ Raytheon ผงพิเศษถูกหล่อขึ้นรูปและเก็บไว้ที่อุณหภูมิสูงมาก องค์ประกอบของส่วนผสมอาจแตกต่างกันเล็กน้อย: ปริมาณอลูมิเนียมอยู่ที่ประมาณ 30% ถึง 36% ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพเล็กน้อย (ความแตกต่างเพียง 1-2%)

กระบวนการให้ความร้อนทำให้ผงกลายเป็นของเหลวและทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว โดยปล่อยให้โมเลกุลจัดเรียงตัวอย่างหลวมๆ ราวกับว่าผงแป้งยังคงอยู่ในรูปของเหลว โครงสร้างผลึกนี้ทำให้อะลูมิเนียมโปร่งใสมีความแข็งแรงและต้านทานการขีดข่วนได้ในระดับเดียวกับไพลิน

ผลิตภัณฑ์ที่ผลิตต้องผ่านการอบชุบด้วยความร้อน (การบดอัด) ที่อุณหภูมิสูง ตามด้วยการเจียรและขัดจนโปร่งใส วัสดุสามารถทนต่ออุณหภูมิได้ถึง 2100 °C ในก๊าซเฉื่อย การเจียรและขัดเงาช่วยเพิ่มความทนทานต่อแรงกระแทกและคุณสมบัติทางกลอื่นๆ

เทียบเท่าในประเทศ

นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียสร้างอลูมิเนียมใสในปี 2560 ตามที่ผู้เชี่ยวชาญจาก NRNU MEPHI เทคโนโลยีการผลิตคือดีขึ้นมาก ในการผลิตคอมแพค จะใช้เทคนิคการเผาผนึกพลาสม่าพลาสม่า

ไม่เหมือนเพื่อนร่วมงานต่างชาติ นักพัฒนาในประเทศไม่ปล่อยกระแสไฟฟ้าผ่านองค์ประกอบความร้อนภายนอก แต่โดยตรงผ่านแม่พิมพ์ นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าเกราะใสในประเทศมีความแข็งแกร่งเทียบเท่ากับเซอร์โคเนียลูกบาศก์ แต่ในขณะเดียวกันก็มีแรงกระแทกสูง

เปรียบเทียบเกราะอะลูมิเนียมกับกระจกกันกระสุน

กระจกกันกระสุนแบบดั้งเดิมประกอบด้วยโพลีคาร์บอเนตหลายชั้นประกบระหว่างกระจกสองชั้น ในทำนองเดียวกัน เกราะอะลูมิเนียมโปร่งใสประกอบด้วยสามชั้น:

• ชั้นนอก - อะลูมิเนียมออกซีไนไตรด์;
• ชั้นกลาง - แก้ว;
• back layer - โพลีเมอร์สำรอง

แต่ความคล้ายคลึงกันจบลงที่นั่น เกราะอะลูมิเนียมสามารถหยุดกระสุนชนิดเดียวกันจากอาวุธลำกล้องเล็ก ๆ เหมือนกับกระจกกันกระสุนแบบดั้งเดิม แต่จะยังคงโปร่งใสแม้เมื่อถูกยิงโดยไม่มีรอยแตกในลักษณะเฉพาะ นอกจากนี้ความแข็งแกร่งของ ALON ยังสูงกว่ามาก

อลูมินั่มออกซิไนไตรด์ทำเป็นรูปร่างได้แทบทุกแบบ เธอไม่กลัวทรายกรวดหรือฝุ่น ความทนทานต่อวัสดุกัดกร่อนสูงมาก แม้จะมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมของอลูมิเนียมโปร่งใส แต่วัสดุนี้ไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลาย อุปสรรคที่ใหญ่ที่สุดคือราคา (แพงกว่ากระจกกันกระสุนแบบเดิม 3-5 เท่า) ปัจจุบัน ALON ใช้สำหรับเลนส์ของอุปกรณ์สังเกตการณ์และเซ็นเซอร์เป็นหลักมิสไซล์