Оксинитрид алюминия (продается под названием ALON корпорацией Surmet [3] ) представляет собой прозрачную керамику, состоящую из алюминия , кислорода и азота . ALON оптически прозрачен (≥ 80%) в ближнем ультрафиолетовом , видимом и средневолновом инфракрасном диапазонах электромагнитного спектра. Он в четыре раза тверже кварцевого стекла , на 85% тверже сапфира и почти на 115% тверже шпинели из алюмината магния . Поскольку в нем есть кубическая шпинель Структура, из нее могут быть изготовлены прозрачные окна, пластины, купола, стержни, трубы и другие формы с использованием обычных методов обработки керамического порошка.
Шпинельная структура ALON | |
Имена | |
---|---|
Систематическое название ИЮПАК Оксинитрид алюминия | |
Идентификаторы | |
| |
Сокращения | АЛОН |
Характеристики | |
(AlN) x · (Al 2 O 3 ) 1 − x , 0,30 ≤ x ≤ 0,37 | |
Появление | Белое или прозрачное твердое вещество |
Плотность | 3,691–3,696 г / см 3 [1] |
Температура плавления | ~ 2150 ° C [1] |
нерастворимый | |
Показатель преломления ( n D ) | 1,79 [2] |
Состав | |
кубическая шпинель | |
а = 794,6 вечера [2] | |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
проверить ( что есть ?) | |
Ссылки на инфобоксы | |
ALON - это самая твердая поликристаллическая прозрачная керамика, доступная на рынке. [2] Сочетание оптических и механических свойств делает этот материал ведущим кандидатом для применения в легкой и высокопроизводительной прозрачной броне, такой как пуленепробиваемые и взрывозащищенные окна, а также для многих видов военной инфракрасной оптоэлектроники . [4] Было показано, что броня на основе ALON останавливает множественные бронебойные снаряды с калорийностью до .50 BMG . [5]
Он коммерчески доступен в размерах, таких как монолитные окна размером 18 на 35 дюймов (460 мм × 890 мм). [6]
Характеристики
- Механический
- [2]
- Модуль Юнга 334 ГПа
- Модуль сдвига 135 ГПа
- Коэффициент Пуассона 0,24
- Твердость по Кнупу 1800 кг / мм 2 (нагрузка 0,2 кг)
- Вязкость разрушения 2,0 МПа · м 1/2
- Прочность на изгиб 0,38–0,7 ГПа
- Прочность на сжатие 2,68 ГПа
- Тепловой и оптический
- [7]
- Удельная теплоемкость 0,781 Дж / (г · ° C)
- Теплопроводность 12,3 Вт / (м · ° C)
- Коэффициент теплового расширения ~ 4,7 × 10 - 6 / ° С
- Диапазон прозрачности 200–5000 нм.
АЛОН также является радиационно-стойким и устойчивым к повреждениям от различных кислот, щелочей и воды. [8]
Приложения
Помимо использования в качестве прозрачного материала для брони, ALON используется в качестве инфракрасно-оптических окон. Таким образом, он находит применение в качестве компонента датчика, специальных ИК-куполов, окон для лазерной связи и в некоторых приложениях, связанных с полупроводниками . [9] [10]
В качестве прозрачного броневого материала ALON обеспечивает пуленепробиваемый продукт с гораздо меньшим весом и толщиной, чем традиционное пуленепробиваемое стекло. Он был назван прозрачным алюминием в честь вымышленного материала Star Trek . [11] Броня ALON толщиной 1,6 дюйма (41 мм) способна остановить бронебойные снаряды калибра .50 BMG , которые могут пробить 3,7 дюйма (94 мм) традиционного многослойного стекла . [12]
В 2005 году ВВС США начали испытания ALON, «для защиты войск». [13]
Производство
ALON может быть изготовлен в виде окон, пластин, куполов, стержней, труб и других форм с использованием обычных методов обработки керамического порошка. Его состав может незначительно варьироваться: содержание алюминия примерно от 30% до 36%, что, как сообщается, влияет на объемные модули и модули сдвига только на 1-2%. [14] Изготовленная зелень подвергается термообработке (уплотнению) при повышенных температурах с последующей шлифовкой и полировкой до прозрачности . Он может выдерживать температуру около 2100 ° C в инертной атмосфере. Шлифовка и полировка существенно улучшают ударопрочность и другие механические свойства брони. [7]
Патенты
- Процесс получения поликристаллического кубического оксинитрида алюминия Дж. В. МакКоули Патент США 4 241 000 , 1980
- Оксинитрид алюминия с улучшенными оптическими характеристиками и способом производства TM Hartnett, RL Gentilman Патент США 4,481,300 , 1984 г.
- Прозрачный оксинитрид алюминия и способ производства RL Gentilman, EA Maguire Патент США 4520116 , 1985; Патент США 4,720,362 , 1988 г.
- Прозрачная керамика на основе оксинитрида алюминия, патент США № 5231062 , JP Mathers , 1993 г.
Смотрите также
- Нитрид алюминия
- Корунд
- Прозрачная керамика
Рекомендации
- ^ a b "Оптическая керамика ALON. Технические данные" (PDF) . Surmet Corporation. 2003. Архивировано из оригинального (PDF) 12 июня 2013 года . Проверено 9 января 2009 .
- ^ a b c d Мохан Рамисетти и др. Прозрачные поликристаллические шпинели Protect and Defend , Бюллетень Американского керамического общества, выпуск 92, 2, 20–24 (2013)
- ^ Ричард Л. Джентилман и др. Прозрачный оксинитрид алюминия и способ производства Патент США 4520116 Дата выдачи : 28 мая 1985 г.
- ^ «Купола и инфракрасная оптика» . Surmet .
- ^ Рамисетти, Мохан; Шастри, Сури А .; Гольдман, Ли (август 2013 г.). «Прозрачная керамика находит широкое применение в оптике» . Спектры фотоники .
- ^ «Surmet достигла важной вехи в своей программе масштабирования ALON Window» . PRWeb . 28 мая 2013 года.
- ^ а б Джозеф М. Валь и др. Последние достижения в оптической керамике ALON , Surmet
- ^ Корбин, Н. (1989). «Шпинель оксинитрида алюминия: обзор». Журнал Европейского керамического общества . 5 (3): 143–154. DOI : 10.1016 / 0955-2219 (89) 90030-7 .
- ^ Ли М. Голдман и др. Оптические керамические прозрачные пленки ALON для сенсоров и брони, Surmet
- ^ Чжу, Мин; Тунг, Чи-Ханг; Йео, Йи-Чиа (2006). «Межфазный пассивирующий слой оксинитрида алюминия для диэлектрического пакета затвора с высокой диэлектрической проницаемостью на арсениде галлия». Письма по прикладной физике . 89 (20): 202903. DOI : 10,1063 / 1,2388246 .
- ^ Optically Clear Aluminium Provides Bulletproof Protection , TSS, 3 июня 2015 г., по состоянию на 10 июля 2015 г.
- ^ Тест Сурмета ALON Transparent Armor .50 Caliber Test
- ^ Шогол, Джефф (30 октября 2005 г.). «Воздушные силы испытывают зажигалку, прозрачную броню ALON» . Звезды и полосы . Проверено 25 июня 2020 года .
- ^ Graham, Earl K .; Munly, WC; Макколи, Джеймс У .; Корбин, Норман Д. (1988). «Упругие свойства поликристаллической шпинели оксинитрида алюминия и их зависимость от давления, температуры и состава». Журнал Американского керамического общества . 71 (10): 807–812. DOI : 10.1111 / j.1151-2916.1988.tb07527.x .
Внешние ссылки
- Влияние спекающих добавок на микроструктуру и свойства АЛОНа. Yechezkel Ashuach. Магистерская работа, Технион - Израильский технологический институт, 2003 г.
- Пределы растворимости La и Y в оксинитриде алюминия (AlON) при 1870 ° C Лиор Миллер и Уэйн Д. Каплан. Департамент материаловедения, Технион, Хайфа, Израиль, 2006 г.
- Обработка оптически прозрачного оксинитрида алюминия