El aluminio transparente reemplazará el vidrio blindado

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24

El oxinitruro de aluminio (o AlON) es una cerámica compuesta de aluminio, oxígeno y nitrógeno. El material es ópticamente transparente (> 80%) en los rangos ultravioleta, visible y de media onda del espectro electromagnético. Es fabricado en el extranjero por Surmet Corporation bajo la marca ALON. Recientemente, los científicos rusos han desarrollado una tecnología para producir aluminio transparente, que es algo diferente de los análogos importados.

Descripción

El desarrollo de una aleación única ha abierto nuevas perspectivas en la industria de la defensa, la ciencia y la construcción. Según cifras oficiales, ALON:

• 4 veces más fuerte que el vidrio de cuarzo templado;
• 85 % más duro que el zafiro;
• casi un 15 % más duradera que la espinela de aluminato de magnesio.

Por cierto, el mineral espinela es un competidor directo del aluminio transparente yinferior al oxinitruro en varios parámetros.

ALON es la cerámica transparente policristalina más dura disponible comercialmente. La combinación de propiedades ópticas y mecánicas hace de este material un candidato líder para productos blindados livianos y de alto rendimiento, como vidrios a prueba de balas y explosiones, elementos para sistemas ópticos infrarrojos. El oxinitruro de aluminio también se utiliza para producir ventanas, ojos de buey, placas, cúpulas, varillas, tubos y otros productos transparentes resistentes a los impactos utilizando tecnologías tradicionales de procesamiento de polvo cerámico.

Propiedades mecánicas

El oxinitruro de aluminio tiene un rendimiento excepcional:

• Módulo de elasticidad: 334 GPa.
• Módulo de corte: 135 GPa.
• Relación de Poisson: 0, 24.
• Dureza del nudo: 1800 kg/mm2 a 0,2 kg de carga.
• Resistencia a la fractura: 2 MPa·m1/2.
• Resistencia a la flexión: 0,38-0,7 GPa.
• Resistencia a la compresión: 2,68 GPa.

Propiedades ópticas y térmicas

Al probar aluminio transparente, se obtuvieron los siguientes indicadores:

• Capacidad calorífica: 0,781 J/K.
• Conductividad térmica: 12,3 W/(m·K).
• Coeficiente de dilatación térmica: 4,7×10-6/°C.
• Rango de transparencia: 200-5000 nm.

ALON también es resistente a la radiación y al daño de varios ácidos, álcalis y agua.

Recibir

El oxinitruro de aluminio transparente se fabrica mediante sinterización de polvo como otros materiales cerámicos. Mientras la Marina de los EE. UU. está ocupada desarrollando un nuevo material a prueba de balas llamado espinela artificial, Surmet Corporation ya está lanzando su propia versión de "vidrio a prueba de balas" llamado ALON.

Desarrollado en los laboratorios Raytheon, se moldea un polvo especial y se mantiene a temperaturas muy altas. La composición de la mezcla puede variar ligeramente: el contenido de aluminio es aproximadamente del 30 % al 36 %, lo que afecta ligeramente el rendimiento (la diferencia es solo del 1 al 2 %).

El proceso de calentamiento hace que el polvo se licúe y se enfríe rápidamente, dejando las moléculas sueltas como si todavía estuvieran en forma líquida. Es esta estructura de cristal la que le da al aluminio transparente un nivel de fuerza y resistencia al rayado comparable al del zafiro.

Los productos fabricados se someten a un tratamiento térmico (compactación) a temperaturas elevadas, seguido de esmerilado y pulido hasta que quedan transparentes. El material puede soportar temperaturas de hasta 2100 °C en gases inertes. El esmerilado y el pulido mejoran significativamente la resistencia al impacto y otras propiedades mecánicas.

Equivalente nacional

Científicos rusos crearon aluminio transparente en 2017. Según especialistas del NRNU MEPhI, la tecnología de producción fuemejorado mucho En la fabricación de compactos se utiliza la técnica de sinterización por chispa-plasma.

A diferencia de los colegas extranjeros, los desarrolladores nacionales no pasan una descarga eléctrica a través de un elemento calefactor externo, sino directamente a través de un molde. Los científicos dicen que la armadura transparente doméstica es comparable en fuerza a la zirconia cúbica, pero al mismo tiempo tiene una alta resistencia al impacto.

Comparación de blindaje de aluminio con vidrio antibalas

El vidrio antibalas tradicional consta de múltiples capas de policarbonato intercaladas entre dos capas de vidrio. Del mismo modo, la armadura de aluminio transparente consta de tres capas:

• capa exterior - oxinitruro de aluminio;
• capa intermedia - vidrio;
• capa posterior - respaldo de polímero.

Pero la similitud termina ahí. La armadura de aluminio puede detener las mismas balas de armas de pequeño calibre que el vidrio antibalas tradicional, pero seguirá siendo transparente incluso cuando se dispare sin las grietas características. Además, la fuerza de ALON es mucho mayor.

La armadura de oxinitruro de aluminio se puede fabricar en casi cualquier forma. No le teme a la arena, la grava o el polvo. La resistencia a los materiales abrasivos es muy alta. A pesar de las excelentes propiedades del aluminio transparente, este material no se usa mucho. El mayor elemento disuasorio es el costo (entre 3 y 5 veces más caro que el vidrio antibalas tradicional). ALON se utiliza actualmente principalmente para lentes de sensores e instrumentos de observación.misiles.