Transparansi aluminium. Rusia telah menciptakan bahan yang unik - aluminium transparan. Perbandingan pelindung aluminium dengan kaca antipeluru

Metode yang dikembangkan (sintering spark-plasma) adalah modifikasi baru dari metode pengepresan panas yang sudah dikenal. Prinsip prosedurnya adalah sebagai berikut: impuls listrik dilewatkan melalui cetakan yang disiapkan, tindakan yang menyebabkan pemanasan cepat.

Perbedaan dari teknologi yang ada terletak pada kenyataan bahwa arus listrik tidak melewati elemen pemanas eksternal, tetapi langsung melalui benda kerja yang ditekan. Ini secara signifikan mengurangi waktu siklus. Sebagai hasil dari proses pemanasan, pencairan dan pendinginan serbuk yang hampir seketika terjadi, sementara molekul-molekul tetap tersusun dalam urutan bebas, seolah-olah mereka masih dalam bentuk cair. Berkat struktur kristal ini, aluminium transparan memperoleh kekuatan dan ketahanan tingkat tinggi terhadap kerusakan. Material yang dihasilkan 85% lebih kuat dari sapphire dan 15% lebih tahan lama dibandingkan spinel yang terbuat dari magnesium aluminate.

Spesialis Nikita Rubinkovsky, yang menangani masalah ini, menjelaskan:

“Di antara keramik kepadatan menengah yang tersedia saat ini, aluminium oxynitride memiliki kekuatan yang cukup tinggi, sebanding dengan YAG (yttrium aluminium garnet) dan zirkonia kubik (zirkonia stabil). Dan dalam hal karakteristik kekuatan benturan yang paling penting untuk perlindungan lapis baja, ALON (aluminium oxynitride, yang hampir transparan) melampaui semua bahan transparan, termasuk kaca kuarsa, kuarsa leburan, spinel, dan leucosapphire.

Saat ini, bahan-bahan ini sudah cukup umum dalam produksi peralatan dan perlengkapan militer. Misalnya, aluminium oxynitride ALON sangat populer, stabilitas dan kekuatannya beberapa kali lebih tinggi daripada kaca aluminosilikat. Bahan ini memiliki ketahanan panas yang tinggi, tidak berubah bentuk di bawah pengaruh suhu hingga dua ribu derajat Celcius.

PADA baru-baru ini, dengan perkembangan teknologi baru, masalah peningkatan daya tembus peluru artileri dan senjata api muncul. Oleh karena itu, para ilmuwan dan pakar di bidang ini mencoba mengembangkan material dan struktur pelindung baru yang lebih baik yang akan memberikan perlindungan yang andal.

Sifat terdekat diamati pada keramik polikristalin transparan, yang merupakan keramik berdasarkan aluminium oksinitrida. Hal ini dapat digunakan untuk memproduksi bahan dari berbagai bentuk, menggunakan metode tradisional lama untuk sintering dan cetakan keramik.

Menurut banyak ahli, ALON dapat digunakan baik untuk tujuan komersial maupun militer. Bahan ini saat ini yang paling sulit di antara semua perwakilan dari keramik polikristalin tipe transparan. Kombinasi efektif karakteristik mekanis dan optik membawa ALON ke posisi terdepan di bidang pakaian dan peralatan lapis baja. Dengan menggunakan teknologi baru dapat diproduksi:

kacamata tahan ledakan;
jendela antipeluru dan tahan benturan;
rincian sistem optik inframerah;
lubang intip;
jendela dan kubah untuk perangkat luar angkasa;
pelat, batang, tabung dan detail lainnya.

Bahan ALON juga tidak terpengaruh oleh radiasi pengion (radiasi), tidak rusak atau berubah bentuk di bawah pengaruh senyawa kimia asam, zat alkali dan air.

Kaca antipeluru tradisional memiliki beberapa lapisan polikarbonat yang diapit di antara dua lapisan kaca. Pada gilirannya, aluminium transparan baru terdiri dari tiga lapisan:

lapisan luar - keramik polikristalin transparan;
lapisan tengah - kaca;
lapisan dalam adalah lapisan polimer.

Juga, tidak seperti kaca antipeluru tradisional, pelindung aluminium, setelah terkena peluru dari senjata kaliber kecil, akan tetap transparan seperti semula. Selain itu, bahkan tidak akan meninggalkan goresan khas.

Saat ini, aluminium transparan belum banyak digunakan di bidang komersial. Salah satu alasan utamanya adalah biaya yang cukup tinggi. Biaya produksi bahan baru beberapa kali lebih tinggi daripada biaya kaca antipeluru tradisional. Saat ini, bahan ALON terutama digunakan di bidang pembuatan lensa untuk perangkat observasi dan sensor rudal.

Jika Anda memiliki pertanyaan - tinggalkan di komentar di bawah artikel. Kami atau pengunjung kami akan dengan senang hati menjawabnya.

Berita bahwa para ilmuwan telah menemukan "Armor Aluminium Transparan" bukanlah hal baru. Namun, terlalu dini untuk mengatakan bahwa banyak orang tahu tentang berita ini, jadi hari ini baca tentang penemuan praktis yang menarik dan signifikan ini.

Penemuan ini disebut AION atau aluminium oxynitride dan merupakan senyawa aluminium, oksigen dan nitrogen, menghadirkan massa padat keramik transparan yang empat kali lebih kuat dari kaca tempered. pada saat ini Diproduksi dengan merek dagang ALON.

Menariknya, oxynitride kuarsa-aluminium dirancang untuk menggantikan kaca antipeluru yang agak familiar. Namun, fungsinya tidak berakhir di situ. Setelah dipoles ALON, dapat digunakan untuk membuat kaca untuk jendela kapal, selain itu, tidak dapat tergores dengan cara biasa, dan juga memiliki ketahanan benturan yang sangat baik. Dengan semua indikator ini, ALON dua kali lebih ringan dan lebih tipis dari kaca antipeluru konvensional. Dengan demikian, ALON benar-benar meledak ke beberapa ceruk sekaligus dan meningkatkan posisinya setiap tahun.

Penting juga bahwa proses produksi ALON tidak "rumit" secara teknologi, yang memudahkan produsen. Namun, membuatnya di rumah juga tidak akan berhasil, sehingga Anda memahami bagaimana seluruh proses pembuatan aluminium oksinitrida berlangsung, kami akan memberi tahu Anda tentang hal itu.

1. Suatu metode untuk memproduksi aluminium cor oxynitride dalam mode pembakaran, termasuk menyiapkan campuran reaksi komponen awal yang mengandung kromium VI oksida, aluminium oksida, aluminium dan aluminium nitrida, menempatkan campuran reaksi dalam reaktor SHS dalam bentuk bahan tahan api terbuat dari kuarsa, grafit atau baja tahan karat, pengapian campuran, diikuti oleh reaksi komponennya dalam mode pembakaran di lingkungan gas nitrogen, atau campuran nitrogen dengan udara, atau campuran nitrogen dengan argon di bawah tekanan 0,1-10 MPa, setelah sintesis selesai, produk target berupa ingot aluminium oksinitrida dipisahkan dari ingot kromium aluminida, sedangkan campuran reaksi dibuat dengan perbandingan berat sebagai berikut,%

Kromium oksida VI 37,3-41.0
Aluminium 31.0-34.0
Aluminium oksida 22,7-25,0
Aluminium nitrida hingga 9.0

2. Metode menurut klaim 1, dicirikan bahwa lapisan fungsional bubuk aluminium oxynitrida ditempatkan di antara campuran reaksi komponen dan dinding cetakan.

Saat ini, ALON sudah mulai digunakan lebih beragam, misalnya Microsoft, saat mengembangkan "jam tangan pintar", menggunakan aluminium oxynitride dalam tubuh pengembangannya. Jadi, siapa tahu, bahkan mungkin pembuatan struktur aluminium menggunakan ALON hanya sebentar lagi, tetapi orang dapat memimpikan hal seperti itu hanya jika biaya bahan berkurang.

Insinyur di Laboratorium Riset Angkatan Laut AS telah mengembangkan proses untuk membuat pengganti kaca yang tahan lama dan murah. Bahan transparan dibuat menggunakan sintering suhu rendah dari kristal spinel yang diperoleh secara artifisial.

Spinel adalah oksida campuran magnesium dan aluminium, mineral alami. Dalam keadaan alami, ia hadir dalam berbagai warna. Misalnya, spinel merah tidak dapat dibedakan dari ruby oleh mata, jadi kedua mineral ini dulunya bingung satu sama lain. Salah satu Permata Mahkota Inggris yang terkenal, Ruby Pangeran Hitam, sebenarnya adalah spinel.

Bahan ini sangat keras, mampu menahan benturan dan abrasi saat terkena hujan, air asin atau pasir. Selain itu, memancarkan radiasi infra merah, sehingga dapat berguna dalam pembuatan berbagai perangkat. Tidak seperti kaca, material tidak retak di seluruh permukaannya - sebagai gantinya, sepotong kecil pecah begitu saja ketika terkena benturan. Produk akhir dapat dipoles dan diampelas.

Tekan panas

Sebelumnya, para insinyur mencoba mendapatkan bahan ini menggunakan suhu tinggi (2000 derajat atau lebih). Tetapi proses ini mahal karena konsumsi energi dan tidak efisien - kebutuhan untuk memisahkan bahan jadi dari permukaan wadah menyebabkan munculnya cacat. Selama sintering, hot press digunakan, yang membuat produk polikristalin akhir dari bubuk menjadi kosong.

Upaya untuk membuat panel spinel besar dengan sintering telah dilakukan sebelumnya. Namun, materialnya ternyata mendung, dengan pulau-pulau kecil yang transparan. Para insinyur berhasil meningkatkan kualitas produk dengan menambahkan sekitar 1% lithium fluorida ke bahan baku, yang, ketika dicairkan, bekerja seperti pelumas dan memungkinkan kristal spinel berbaris dengan benar satu sama lain.

Bahan baku untuk produksi tersedia dalam jumlah besar, yang membuat biaya produk menjadi minimal. Karena kesederhanaan teknologi, produk dalam bentuk apa pun dapat dibuat dari bahan tersebut. Kemungkinan penggunaannya sangat luas: jendela melengkung (misalnya, lubang intip untuk pesawat terbang), lensa untuk instrumen, kacamata arloji, layar ponsel cerdas (lebih kuat dari gorilla glass), lensa untuk kamera dan teropong. Militer tertarik menggunakan bahan ini sebagai pelindung transparan - dibandingkan dengan kaca antipeluru modern, berat produk jadi setidaknya 2 kali lebih sedikit.

sumber

http://geektimes.ru/post/249766/

http://www.sciencedebate2008.com/unusual-aluminium/

http://www.findpatent.ru/patent/211/2117631.html

Beberapa teknologi yang lebih menarik dan tidak biasa: misalnya, Aspal tanpa genangan air. Apakah ada prospek? , tapi bagaimana rel kereta api dilas. Biarkan saya mengingatkan Anda bagaimana komputer dapat bekerja di akuarium dan apakah kita akan memiliki jalan plastik. Artikel asli ada di website

Upaya bersama para spesialis dari beberapa universitas telah memungkinkan untuk mengembangkan skema baru untuk pemrosesan aluminium oksinitrida. Untuk menghasilkan bahan transparan, para peneliti menggunakan teknologi sintering spark-plasma.

Teknik ini merupakan metode pengepresan panas yang ditingkatkan dan agak dimodifikasi. Ini menyiratkan penggunaan arus listrik, yang melewati cetakan dan bahan baku yang digunakan. Dalam hal ini, pemanas eksternal tidak digunakan. Karena arus berdenyut, bahan cepat panas dengan durasi minimum dari siklus kerja.

Salah satu pencipta aluminium transparan, mahasiswa pascasarjana IYaPhT N. Rubinkovskii menunjukkan bahwa ALON yang dihasilkan memiliki karakteristik kekuatan yang tinggi dibandingkan dengan keramik modern. Ini dapat dibandingkan dengan yttrium aluminium garnet atau zirkonia kubik. Dalam hal kekuatan benturan, ia melampaui besi kuarsa, spinel, dan bahan lainnya dengan kualitas transparan.

Setiap orang yang menonton "Star Track" yang legendaris ingat bahwa zat dengan sifat serupa hadir di bagian ke-4 film tersebut. Bukaan jendela pesawat ruang angkasa itu diisi dengan aluminium transparan. Bahan dengan kualitas seperti itu telah lama digunakan dalam teknologi. Aluminium oxynitride sekitar 4 kali lebih tahan gores daripada kaca aluminosilikat konvensional. Ia mampu menahan paparan suhu tinggi, mencapai 2100 ° C.

Kontemporer senjata dan artileri kaliber kecil sedang ditingkatkan setiap hari, yang menimbulkan pertanyaan tentang pengembangan sarana perlindungan baru. Terutama akut masalah ini singkatan dari bahan baju besi dengan sifat transparan. Dalam hal ini, keramik polikristalin, atau yang terbuat dari aluminium oksinitrida, adalah relevan. Dari bahan-bahan yang disajikan, dimungkinkan untuk mendapatkan produk dari hampir semua bentuk menggunakan teknologi pembentukan dan sintering tradisional.

ALON dapat digunakan baik untuk kebutuhan militer maupun industri. Misalnya, baju besi transparan dan jendela untuk roket yang dikirim ke luar angkasa dibuat darinya.

Baca selengkapnya di:

Internet adalah asosiasi perusahaan industri Rusia:

https://www.rosprom.org/news/metallurgy/rossiyskie_uchenye_razrabotali_tekhnologiyu_polucheniya_prozrachnogo_alyuminiya/

Video: Aluminium

Penting juga bahwa proses produksi ALON tidak "rumit" secara teknologi, yang memudahkan produsen. Namun, tidak akan berhasil membuatnya di rumah, namun, agar Anda memahami bagaimana seluruh proses pembuatan aluminium oksinitrida berlangsung, kami akan memberi tahu Anda tentang hal itu.

Kromium oksida VI 37,3-41.0

Aluminium 31.0-34.0

Aluminium oksida 22,7-25,0

Aluminium nitrida hingga 9.0

2. Metode menurut klaim 1, dicirikan bahwa lapisan fungsional bubuk aluminium oxynitrida ditempatkan di antara campuran reaksi komponen dan dinding cetakan.

Saat ini, ALON mulai digunakan lebih beragam, misalnya, perusahaan Microsoft, mengembangkan " jam pintar”, dalam tubuh pengembangannya menggunakan aluminium oxynitride. Jadi, siapa tahu, bahkan mungkin pembuatan struktur aluminium menggunakan ALON hanya sebentar lagi, tetapi orang dapat memimpikan hal seperti itu hanya jika biaya bahan berkurang.

Ilmu. aluminium transparan

Para ilmuwan di Universitas Oxford telah menciptakan bentuk aluminium transparan dengan membombardir logam dengan laser sinar-X paling kuat di dunia. Sampai saat ini, aluminium transparan hanya dijelaskan dalam fiksi ilmiah.

Pada kenyataannya, bentuk material yang eksotis akan membantu baik untuk energi nuklir maupun untuk memahami apa yang sebenarnya terjadi di inti planet-planet besar.

Penulis percobaan mengambil selembar aluminium foil tipis dan mengarahkan laser ke sana, energi utama yang dihasilkan dalam rentang sinar-X. radiasi elektromagnetik. Dampaknya adalah sekitar 10 juta GW energi per sentimeter persegi dan menghasilkan hasil yang fenomenal.

Pada suhu dan tekanan biasa, aluminium adalah kisi atom dengan sejumlah besar elektron bebas. Sebuah pulsa singkat dari laser merobohkan elektron dari setiap atom aluminium, memungkinkan foton melewati bahan dan membuat aluminium hampir tidak terlihat oleh radiasi ultraviolet. Meskipun logam itu dipanaskan hingga suhu yang sangat tinggi, ia mempertahankan kekakuannya, sebuah fenomena yang diyakini para ilmuwan mirip dengan apa yang terjadi di inti planet raksasa seperti Jupiter.

“Apa yang telah kami ciptakan adalah bentuk materi yang benar-benar baru yang belum pernah dilihat siapa pun,” salah satu penulis eksperimen, profesor fisika Justin Wark, mengomentari hasil eksperimen tersebut. - Aluminium transparan hanyalah permulaan. Sifat fisik material yang telah kita buat mirip dengan kondisi di dalam planet-planet besar. Kami berharap dengan mempelajarinya, kami akan dapat lebih memahami apa yang terjadi selama kemunculan "bintang mini" yang diciptakan oleh ledakan laser yang kuat (ledakan internal). Suatu hari manusia akan belajar menggunakan energi dari proses seperti itu di Bumi.”

Penemuan ini dimungkinkan berkat penciptaan sumber radiasi baru, sepuluh miliar kali lebih terang daripada sinkrotron mana pun di dunia (misalnya, seperti "Sumber Cahaya Berlian" Inggris, yang menghasilkan berkas cahaya dalam rentang dari inframerah hingga X -sinar). Fasilitas laser yang kuat ini, yang disebut laser FLASH, terletak di Hamburg, Jerman dan menghasilkan kilatan sinar-X lembut yang sangat singkat, yang masing-masing lebih kuat daripada pembangkit listrik yang menyediakan listrik ke seluruh kota. Dengan dukungan rekan-rekan dari negara lain, para ilmuwan Oxford memusatkan semua energi ini di satu titik, yang diameternya lebih tipis dari 1/20 lebar rambut manusia. Pada intensitas radiasi laser yang begitu tinggi, aluminium menjadi transparan.

Sejauh ini, efek "tembus pandang" telah berlangsung selama periode yang sangat singkat sekitar 40 femtodetik, tetapi ini menunjukkan bahwa keadaan materi yang eksotis seperti itu pada prinsipnya dapat diciptakan dalam praktik.

“Yang sangat luar biasa tentang eksperimen kami adalah kami mengubah aluminium biasa menjadi eksotik ini bahan baru dalam satu langkah, menggunakan laser yang sangat kuat untuk ini. Untuk waktu yang singkat, sampel terlihat dan berperilaku seperti bahan yang sama sekali berbeda, seolah-olah kita telah mengubah setiap atom aluminium menjadi silikon. Bagi kami, ini hampir sama dengan jika kami berhasil mendapatkan emas murni dengan bantuan cahaya, ”tambah Profesor Wark.

Para peneliti percaya bahwa pendekatan mereka ideal untuk menciptakan dan mempelajari keadaan materi yang eksotis. Signifikansinya beragam dan sangat penting untuk ilmu planet, astrofisika, dan energi nuklir.

Tim peneliti berharap untuk terus mempelajari sifat-sifat materi padat panas, berencana untuk menggunakan laser sinar-X baru yang lebih kuat untuk tujuan ini di masa depan.

Aluminium oxynitride (atau AlON) adalah keramik yang terdiri dari aluminium, oksigen, dan nitrogen. Bahannya transparan secara optik (> 80%) dalam pita ultraviolet, tampak dan setengah gelombang dari spektrum elektromagnetik. Itu diproduksi di luar negeri oleh Surmet Corporation di bawah merek ALON. Baru-baru ini, para ilmuwan Rusia telah mengembangkan teknologi untuk memproduksi aluminium transparan, yang agak berbeda dari analog impor.

Keterangan

Pengembangan paduan unik telah membuka prospek baru di industri pertahanan, sains, dan konstruksi. Menurut angka resmi, ALON:

4 kali lebih kuat dari yang dikeraskan;
85% lebih keras dari safir;
hampir 15% lebih andal daripada spinel yang terbuat dari magnesium aluminat.

Omong-omong, mineral spinel adalah pesaing langsung dari aluminium transparan dan lebih rendah dari oxynitrida dalam sejumlah parameter.

ALON adalah keramik bening polikristalin yang paling sulit tersedia secara komersial. Kombinasi sifat optik dan mekanik membuat bahan ini menjadi kandidat utama untuk produk lapis baja ringan berperforma tinggi seperti kaca antipeluru dan kaca tahan ledakan, elemen untuk sistem optik inframerah. Juga, aluminium oxynitride digunakan untuk menghasilkan jendela tahan benturan transparan, lubang intip, pelat, kubah, batang, tabung, dan produk lainnya menggunakan teknologi tradisional untuk memproses bubuk keramik.

Peralatan mekanis

Aluminium oxynitride memiliki karakteristik yang luar biasa:

334 IPK.
Modulus geser: 135 GPa.
Rasio Poisson: 0,24.
Kekerasan Knoop: 1800 kg/mm2 dengan beban 0,2 kg.
Ketahanan patah: 2 MPa m 1/2 .
Kekuatan lentur: 0,38-0,7 GPa.
Kekuatan tekan: 2,68 GPa.

Sifat optik dan termal

Saat menguji aluminium transparan, indikator berikut diperoleh:

Kapasitas panas: 0,781 J/K.
Konduktivitas termal: 12,3 W/(m K).
Koefisien ekspansi termal: 4,7×10 -6 /°C.
Rentang transparansi: 200-5000 nm.

ALON juga tahan terhadap radiasi dan kerusakan dari berbagai asam, alkali dan air.

Resi

Aluminium oxynitride transparan dibuat dengan sintering bubuk seperti yang lain Sementara Angkatan Laut AS sibuk mengembangkan bahan antipeluru baru yang disebut spinel buatan, Surmet Corporation telah merilis versinya sendiri dari "kaca antipeluru" yang disebut ALON.

Dikembangkan di laboratorium Raytheon, bubuk khusus dimasukkan ke dalam cetakan dan disimpan pada suhu yang sangat tinggi. Komposisi campuran mungkin sedikit berbeda: kandungan aluminium sekitar 30% hingga 36%, yang tidak mempengaruhi kinerja secara signifikan (perbedaannya hanya 1-2%).

Proses pemanasan menyebabkan bubuk cepat mencair dan dingin, meninggalkan molekul-molekul yang tersusun longgar seolah-olah masih dalam bentuk cair. Struktur kristal inilah yang memberikan aluminium transparan tingkat kekuatan dan ketahanan gores yang sebanding dengan safir.

Produk yang diproduksi mengalami perlakuan panas (pemadatan) pada suhu tinggi, diikuti dengan penggilingan dan pemolesan sampai transparansi tercapai. Bahan ini dapat menahan suhu hingga 2100 °C dalam gas inert. Penggilingan dan pemolesan secara signifikan meningkatkan ketahanan benturan dan sifat mekanik lainnya.

Analog domestik

Ilmuwan Rusia menciptakan aluminium transparan pada 2017. Menurut spesialis dari NRNU MEPHI, teknologi produksi telah meningkat secara signifikan. Dalam pembuatan compacts, teknik sintering spark-plasma digunakan.

Tidak seperti rekan asing, pengembang dalam negeri tidak melewatkan pelepasan listrik melalui elemen pemanas eksternal, tetapi langsung melalui cetakan. Para ilmuwan mengatakan bahwa pelindung transparan domestik sebanding dalam karakteristik kekuatannya dengan zirkonia kubik, tetapi pada saat yang sama memiliki kekuatan benturan yang tinggi.

Perbandingan pelindung aluminium dengan kaca antipeluru

Kaca antipeluru tradisional terdiri dari beberapa lapisan polikarbonat yang diapit di antara dua lapisan kaca. Demikian pula, pelindung aluminium transparan terdiri dari tiga lapisan:

lapisan luar - aluminium oksinitrida;
lapisan tengah - kaca;
lapisan belakang - substrat polimer.

Namun, kesamaan berakhir di sana. Armor aluminium dapat menghentikan peluru yang sama dari senjata kaliber kecil seperti kaca antipeluru tradisional, tetapi akan tetap transparan bahkan ketika ditembakkan tanpa retakan khas. Selain itu, kekuatan ALON jauh lebih tinggi.

Armor aluminium oxynitride dapat dibuat menjadi hampir semua bentuk. Dia tidak takut pasir, kerikil atau debu. Ketahanan sangat tinggi. Meskipun sifat aluminium transparan yang sangat baik, bahan ini tidak banyak digunakan. Penghalang terbesar adalah biaya (3-5 kali lebih mahal daripada kaca antipeluru tradisional). ALON saat ini digunakan terutama untuk lensa instrumen observasi dan sensor rudal.

Semua tentang teknologi seluler