Оксинитрид алюминия (или AlON) представляет собой керамику, состоящую из алюминия, кислорода и азота. Материал является оптически прозрачным (> 80%) в ультрафиолетовом, видимом и полуволновом диапазонах электромагнитного спектра.
Разработка уникального сплава открыла новые перспективы в оборонной промышленности, науке и строительстве.
Преимущества прозрачного алюминия:
- в 4 раза прочнее, чем закаленное кварцевое стекло;
- на 85% тверже сапфира;
- почти на 15% надежнее шпинели, изготавливаемой из алюмината магния.
ALON является самым твердым доступным в продаже представителем поликристаллической прозрачной керамики. Сочетание оптических и механических свойств делает этот материал ведущим кандидатом на легкие высокоэффективные бронированные изделия, такие как пуленепробиваемые и взрывозащищенные стекла, элементы для инфракрасных оптических систем. Также из оксинитрида алюминия получают прозрачные ударопрочные окна, иллюминаторы, плиты, купола, стержни, трубки и другие изделия с использованием традиционных технологий обработки керамических порошков.
Свойства прозрачного алюминия
Оксинитрид алюминия обладает выдающимися характеристиками:
- Модуль упругости: 334 ГПа.
- Модуль сдвига: 135 ГПа.
- Коэффициент Пуассона: 0,24.
- Твердость по методу Кнупа: 1800 кг/мм2 при нагрузке 0,2 кг.
- Сопротивление разрушению: 2 МПа·м1/2.
- Прочность на изгиб: 0,38-0,7 ГПа.
- Прочность на сжатие: 2,68 ГПа.
- Теплоемкость: 0,781 Дж/К.
- Теплопроводность: 12,3 Вт/(м·K).
- Коэффициент теплового расширения: 4,7×10-6/°С.
- Диапазон прозрачности: 200-5000 нм.
Также ALON устойчив к радиации и повреждениям различными кислотами, щелочами и водой.
Процесс изготовления
Прозрачный оксинитрид алюминия изготавливают методом порошкового спекания наподобие других керамических материалов. Разработанный в лабораториях специальный порошок закладывают в формы и выдерживают при очень высоких температурах.
Состав смеси может незначительно варьироваться: содержание алюминия составляет примерно от 30% до 36%, что незначительно влияет на характеристики (расхождение составляет всего 1-2%). Процесс нагревания вызывает быстрое разжижение и охлаждение порошка, оставляя молекулы свободно расположенными, как будто они все еще находятся в жидкой форме. Именно эта кристаллическая структура обеспечивает прозрачному алюминию уровень прочности и стойкости к царапинам, сравнимый с сапфиром.
Изготовленные изделия подвергаются термической обработке (уплотнению) при повышенных температурах с последующим шлифованием и полировкой до достижения прозрачности. Материал может выдерживать температуры до 2100 °С в инертных газах. Шлифовка и полировка существенно улучшают ударопрочность и другие механические свойства.