L'aluminium transparent remplacera le verre blindé

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

L'oxynitrure d'aluminium (ou AlON) est une céramique composée d'aluminium, d'oxygène et d'azote. Le matériau est optiquement transparent (> 80%) dans les gammes ultraviolette, visible et demi-onde du spectre électromagnétique. Il est fabriqué à l'étranger par Surmet Corporation sous la marque ALON. Récemment, des scientifiques russes ont mis au point une technologie de production d'aluminium transparent, quelque peu différente des analogues importés.

Description

Le développement d'un alliage unique a ouvert de nouvelles perspectives dans l'industrie de la défense, la science et la construction. Selon les chiffres officiels, ALON:

• 4 fois plus résistant que le verre de quartz trempé;
• 85% plus dur que le saphir;
• près de 15 % plus durable que le spinelle d'aluminate de magnésium.

D'ailleurs, le spinelle minéral est un concurrent direct de l'aluminium transparent etinférieur à l'oxynitrure dans un certain nombre de paramètres.

ALON est la céramique transparente polycristalline la plus dure disponible dans le commerce. La combinaison de propriétés optiques et mécaniques fait de ce matériau un candidat de premier plan pour les produits blindés légers et performants tels que les verres pare-balles et antidéflagrants, les éléments pour les systèmes optiques infrarouges. L'oxynitrure d'aluminium est également utilisé pour produire des fenêtres, des hublots, des plaques, des dômes, des tiges, des tubes et d'autres produits transparents résistants aux chocs en utilisant les technologies traditionnelles de traitement des poudres céramiques.

Propriétés mécaniques

L'oxynitrure d'aluminium a des performances exceptionnelles:

• Module d'élasticité: 334 GPa.
• Module de cisaillement: 135 GPa.
• Ratio de Poisson: 0, 24.
• Dureté Knoop: 1 800 kg/mm2 à une charge de 0,2 kg.
• Résistance à la rupture: 2 MPa·m1/2.
• Résistance à la flexion: 0,38-0,7 GPa.
• Résistance à la compression: 2,68 GPa.

Propriétés optiques et thermiques

Lors du test de l'aluminium transparent, les indicateurs suivants ont été obtenus:

• Capacité calorifique: 0,781 J/K.
• Conduction thermique: 12,3 W/(m·K).
• Coefficient de dilatation thermique: 4,7×10-6/°C.
• Plage de transparence: 200-5000 nm.

ALON est également résistant aux radiations et aux dommages causés par divers acides, alcalis et eau.

Recevoir

L'oxynitrure d'aluminium transparent est fabriqué par frittage de poudre comme les autres matériaux céramiques. Alors que la marine américaine est occupée à développer un nouveau matériau pare-balles appelé spinelle artificiel, Surmet Corporation lance déjà sa propre version de "verre pare-balles" appelée ALON.

Développée dans les laboratoires Raytheon, une poudre spéciale est moulée et maintenue à très haute température. La composition du mélange peut varier légèrement: la teneur en aluminium est d'environ 30 % à 36 %, ce qui affecte légèrement les performances (la différence n'est que de 1 à 2 %).

Le processus de chauffage provoque la liquéfaction et le refroidissement rapides de la poudre, laissant les molécules disposées de manière lâche comme si elles étaient encore sous forme liquide. C'est cette structure cristalline qui confère à l'aluminium transparent un niveau de solidité et de résistance aux rayures comparable au saphir.

Les produits manufacturés sont soumis à un traitement thermique (compactage) à des températures élevées, suivi d'un meulage et d'un polissage jusqu'à ce qu'ils deviennent transparents. Le matériau peut résister à des températures allant jusqu'à 2100 °C dans des gaz inertes. Le meulage et le polissage améliorent considérablement la résistance aux chocs et d'autres propriétés mécaniques.

Équivalent national

Des scientifiques russes ont créé de l'aluminium transparent en 2017. Selon les spécialistes du NRNU MEPhI, la technologie de production étaitgrandement amélioré. Dans la fabrication des compacts, la technique du frittage au plasma est utilisée.

Contrairement à leurs collègues étrangers, les développeurs nationaux ne font pas passer une décharge électrique à travers un élément chauffant externe, mais directement à travers un moule. Les scientifiques disent que l'armure transparente domestique est comparable en résistance à la zircone cubique, mais en même temps a une résistance élevée aux chocs.

Comparaison de l'armure en aluminium avec du verre pare-balles

Le verre pare-balles traditionnel se compose de plusieurs couches de polycarbonate prises en sandwich entre deux couches de verre. De même, une armure en aluminium transparente se compose de trois couches:

• couche externe - oxynitrure d'aluminium;
• couche intermédiaire - verre;
• couche arrière - support en polymère.

Mais la similitude s'arrête là. L'armure en aluminium peut arrêter les mêmes balles d'armes de petit calibre que le verre pare-balles traditionnel, mais elle sera toujours transparente même lorsqu'elle est tirée sans les fissures caractéristiques. De plus, la force d'ALON est beaucoup plus élevée.

L'armure en oxynitrure d'aluminium peut prendre presque n'importe quelle forme. Elle n'a pas peur du sable, du gravier ou de la poussière. La résistance aux matériaux abrasifs est très élevée. Malgré les excellentes propriétés de l'aluminium transparent, ce matériau n'est pas largement utilisé. Le principal facteur de dissuasion est le coût (3 à 5 fois plus cher que le verre pare-balles traditionnel). ALON est actuellement utilisé principalement pour les lentilles d'instruments d'observation et de capteurs.missiles.