Оксинитрид алюминия

Оксинитрид алюминия
	; Шпинельная структура ALON
Имена
	Систематическое название ИЮПАК Оксинитрид алюминия
Идентификаторы
Номер CAS	12633-97-5 ;
Сокращения	АЛОН
Характеристики
Химическая формула	(AlN) x ·(Al 2 O 3 ) 1−x , ; 0,30 ≤ х ≤ 0,37
Появление	Белое или прозрачное твердое вещество
Плотность	3,691–3,696 г / см 3
Температура плавления	~2150 °С
Растворимость в воде	нерастворимый
Показатель преломления ( n D )	1.79
Структура
Кристаллическая структура	кубическая шпинель
Постоянная решетки	а = 794,6 вечера
	Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). проверить ( что такое ?) Ссылки на инфобоксы

Оксинитрид алюминия (продается под названием ALON компанией Surmet Corporation) . ^[3]) представляет собой прозрачную керамику, состоящую из алюминия , кислорода и азота . Оксинитрид алюминия оптически прозрачен (≥ 80%) в ближней ультрафиолетовой , видимой и средневолновой инфракрасной областях электромагнитного спектра. Оно в четыре раза прочнее плавленого кварцевого стекла , на 85 % тверже сапфира и почти на 115 % тверже магниево-алюминатной шпинели . Из него можно изготовить прозрачные окна, пластины, купола, стержни, трубки и другие формы с использованием традиционных методов обработки керамического порошка. ^{[ нужна ссылка ]}

Оксинитрид алюминия — самая твердая поликристаллическая прозрачная керамика, доступная на рынке. ^[2] Благодаря своему относительно небольшому весу, отличительным оптическим и механическим свойствам, а также устойчивости к окислению и радиации, он перспективен для таких применений, как пуленепробиваемые , взрывостойкие и оптоэлектронные окна. ^[4] Было показано, что броня на основе оксинитрида алюминия останавливает несколько бронебойных снарядов калибром до .50 BMG . ^[5]

Характеристики

Оксинитрид алюминия устойчив к различным кислотам, основаниям и воде. ^[6]

Механический

Оксинитрид алюминия обладает следующими механическими свойствами: ^[2]

Прочность на сжатие 2,68 ГПа
Прочность на изгиб 0,38–0,7 ГПа
Вязкость разрушения 2,0 МПа·м ^1/2
Твердость по Кнупу 1800 кг/мм. ² (загрузка 0,2 кг)
Коэффициент Пуассона 0,24
Модуль сдвига 135 ГПа
Модуль Юнга 334 ГПа.

Тепловые и оптические

Оксинитрид алюминия обладает следующими термическими и оптическими свойствами: ^[7]

Удельная теплоемкость 0,781 Дж/(г·°С)
Теплопроводность 12,3 Вт/(м·°С)
Коэффициент теплового расширения ~4,7 × 10 ⁻⁶/°С
Диапазон прозрачности 200–5000 нм

Приложения

Оксинитрид алюминия используется для изготовления инфракрасно-оптических окон с прозрачностью более 80% на длинах волн ниже примерно 4 микрометров и падающей почти до нуля при длине волны примерно 6 микрометров. ^[8] Он также был продемонстрирован в качестве слоя пассивации интерфейса в некоторых приложениях, связанных с полупроводниками . ^[9]

Оксинитрид алюминия имеет вдвое меньший вес и толщину, чем прозрачная броня на основе стекла. ^[10] Броня из оксинитрида алюминия толщиной 1,6 дюйма (41 мм; 4,1 см) способна остановить калибра .50 BMG бронебойные снаряды , которые могут пробить 3,7 дюйма (94 мм; 9,4 см) традиционного многослойного стекла . ^[8]^[11]

В 2005 году ВВС США начали испытания брони на основе оксинитрида алюминия. ^[12]

Производство

Оксинитрид алюминия можно изготовить в виде окон, пластин, куполов, стержней, трубок и других форм с использованием традиционных методов обработки керамического порошка. Его состав может незначительно варьироваться: содержание алюминия примерно от 30% до 36%, что, как сообщается, влияет на объемный модуль и модуль сдвига всего на 1–2%. ^[13] Изготовленная зелень подвергается термообработке (уплотнению) при повышенных температурах с последующей шлифовкой и полировкой до прозрачности . Он может выдерживать температуру около 2100 ° C (2370 К) в инертной атмосфере. Шлифование и полировка существенно улучшают ударопрочность и другие механические свойства брони. ^[7]

Патенты

Патенты, связанные с оксинитридом алюминия, включают:

Оксинитрид алюминия с улучшенными оптическими характеристиками и способом производства TM Hartnett, RL Gentilman, патент США 4,481,300 , 1984 г.
Способ получения поликристаллического кубического оксинитрида алюминия, Дж. В. МакКоли, патент США 4 241 000 , 1980 г.
Прозрачный оксинитрид алюминия и способ производства Р. Л. Джентилман, Е. А. Магуайр, патент США 4520116 , 1985 г.; Патент США 4720362 , 1988 г.
Прозрачное керамическое изделие на основе оксинитрида алюминия, патент Дж. П. Мазерса, США № 5,231,062 , 1993 г.

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б «Оптическая керамика ALON. Технические данные» (PDF) . Корпорация Сурмет. 2003. Архивировано из оригинала (PDF) 12 июня 2013 г. Проверено 9 января 2009 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Мохан Рамисетти и др. Прозрачные поликристаллические шпинели Protect and Defend , Бюллетень Американского керамического общества, том 92, 2, 20–24 (2013)
^ 4520116 , Ричард Л. Джентилман, Эдвард А. Магуайр, Леонард Э. Долхерт, «Прозрачный оксинитрид алюминия и метод производства», опубликовано 28 мая 1985 г., передано Surmet Corp.
^ «Купола и инфракрасная оптика» . Сурмет .
^ Рамисетти, Мохан; Шастри, Сури А.; Голдман, Ли (август 2013 г.). «Прозрачная керамика находит широкое применение в оптике» . Фотонные спектры .
^ Корбин, Н. (1989). «Алюминиевая оксинитридная шпинель: обзор». Журнал Европейского керамического общества . 5 (3): 143–154. дои : 10.1016/0955-2219(89)90030-7 .
^ Jump up to: ^а ^б Джозеф М. Валь и др. Последние достижения в области оптической керамики ALON , Surmet
^ Jump up to: ^а ^б Голдман, Ли М.; Тведт, Рич; Баласубраманиан, Шрирам; Шастри, Сури (20 мая 2011 г.). Тастисон, Рэндал В. (ред.). «Оптические керамические пленки ALON для окон, куполов и прозрачной брони» . Оконные и купольные технологии и материалы XII . 8016 . ШПИОН: 64–77. Бибкод : 2011SPIE.8016E..08G . дои : 10.1117/12.886122 . S2CID 123044722 .
^ Чжу, Мин; Тунг, Чи-Ханг; Йе, Йи-Чиа (2006). «Пограничный пассивирующий слой оксинитрида алюминия для диэлектрической стопки затвора с высокой диэлектрической проницаемостью на арсениде галлия» . Письма по прикладной физике . 89 (20): 202903. Бибкод : 2006ApPhL..89t2903Z . дои : 10.1063/1.2388246 . Проверено 11 февраля 2022 г.
^ Новости безопасности (03.06.2015). Оптически прозрачный алюминий обеспечивает пуленепробиваемую защиту. TSS, 3 июня 2015 г. Получено 10 июля 2015 г. с http://www.tssbulletproof.com/optically-clear-aluminum-provides-bulletproof-protection/ . Архивировано 21 февраля 2018 г. на Wayback Machine .
^ «Испытание прозрачной брони 50 калибра ALON от Surmet» . Ютуб . Проверено 9 января 2023 г.
^ Шогол, Джефф (30 октября 2005 г.). «ВВС испытывают более легкую прозрачную броню ALON» . Звезды и полосы . Проверено 25 июня 2020 г.
^ Грэм, Эрл К.; Мунли, туалет; МакКоли, Джеймс В.; Корбин, Норман Д. (1988). «Упругие свойства поликристаллической оксинитрида алюминия шпинели и их зависимость от давления, температуры и состава». Журнал Американского керамического общества . 71 (10): 807–812. дои : 10.1111/j.1151-2916.1988.tb07527.x .

Внешние ссылки

Переработка оптически прозрачного оксинитрида алюминия
«Пределы растворимости La и Y в оксинитриде алюминия (AlON) при 1870 ° C» . Лиор Миллер и Уэйн Д. Каплан. Кафедра инженерии материалов, Технион, Хайфа, Израиль, 2006 г.
Влияние спекающих добавок на микроструктуру и свойства АЛОН . Йечезкель Ашуах. Магистерская диссертация, Технион – Израильский технологический институт, 2003 г.

[r3-1] Jump up to: ^а ^б «Оптическая керамика ALON. Технические данные» (PDF) . Корпорация Сурмет. 2003. Архивировано из оригинала (PDF) 12 июня 2013 г. Проверено 9 января 2009 г.

[r1-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Мохан Рамисетти и др. Прозрачные поликристаллические шпинели Protect and Defend , Бюллетень Американского керамического общества, том 92, 2, 20–24 (2013)

[3] 4520116 , Ричард Л. Джентилман, Эдвард А. Магуайр, Леонард Э. Долхерт, «Прозрачный оксинитрид алюминия и метод производства», опубликовано 28 мая 1985 г., передано Surmet Corp.

[4] «Купола и инфракрасная оптика» . Сурмет .

[r11-5] Рамисетти, Мохан; Шастри, Сури А.; Голдман, Ли (август 2013 г.). «Прозрачная керамика находит широкое применение в оптике» . Фотонные спектры .

[ReferenceA-6] Корбин, Н. (1989). «Алюминиевая оксинитридная шпинель: обзор». Журнал Европейского керамического общества . 5 (3): 143–154. дои : 10.1016/0955-2219(89)90030-7 .

[r2-7] Jump up to: ^а ^б Джозеф М. Валь и др. Последние достижения в области оптической керамики ALON , Surmet

[r12-8] Jump up to: ^а ^б Голдман, Ли М.; Тведт, Рич; Баласубраманиан, Шрирам; Шастри, Сури (20 мая 2011 г.). Тастисон, Рэндал В. (ред.). «Оптические керамические пленки ALON для окон, куполов и прозрачной брони» . Оконные и купольные технологии и материалы XII . 8016 . ШПИОН: 64–77. Бибкод : 2011SPIE.8016E..08G . дои : 10.1117/12.886122 . S2CID 123044722 .

[9] Чжу, Мин; Тунг, Чи-Ханг; Йе, Йи-Чиа (2006). «Пограничный пассивирующий слой оксинитрида алюминия для диэлектрической стопки затвора с высокой диэлектрической проницаемостью на арсениде галлия» . Письма по прикладной физике . 89 (20): 202903. Бибкод : 2006ApPhL..89t2903Z . дои : 10.1063/1.2388246 . Проверено 11 февраля 2022 г.

[10] Новости безопасности (03.06.2015). Оптически прозрачный алюминий обеспечивает пуленепробиваемую защиту. TSS, 3 июня 2015 г. Получено 10 июля 2015 г. с http://www.tssbulletproof.com/optically-clear-aluminum-provides-bulletproof-protection/ . Архивировано 21 февраля 2018 г. на Wayback Machine .

[11] «Испытание прозрачной брони 50 калибра ALON от Surmet» . Ютуб . Проверено 9 января 2023 г.

[12] Шогол, Джефф (30 октября 2005 г.). «ВВС испытывают более легкую прозрачную броню ALON» . Звезды и полосы . Проверено 25 июня 2020 г.

[13] Грэм, Эрл К.; Мунли, туалет; МакКоли, Джеймс В.; Корбин, Норман Д. (1988). «Упругие свойства поликристаллической оксинитрида алюминия шпинели и их зависимость от давления, температуры и состава». Журнал Американского керамического общества . 71 (10): 807–812. дои : 10.1111/j.1151-2916.1988.tb07527.x .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]