Oxinitruro de aluminio (comercializado bajo el nombre ALON por Surmet Corporación [3] ) es una cerámica transparente compuesta de aluminio , oxígeno y nitrógeno . ALON es ópticamente transparente (≥ 80%) en los -cerca de ultravioletas , visibles y midwave- infrarrojos regiones del espectro electromagnético. Es cuatro veces más duro que el vidrio de sílice fundido , 85% más duro que el zafiro y casi un 115% más duro que la espinela de aluminato de magnesio . Dado que tiene una espinela cúbica estructura, se puede fabricar en ventanas transparentes, placas, domos, varillas, tubos y otras formas utilizando técnicas convencionales de procesamiento de polvo cerámico.
Estructura de espinela de ALON | |
Nombres | |
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Nombre IUPAC sistemático Oxinitruro de aluminio | |
Identificadores | |
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Abreviaturas | SOLO |
Propiedades | |
(AlN) x · (Al 2 O 3 ) 1 − x , 0,30 ≤ x ≤ 0,37 | |
Apariencia | Sólido blanco o transparente |
Densidad | 3.691–3.696 g / cm 3 [1] |
Punto de fusion | ~ 2150 ° C [1] |
insoluble | |
Índice de refracción ( n D ) | 1,79 [2] |
Estructura | |
espinela cúbica | |
a = 794,6 pm [2] | |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
verificar ( ¿qué es ?) | |
Referencias de Infobox | |
ALON es la cerámica transparente policristalina más dura disponible comercialmente. [2] Su combinación de propiedades ópticas y mecánicas hace de este material un candidato líder para aplicaciones de blindaje transparente liviano de alto rendimiento como ventanas a prueba de balas y explosiones y para muchas optoelectrónicas infrarrojas militares . [4] Se ha demostrado que la armadura basada en ALON detiene múltiples proyectiles perforadores de armadura de hasta .50 BMG cal. [5]
Está disponible comercialmente en tamaños tan grandes como ventanas monolíticas de 18 por 35 pulgadas (460 mm × 890 mm). [6]
Propiedades
- Mecánico
- [2]
- Módulo de Young 334 GPa
- Módulo de corte 135 GPa
- Relación de Poisson 0,24
- Dureza Knoop 1800 kg / mm 2 (carga de 0,2 kg)
- Tenacidad a la fractura 2.0 MPa · m 1/2
- Resistencia a la flexión 0,38-0,7 GPa
- Resistencia a la compresión 2,68 GPa
- Térmica y óptica
- [7]
- Calor específico 0,781 J / (g · ° C)
- Conductividad térmica 12,3 W / (m · ° C)
- Coeficiente de expansión térmica ~ 4.7 × 10 - 6 / ° C
- Rango de transparencia 200–5000 nm
ALON también parece ser resistente a la radiación y al daño de varios ácidos, bases y agua. [8]
Aplicaciones
Además de usarse como material de armadura transparente, ALON se usa como ventanas ópticas infrarrojas. Como tal, tiene aplicaciones como componente de sensor, domos de infrarrojos especiales, ventanas para comunicaciones láser y en algunas aplicaciones relacionadas con semiconductores . [9] [10]
Como material de armadura transparente, ALON proporciona un producto a prueba de balas con mucho menos peso y grosor que el vidrio antibalas tradicional. Se le ha denominado aluminio transparente en honor a un material ficticio de Star Trek . [11] El blindaje ALON de 1,6 pulgadas (41 mm) de espesor es capaz de detener proyectiles perforantes de .50 BMG , que pueden penetrar 3,7 pulgadas (94 mm) de laminado de vidrio tradicional . [12]
En 2005, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos comenzó a probar ALON, "para proteger a las tropas". [13]
Fabricar
ALON se puede fabricar como ventanas, placas, domos, varillas, tubos y otras formas utilizando técnicas convencionales de procesamiento de polvo cerámico. Su composición puede variar ligeramente: el contenido de aluminio de aproximadamente el 30% al 36%, que se ha informado que afecta el volumen y los módulos de cizallamiento en solo un 1-2%. [14] El material verde fabricado se somete a un tratamiento térmico (densificación) a temperaturas elevadas, seguido de esmerilado y pulido hasta obtener transparencia . Puede soportar temperaturas de aproximadamente 2100 ° C en atmósferas inertes. El esmerilado y pulido mejoran sustancialmente la resistencia al impacto y otras propiedades mecánicas de la armadura. [7]
Patentes
- Proceso para producir oxinitruro de aluminio cúbico policristalino JW McCauley Patente de EE.UU. 4.241.000 , 1980
- Oxinitruro de aluminio con características ópticas y método de fabricación mejorados TM Hartnett, RL Gentilman Patente de EE.UU. 4.481.300 , 1984
- Oxinitruro de aluminio transparente y método de fabricación RL Gentilman, EA Maguire Patente de EE.UU. 4.520.116 , 1985; Patente de Estados Unidos 4.720.362 , 1988
- Artículo de cerámica transparente a base de oxinitruro de aluminio JP Mathers Patente de EE.UU. 5.231.062 , 1993
Ver también
- Nitruro de aluminio
- Corundo
- Cerámica transparente
Referencias
- ^ a b "Cerámica óptica ALON. Datos técnicos" (PDF) . Surmet Corporation. 2003. Archivado desde el original (PDF) el 12 de junio de 2013 . Consultado el 9 de enero de 2009 .
- ^ a b c d Mohan Ramisetty y col. Las espinelas policristalinas transparentes protegen y defienden , American Ceramic Society Bulletin, vol.92, 2, 20–24 (2013)
- ^ Richard L. Gentilman y col. Oxinitruro de aluminio transparente y método de fabricación Patente de EE. UU. 4.520.116 Fecha de emisión: 28 de mayo de 1985
- ^ "Domos y óptica infrarroja" . Surmet .
- ^ Ramisetty, Mohan; Sastri, Suri A .; Goldman, Lee (agosto de 2013). "Las cerámicas transparentes encuentran un amplio uso en óptica" . Espectros fotónicos .
- ^ "Surmet logra un hito importante en su programa de ampliación de ventanas ALON" . PRWeb . 28 de mayo de 2013.
- ^ a b Joseph M. Wahl y col. Avances recientes en cerámica óptica ALON, Surmet
- ^ Corbin, N. (1989). "Espinela de oxinitruro de aluminio: una revisión". Revista de la Sociedad Europea de Cerámica . 5 (3): 143-154. doi : 10.1016 / 0955-2219 (89) 90030-7 .
- ^ Lee M. Goldman y col. Transparencias de cerámica óptica ALON para aplicaciones de sensores y armaduras, Surmet
- ^ Zhu, Ming; Tung, Chih-Hang; Yeo, Yee-Chia (2006). "Capa de pasivación interfacial de oxinitruro de aluminio para pila dieléctrica de puerta de alta permitividad en arseniuro de galio". Letras de Física Aplicada . 89 (20): 202903. doi : 10.1063 / 1.2388246 .
- ^ El aluminio ópticamente transparente proporciona protección a prueba de balas , TSS, 3 de junio de 2015, consultado el 10 de julio de 2015
- ^ Prueba de calibre 50 de armadura transparente ALON de Surmet
- ^ Schogol, Jeff (30 de octubre de 2005). "Air Force prueba una armadura ALON más ligera y transparente" . Estrellas y rayas . Consultado el 25 de junio de 2020 .
- ^ Graham, Earl K .; Munly, WC; McCauley, James W .; Corbin, Norman D. (1988). "Propiedades elásticas de la espinela oxinitruro de aluminio policristalino y su dependencia de la presión, temperatura y composición". Revista de la Sociedad Americana de Cerámica . 71 (10): 807–812. doi : 10.1111 / j.1151-2916.1988.tb07527.x .
enlaces externos
- Influencia de los aditivos de sinterización en la microestructura y propiedades de ALON. Yechezkel Ashuach. Tesis de Maestría, Technion - Instituto de Tecnología de Israel, 2003
- Límites de solubilidad de La e Y en oxinitruro de aluminio (AlON) a 1870 ° C Lior Miller y Wayne D. Kaplan. Departamento de Ingeniería de Materiales, Technion, Haifa, Israel, 2006
- Procesamiento de oxinitruro de aluminio ópticamente transparente