Интересные факты о строительстве: прозрачная алюминиевая керамика (прозрачный алюминий)

Под прозрачным алюминием, или, как его еще называют, прозрачной алюминиевой керамикой (выпускается в промышленных масштабах под торговой маркой AlON, патент США № 4520116) понимают оксинитрид алюминия, полученный при соединении алюминия, азота, хрома. Внешне этот материал представляет собой твердую, прочную и прозрачную керамическую массу. Его оптическая прозрачность достигает 80% в УФ, видимом и полуволновом диапазоне электромагнитного спектра. Химическая формула оксинитрида алюминия - (AlN)_x•(Al₂O₃)_1-x, в молярном соотношении 0,30 ≤ x ≤ 0,37.

Изделия из прозрачного алюминия:

Фотография с сайта kraska.guru.

Прозрачный алюминий имеет множество преимуществ перед аналогами (в первую очередь – перед бронированным стеклом). Он отличается высочайшей ударной стойкостью, сопротивляется нагрузкам, истиранию под действием песка, дождя, соленой воды, абразивов, его невозможно поцарапать. При отливке можно получать изделия даже самых сложных форм. Материал экологически чистый, безвредный, пропускает свет и инфракрасное излучение. Единственный его минус – очень высокая стоимость, но, не смотря на это, данный материал имеет большие перспективы в строительстве, науке, производстве, так как обладает невероятными свойствами – в 4 раза прочнее кварцевого стекла и на 85% тверже сапфира.

Прозрачный алюминий имеет следующие физико-технические параметры:

В настоящее время прозрачный алюминий находит применение в производстве:

• стекол со взрывозащитными, пуленепробиваемыми свойствами;
  
  
• ударопрочных окон;
  
  
• различных труб и стержней;
  
  
• плит;
  
  
• иллюминаторы.
  
  

Прозрачный оксинитрид алюминия (прозрачную алюминиевую керамику) получают двумя методами:

• порошкового спекания;
  
  
• спарк-плазменного спекания.
  
  

По сути технология порошкового спекания мало отличается от производства любого лругого другого керамического сырья. Вначале подготавливают порошковую смесь с определенным составом, где доля алюминия составляет около 30-36% (точные характеристики прозрачного алюминия будут несколько разниться в зависимости от конкретного количества основы). После порошок помещают в тугоплавкие формы из кварца, графита или нержавейки, ставят в специальный реактор с газовой средой азота и нагревают вплоть до воспламенения. В ходе прогрева при высоких температурах и под давлением (до 10 МПа) происходит быстрое разжижение порошка. По мере остывания остаются свободно расположенные молекулы, которые формируют кристаллическую структуру. Именно такая структура дает прозрачному алюминию высокую прочность, надежность, стойкость к механическим повреждениям. После из вещества отливают разные изделия, которые еще раз термически обрабатывают для окончательного уплотнения.

Комплекс порошкового спекания оксинитрида алюминия:

Фотография с сайта kraska.guru.

Метод спарк-плазменного (от английского слова spark — «искра») спекания для производства прозрачного алюминия стал применяться не так давно. В его основе – несколько измененная технология горячего прессования: через заготовку, находящуюся в форме, пропускают электрический ток в виде импульсных разрядов. В результате в короткое время достигается нагрев сырья до нужной температуры и его расплавление.

Технология искрового плазменного (спарк-плазменного) спекания оксинитрида алюминия:

Фотография с сайта kraska.guru.

После остывания изделия из прозрачной алюминиевой керамики обязательно шлифуют и полируют до прозрачности, что не представляет никакой сложности для данного материала. Кстати, полировка существенно увеличивает ударопрочность.

В статье использована информация с сайтов ru.wikipedia.org и kraska.guru.