چکیده
سرامیک نوری ALON ™ یک ماده پنجره با دوام برای اشعه ماوراء بنفش، پنجره مرئی و میانه IR و برنامه های کاربردی در خانه است. خواص مکانیکی، حرارتی و نوری از محصولات ALON تجاری تولید شده توسط شرکت Surmet اندازه گیری شده است و این داده های جدید ارائه خواهد شد. مقایسه با داده هایی که قبلا اندازه گیری شده صورت خواهد گرفت.
ALON با کیفیت نوری و پراکندگی کم و دارای استحکام بالا که نزدیک به دو برابر است قبلا گزارش شده است. میانگین مقادیر قدرت 700 مگاپاسکال در 21 ° C و 631 مگاپاسکال در 500 ° C برای نمونه ALON آماده شده توسط سطح دقیق در پایان با این تکنیک اندازه گیری شده اند. گنبدهای نوری جلا داده شده آزمایش شده تحت تست شوک حرارتی شدید جان سالم به در می برند. این سطوح قدرت قابل مقایسه با سطوح قدرت برای تک کریستال یاقوت کبود است. قدرت، هدایت حرارتی، انبساط حرارتی، ضریب شکست، نشر و ضریب جذب ارائه خواهد شد. مکانیسم های ممکن برای افزایش قدرت مورد بحث قرار خواهد گرفت.
مقدمه
آلومینیوم oxynitride، ALON یک سرامیک چندبلوری شفاف است که دارای استحکام بالا و سختی است. از طول موج اشعه ماوراء بنفش (UV) تا اواسط طول موج های مادون قرمز مشخص و شفاف (MWIR) است. برنامه های کاربردی گنبد موشکی سرعت بالای IR نیاز به مواد شفاف با دوام دارد که می تواند شوک های حرارتی شدید را به علت حرارت مربوط به آیرودینامیک تحمل نمایند، در سراسر مسیر پرواز شفاف باقی بماند و در برابر آسیب باران و شن و ماسه بسیار مقاوم باقی بماند. برنامه های کاربردی وزن سبک تر زره شفاف نیاز به استقامت و سختی زیاد در لایه های بیرونی در مقابل ورقه ورقه (ورقه ورقه) شدن بالستیک برای خرابی پرتابه با سرعت بالا دارد. طرح های ورقه ورقه (ورقه ورقه) بالستیک با وزن سبک تر را می توان با استفاده از پانل های ALON نازکتر با استحکام شکست بیشتر به دست آورد.
این تکنولوژی برای ساخت سرامیک شفاف ALON در سال 2002 از شرکت Rayton به شرکت Surmet منتقل شد. تولید ده ها تن از پانل های ALON بزرگ برای ارزیابی عملکرد زره و تولید صدها گنبد، لنز و پنجره اسکنر نقطه فروش (POS) در Surmet در دو سال گذشته به دست آمده است. در پرتوی این تولید اخیر ALON، ارزیابی مجدد خواص مواد حیاتی از قبیل استحکام، هدایت حرارتی، انبساط حرارتی و شفافیت مهم است و نشان می دهد که این ماده به خوبی بهتر از آن چیزی است که در یک فرایند در مقیاس آزمایشگاهی / راهنما تولید می شود.
خواص مکانیکی
خواص مکانیکی بررسی اجمالی:
آزمایش خواص مکانیکی مواد ALON در دانشگاه موسسه تحقیقات دیتون (UDRI) در دیتون، اوهایو انجام شد. مقاومت خمشی دو محوره (در 21 ° C و 500 ° C)، مدول یانگ، مدول برشی و نسبت پواسون با استفاده از روش های آزمون استاندارد ASTM C1499-03 (1) و ASTM C1259-01 (2) اندازه گیری شد. مدول وایبول و مقاومت مشخصه با برازش داده های اندازه گیری شده به دو پارامتر توزیع Weibull استاندارد داده شده توسط رابطه) 1 (، ASTM C 1239-94a (3) تعیین شد. شکل 1 نشان دهنده ثابت تست برای تست قدرت خمش دو محوره در دمای اتاق و 500 درجه سانتی گراد معادله 2 برای محاسبه استحکام نمونه و ابعاد ثابت (نگاه کنید به جدول 1) و بار شکستن است. دیسک های Grafoil ™ با ضخامت 0.005 " بین دیسک های نمونه و بار و حمایت از حلقه برای کاهش تنش تماسی قرار داده شد که تصور می شود برخی از نمونه ها را تحت بارگذاری حلقه یا حلقه پشتیبان خراب کند.
خواص حرارتی
خواص حرارتی از ALONشفاف، در گذشته توسط چندین آزمایشگاه (6، 17) مورد بررسی قرار گرفته است. نیاز برای داده های در دسترس بیشتر و تاریخی اندازه گیری شده برای ALON شفاف در حال حاضر وجود دارد. این خواص مواد در مدل های پیش بینی شده برای عملکرد شوک حرارتی در برنامه گنبد سرعت موشک بالا استفاده می شود. اندازه گیری های گزارش شده در این مقاله دقیق تر از داده های تاریخی و پوشش یک مقدار درجه حرارت گسترده تر است. نمونه ها با استفاده از ALON LS-درجه (درجه پراکندگی نوری کم) در شرکت Surmet، برلینگتون، MA آماده شد. اندازه گیری خواص حرارتی ALON را در TPRL، شرکت (18) صورت گرفته است.
مقایسه های هدایت حرارتی به شرح زیر اشاره شده است:
خلاصه ای از خواص حرارتی اندازه گیری شده است که در جدول 7 آورده شده است و توطئه نسبت به داده های تاریخی در شکل 7 تا 9 نشان داده شده است. شکل 7 نشان می دهد که هدایت حرارتی از ALON اندازه گیری در TPRL کمی بیشتر در محدوده درجه حرارت از -50 ° C تا 600 ° C نسبت به گذشته اندازه گیری می شود. مقادیر درجه حرارت بالا (T> 600 ° C) که قبلا گزارش شده است، به احتمال زیاد به علت اثرات تابش از انتقال حرارت از طریق نمونه های شفاف دارای خطا است. در اندازه گیری، اثرات انتقال حرارت تابش باید با استفاده از یک پوشش طلا برای هر دو طرف از نمونه به حداقل برسد. مقدار انبساط حرارتی کمی بالاتر از آنچه قبلا گزارش شده است می باشد و این اندازه گیری های جدید محدوده درجه حرارت را به درجه حرارت از -150 ° C تا 800 ° C گسترش می دهد. تعداد بیشتری از نقاط در گرمای خاص در مقابل منحنی دما اندازه گیری شد و محدوده دمای اندازه گیری که شامل نقاط زیر 0 ° C تا -50 ° C. می شود گسترش یافت. شکل شوک حرارتی (500 ° C) ، R 'ALON برای سه گنبد IR مواد دیگر در شکل 8 مقایسه شده است. می توان در این جدول مقاومت پیش بینی شده در برابر شوک های حرارتی از ALON را برای شرایط شوک حرارتی "ملایم" دید که معادل با یاقوت کبود، یاقوت سرخ، و MgF2 از نظر عملکرد شوک حرارتی محاسبه شده است.
عملکرد شوک حرارتی (DOME تست)
گنبدهای پرداخت شده ممکن است دارای آسیب در سطح و یا حاوی معایب داخلی باشند که با روش های طبیعی بازرسی نوری قابل مشاهده یا قابل تشخیص نیست. این آسیب می تواند تا حد زیادی قدرت گنبد و قابلیت اطمینان پیش بینی شده را که بر اساس تجزیه و تحلیل آماری وایبول ازمایش شده است را کاهش دهد. تست قابلیت اطمینان از قطعات نوری به پایان رسیده مانند گنبد یک عملیات مهم برای غربالگری اجزای ضعیف است. مطلوب است که این روش یک روش غیر مخرب ربای گنبدهای صفحه ای برای چنین نقص باشد و همچنین یک آستانه ارائه شود که اطمینان بخشد که تنها گنبد ساختاری قوی برای سطح موشک استفاده می شود. این آزمون باید جزء را ضعیف نماید. چندین روش پیشنهاد شده است که ارائه دهنده استرس القایی غیر غیرمخرب حرارتی یا مکانیکی است: لامپ کوارتز، لیزر حرارت، فشار هیدرولیک و اطفا مایع پیشنهاد شده است و یا به عنوان روش های مناسب برای تست اثبات گنبد ارزیابی شده است.
خواص نوری
هدف از این تجزیه و تحلیل، تعیین کمیت خواص انتشار ALON و مقایسه این مقادیر با دو مقدار دیگر مواد گنبد MWIRاست. این مهم است زیرا یک گنبد در پرواز به طور ایرودینامیک گرم می شود و شروع به نشر تابش برای آشکارساز پشت گنبد می نماید.
چند ویژگی نوری از ویژگی های ALON در JHAPL، Laurel، MD اندازه گیری و تجزیه و تحلیل شد. (19) داده ها مورد بررسی قرار گرفت و توسط راه حل اپتیک ، دیتون، اوهایو به شکل نهایی کاهش یافت. (20) خلاصه ای از داده ها در این مقاله ارائه خواهد شد و شرح کامل تری از روش های اندازه گیری و نتایج را می توان از مرجع 21 به دست آورد.
خلاصه
خواص ترمو فیزیکی و نوری کامل از ALON برای گریدهای مختلف از مواد تولید شده با استفاده از فرآیندهای تولید در مقیاس کامل تست شده است. اطلاعات کامل برای طراحی قطعات نوری بحرانی ترکیب ALON داده شده است، از جمله مدول وایبل و ارزش های مقاومت مشخصه. قطعی سنگ زنی و پرداخت از ALON در مقادیر مقاومت های مشخصه است که از 160٪ بزرگتر از که قبلا در دمای بالا (500C) و بیش از 180٪برای نمونه ها در دمای اتاق بیشتر شده است. از طریق استفاده اختصاصی از فرآیندهای در پایان Surmet، قابلیت اطمینان ALONاز گزارش های قبلی نیز به طور قابل توجهی افزایش یافته است. انتظار می رود این تکنیک های تکمیلی توسعه یافته برای ALONنیز برای بهبود قدرت و افزایش قابلیت اطمینان از دیگر سرامیک چندبلوری سخت و تنها کریستال مواد MWIRهای پنجره مانند MgAl2O4یاقوت سرخ و یاقوت کبود مفید باشد.
مشخص شده است مواد ALON با پراکندگی پایین (LS) که دارای بهترین ترکیب از خواص مکانیکی و نوری برای استفاده در محیط های شدید هستند. برای کاربردهای شوک حرارتی، ALON قابل مقایسه با یاقوت کبود است، در حالی که بر MgF2و Spinelبرتری دارد. با توجه به هزینه پایین تر آن برای مواد خام و ساخت، به جای یاقوت کبود در بسیاری از برنامه های کاربردی به کار گرفته خواهد شد.
این مقاله در سال 2005 در نشریه spiedigitallibrary و در مجله فن آوری ها و مصالح پنجره و گنبد نهم، توسط ایالات متحده آمریکا منتشر شده و در سایت ای ترجمه جهت دانلود ارائه شده است. در صورت نیاز به دانلود رایگان اصل مقاله انگلیسی و ترجمه آن می توانید به پست دانلود ترجمه مقاله سرامیک نوری ALON در سایت ای ترجمه مراجعه نمایید.
