Przezroczysta ceramika - Transparent ceramics
Wiele materiałów ceramicznych , zarówno szklistych, jak i krystalicznych, znalazło zastosowanie jako materiały optycznie przezroczyste w różnych formach, od masowych komponentów w stanie stałym do form o dużej powierzchni, takich jak cienkie warstwy, powłoki i włókna. Takie urządzenia znalazły szerokie zastosowanie w różnych zastosowaniach w dziedzinie elektrooptycznej, w tym: światłowody do kierowanej transmisji fal świetlnych, przełączniki optyczne , wzmacniacze laserowe i soczewki , elementy główne do laserów na ciele stałym i materiały okien optycznych do laserów gazowych oraz podczerwień (IR ) urządzenia do wykrywania ciepła w systemach naprowadzania pocisków i noktowizorze w podczerwieni .
Zaletą ceramiki monokrystalicznych może być w znacznym stopniu wolne od defektów (zwłaszcza w skali przestrzennego światła padającego fali), optyczne przezroczystość w polikrystalicznych materiałów jest ograniczona przez ilość światła rozproszonego jest ich mikrostrukturalnych cech. Dlatego wielkość rozpraszania światła zależy od długości fali padającego promieniowania lub światła.
Na przykład, ponieważ światło widzialne ma skalę długości fal rzędu setek nanometrów , centra rozpraszania będą miały wymiary w podobnej skali przestrzennej. Większość materiałów ceramicznych, takich jak tlenek glinu i jego związki, powstaje z drobnych proszków, dając drobnoziarnistą mikrostrukturę polikrystaliczną wypełnioną centrami rozpraszania porównywalnymi z długością fali światła widzialnego . W związku z tym są one generalnie nieprzezroczyste w przeciwieństwie do materiałów przezroczystych . Najnowsza technologia nanoskalowa umożliwiła jednak produkcję (poli) krystalicznej przezroczystej ceramiki, takiej jak tlenek glinu Al 2 O 3 , granat z tlenku glinu (YAG) i Nd: YAG z domieszką neodymu .
Wprowadzenie
Przezroczysta ceramika zyskała ostatnio duże zainteresowanie i rozgłos. Podstawowe zastosowania obejmują lasery i narzędzia tnące, przezroczyste okna pancerza, noktowizory (NVD) i stożki dziobowe do pocisków wykrywających ciepło. Obecnie dostępne materiały przezroczyste dla podczerwieni (IR) zazwyczaj wykazują kompromis między wydajnością optyczną a wytrzymałością mechaniczną. Na przykład szafir (krystaliczny tlenek glinu) jest bardzo mocny, ale brakuje mu pełnej przezroczystości w zakresie 3–5 mikrometrów w zakresie średniej podczerwieni. Yttria jest w pełni przezroczysta w zakresie od 3 do 5 mikrometrów, ale brakuje jej wystarczającej wytrzymałości, twardości i odporności na szok termiczny do wysokowydajnych zastosowań lotniczych. Nic dziwnego, że połączenie tych dwóch materiałów w postaci granatu z tlenku itru i tlenku glinu ( YAG ) okazało się jednym z najlepszych w tej dziedzinie.
W 1961 roku General Electric zaczął sprzedawać przezroczyste żarówki Lucalox z tlenku glinu. W 1966 roku firma GE ogłosiła ceramikę „przezroczystą jak szkło” o nazwie Yttralox. W 2004 roku Anatoly Rosenflanz i współpracownicy z 3M zastosowali technikę „rozpylania płomieniowego” w celu stopienia tlenku glinu (lub tlenku glinu) z tlenkami metali ziem rzadkich w celu wytworzenia ceramiki szklanej o wysokiej wytrzymałości i dobrych właściwościach optycznych. Sposób pozwala uniknąć wielu problemów napotykanych przy konwencjonalnym formowaniu szkła i może być rozciągliwy na inne tlenki. Cel ten został łatwo osiągnięty i obszernie zademonstrowany w laboratoriach i placówkach badawczych na całym świecie przy użyciu nowych metod przetwarzania chemicznego obejmujących metody chemii zol-żel i nanotechnologii .
Wiele materiałów ceramicznych, zarówno szklistych, jak i krystalicznych, znalazło zastosowanie jako gospodarze dla laserów na ciele stałym i jako materiały optyczne do laserów gazowych. Pierwszy działający laser został wykonany przez Theodore'a H. Maimana w 1960 roku w Hughes Research Laboratories w Malibu, który miał przewagę nad innymi zespołami badawczymi kierowanymi przez Charlesa H.Townesa z Columbia University , Arthura Schawlowa z Bell Labs i Goulda z TRG (Technical Grupa poszukiwawcza). Maiman użył syntetycznego rubinu pompowanego światłem stałym do wytworzenia czerwonego światła laserowego o długości fali 694 nanometrów (nm). Nadal w użyciu są syntetyczne lasery rubinowe. Zarówno szafiry, jak i rubiny to korund , krystaliczna postać tlenku glinu (Al2O3).
Kryształy
Lasery rubinowe składają się z prętów z monokrystalicznego szafiru z tlenku glinu (Al 2 O 3 ) domieszkowanych niewielką zawartością chromu Cr, zwykle w zakresie 0,05%. Powierzchnie czołowe są mocno wypolerowane i mają płaską i równoległą konfigurację. YAG domieszkowany neodymem (Nd: YAG) okazał się jednym z najlepszych materiałów laserowych na ciele stałym. Jego niezaprzeczalna dominacja w szerokiej gamie zastosowań laserów jest zdeterminowana przez połączenie przekroju poprzecznego o wysokiej emisji z długą żywotnością emisji spontanicznej, wysokim progiem uszkodzenia, wytrzymałością mechaniczną, przewodnością cieplną i niewielkimi zniekształceniami wiązki termicznej. Fakt, że wzrost kryształu Czochralskiego Nd: YAG jest dojrzałą, wysoce powtarzalną i stosunkowo prostą procedurą technologiczną, znacząco podnosi wartość materiału.
Lasery Nd: YAG są używane w produkcji do grawerowania, wytrawiania lub znakowania różnych metali i tworzyw sztucznych. Są szeroko stosowane w produkcji do cięcia i spawania stali oraz różnych stopów. W zastosowaniach motoryzacyjnych (cięcie i spawanie stali) poziomy mocy wynoszą zwykle 1–5 kW. Ponadto lasery Nd: YAG są stosowane w okulistyce do korygowania zmętnienia tylnej części torebki , stanu, który może wystąpić po operacji zaćmy oraz do irydotomii obwodowej u pacjentów z ostrą jaskrą z zamkniętym kątem przesączania , gdzie zastąpiła irydektomię chirurgiczną . Lasery Nd: YAG o podwójnej częstotliwości (długość fali 532 nm) są stosowane do fotokoagulacji pan-siatkówkowej u pacjentów z retinopatią cukrzycową . W onkologii lasery Nd: YAG można stosować do usuwania raka skóry . Lasery te są również szeroko stosowane w medycynie kosmetycznej do depilacji laserowej i leczenia drobnych wad naczyniowych , takich jak pajączki na twarzy i nogach. Ostatnio stosowany do preparowania cellulitu, rzadkiej choroby skóry zwykle występującej na skórze głowy. Wykorzystując histeroskopię w dziedzinie ginekologii, laser Nd: YAG został wykorzystany do usunięcia przegrody macicy wewnątrz macicy. W stomatologii lasery Nd: YAG są wykorzystywane do operacji tkanek miękkich w jamie ustnej .
Okulary
Okulary (ceramika niekrystaliczna) są również szeroko stosowane jako materiały macierzyste do laserów. W porównaniu do laserów krystalicznych oferują lepszą elastyczność pod względem wielkości i kształtu i mogą być łatwo wytwarzane jako duże, jednorodne, izotropowe ciała stałe o doskonałych właściwościach optycznych. Współczynniki refrakcji szklanych hostów laserowych mogą zmieniać się w zakresie od około 1,5 do 2,0, a zarówno współczynnik temperaturowy n, jak i współczynnik odkształcenia optycznego można dostosować, zmieniając skład chemiczny. Szkła mają niższą przewodność cieplną niż tlenek glinu lub YAG, co jednak nakłada ograniczenia na ich stosowanie w zastosowaniach ciągłych i z dużą powtarzalnością.
Główne różnice między zachowaniem się materiałów szklanych i ceramicznych z krystalicznych materiałów macierzystych lasera są związane z większą zmiennością lokalnego środowiska jonów laserowych w amorficznych ciałach stałych. Prowadzi to do poszerzenia poziomu fluorescencji w okularach. Na przykład szerokość emisji Nd 3+ w YAG wynosi ~ 10 angstremów w porównaniu do ~ 300 angstremów w typowych szkłach tlenkowych. Poszerzone linie fluorescencyjne w okularach utrudniają uzyskanie pracy lasera z falą ciągłą (CW) w porównaniu z tymi samymi jonami laserowymi w krystalicznych stałych laserach macierzystych.
W przezroczystej zbroi stosuje się kilka szkieł, takich jak zwykłe szkło płaskie (sodowo-wapniowo-krzemionkowe), szkło borokrzemianowe i topiona krzemionka. Szkło płaskie jest najczęściej używanym szkłem ze względu na niski koszt. Jednak większe wymagania dotyczące właściwości optycznych i parametrów balistycznych spowodowały konieczność opracowania nowych materiałów. Obróbka chemiczna lub termiczna może zwiększyć wytrzymałość szkieł, a kontrolowana krystalizacja niektórych kompozycji szkła może wytworzyć ceramikę szklaną o optycznej jakości. Alstom Grid Ltd. obecnie produkuje ceramikę szklaną na bazie dwukrzemianu litu, znaną jako TransArm, do stosowania w przezroczystych systemach opancerzenia. Ma całą urabialność szkła amorficznego, ale po rekrystalizacji wykazuje właściwości zbliżone do ceramiki krystalicznej. Vycor to w 96% topione szkło krzemionkowe, które jest krystalicznie czyste, lekkie i wytrzymałe. Zaletą tego typu materiałów jest to, że można je wytwarzać w dużych arkuszach i innych zakrzywionych kształtach.
Nanomateriały
Niedawno wykazano, że elementy laserowe (wzmacniacze, przełączniki, hosty jonowe itp.) Wykonane z drobnoziarnistych nanomateriałów ceramicznych - wytwarzanych przez spiekanie w niskiej temperaturze nanocząstek i proszków o wysokiej czystości - można wytwarzać stosunkowo niskim kosztem. Składniki te są wolne od naprężeń wewnętrznych lub wewnętrznej dwójłomności i pozwalają na stosunkowo duże poziomy domieszkowania lub zoptymalizowane profile domieszkowania zaprojektowane na zamówienie. Podkreśla to zastosowanie nanomateriałów ceramicznych jako szczególnie ważnych dla wysokoenergetycznych elementów i zastosowań laserowych.
Pierwotne centra rozpraszania w nanomateriałach polikrystalicznych - wykonanych ze spiekania nanocząstek i proszków o wysokiej czystości - obejmują wady mikrostrukturalne, takie jak szczątkowa porowatość i granice ziaren (patrz Materiały przezroczyste ). Zatem nieprzezroczystość częściowo wynika z niespójnego rozpraszania światła na wewnętrznych powierzchniach i interfejsach . Oprócz porowatości większość granic międzyfazowych lub powierzchni wewnętrznych w ceramicznych nanomateriałach ma postać granic ziaren, które oddzielają obszary nanoskali o porządku krystalicznym . Ponadto, gdy rozmiar centrum rozpraszania (lub granicy ziaren) jest zmniejszony znacznie poniżej rozmiaru długości fali rozpraszanego światła, rozpraszanie światła nie występuje już w znaczącym stopniu.
Przy przetwarzaniu wysokowydajnych nanomateriałów ceramicznych o doskonałych właściwościach opto-mechanicznych w niekorzystnych warunkach, wielkość ziaren krystalicznych zależy w dużej mierze od wielkości cząstek krystalicznych obecnych w surowcu podczas syntezy lub formowania przedmiotu. Zatem zmniejszenie pierwotnej wielkości cząstek znacznie poniżej długości fali światła widzialnego (~ 0,5 μm lub 500 nm) eliminuje większość rozpraszania światła, co skutkuje półprzezroczystym lub nawet przezroczystym materiałem .
Ponadto wyniki wskazują, że mikroskopijne pory w spiekanych nanomateriałach ceramicznych, głównie uwięzione na połączeniach ziaren mikrokrystalicznych, powodują rozpraszanie światła i uniemożliwiają prawdziwą przezroczystość. Zaobserwowano, że całkowity udział objętościowy tych nanoskalowych porów (zarówno porowatości międzykrystalicznej, jak i wewnątrzgranularnej) musi być mniejszy niż 1% dla wysokiej jakości transmisji optycznej, tj. Gęstość musi wynosić 99,99% teoretycznej gęstości krystalicznej.
Lasery
Nd: YAG
Na przykład laser Nd: YAG o mocy 1,46 kW został zademonstrowany przez firmę Konoshima Chemical Co. w Japonii. Ponadto naukowcy z Livermore zdali sobie sprawę, że te drobnoziarniste nanomateriały ceramiczne mogą przynieść ogromne korzyści lasom o dużej mocy wykorzystywanym w Dyrekcji Programów National Ignition Facility (NIF). W szczególności zespół badawczy Livermore zaczął nabywać zaawansowane przezroczyste nanomateriały z firmy Konoshima, aby określić, czy mogą one spełnić wymagania optyczne wymagane dla lasera o stałej pojemności cieplnej (SSHCL) firmy Livermore. Naukowcy z Livermore testowali również zastosowania tych materiałów do zastosowań, takich jak zaawansowane sterowniki do elektrowni termojądrowych napędzanych laserem.
Przy wsparciu kilku pracowników z NIF zespół Livermore wytworzył próbki przezroczystego Nd: YAG o średnicy 15 mm z nanocząstek i proszków oraz określił najważniejsze parametry wpływające na ich jakość. W tych obiektach zespół w dużej mierze przestrzegał japońskich metod produkcji i przetwarzania oraz używał własnego pieca do spiekania próżniowego nanoproszków. Wszystkie próbki wysłano następnie do prasowania izostatycznego na gorąco (HIP). Na koniec komponenty zostały zwrócone do Livermore w celu pokrycia i przetestowania, a wyniki wskazują na wyjątkową jakość optyczną i właściwości.
Jedno konsorcjum japońsko-wschodnioindyjskie skupiło się w szczególności na spektroskopowej i stymulowanej charakterystyce emisji Nd 3+ w przezroczystych nanomateriałach YAG do zastosowań laserowych. Ich materiały zsyntetyzowano przy użyciu technik spiekania próżniowego. Badania spektroskopowe sugerują ogólną poprawę absorpcji i emisji oraz zmniejszenie strat rozpraszania. Obserwacje ze skaningowego mikroskopu elektronowego i transmisyjnego mikroskopu elektronowego wykazały doskonałą jakość optyczną przy małej objętości porów i wąskiej szerokości granic ziaren. Pomiary fluorescencji i Ramana pokazują, że nanomateriał YAG domieszkowany Nd 3+ jest porównywalny pod względem jakości do swojego monokrystalicznego odpowiednika zarówno pod względem właściwości radiacyjnych, jak i niepromienistych. Poszczególne poziomy Starka są uzyskiwane z widm absorpcji i fluorescencji i są analizowane w celu zidentyfikowania stymulowanych kanałów emisji możliwych w materiale. Badania wydajności lasera faworyzują stosowanie wysokiej koncentracji domieszek w projektowaniu wydajnego lasera mikroczipowego. Przy 4% domieszce grupa uzyskała wydajność nachylenia 40%. Eksperymenty z laserem o dużej mocy dały wydajność konwersji optyczno-optycznej na poziomie 30% dla nanomateriału Nd (0,6 at%) YAG w porównaniu z 34% dla pojedynczego kryształu Nd (0,6 at%) YAG. Pomiary wzmocnienia optycznego przeprowadzone w tych materiałach również pokazują wartości porównywalne z pojedynczymi kryształami, co potwierdza tezę, że materiały te mogą być odpowiednimi substytutami monokryształów w zastosowaniach laserowych na ciele stałym.
Yttria, Y 2 O 3
Pierwsze prace nad opracowaniem przezroczystych nanomateriałów z tlenku itru zostały przeprowadzone przez General Electric w latach sześćdziesiątych XX wieku.
W 1966 roku dr Richard C. Anderson w General Electric Research Laboratory wynalazł przezroczystą ceramikę, Yttralox , a następnie pracowała w Laboratorium Metalurgii i Ceramiki GE pod kierunkiem dr. Paul J. Jorgensen, Joseph H. Rosolowski i Douglas St. Pierre. Yttralox jest „przezroczysty jak szkło”, ma dwukrotnie wyższą temperaturę topnienia i przenosi częstotliwości w paśmie bliskiej podczerwieni oraz światło widzialne.
Dalszy rozwój nanomateriałów ceramicznych itru został przeprowadzony przez General Electric w latach 70. XX wieku w Schenectady i Cleveland, motywowany oświetleniem i ceramicznymi zastosowaniami laserowymi. Yttralox, przezroczysty tlenek itru Y 2 O 3 zawierający ~ 10% tlenku toru (ThO 2 ) został wyprodukowany przez firmę Greskovich and Woods. Dodatek służył do kontrolowania wzrostu ziarna podczas zagęszczania, tak aby porowatość pozostawała na granicach ziaren i nie była uwięziona wewnątrz ziaren, gdzie byłaby dość trudna do wyeliminowania na początkowych etapach spiekania. Zwykle, gdy ceramika polikrystaliczna zagęszcza się podczas obróbki cieplnej, ziarno rośnie, a pozostała porowatość zmniejsza się zarówno pod względem objętości, jak i rozmiaru. Optycznie przezroczysta ceramika musi być praktycznie pozbawiona porów.
Po przezroczystym Yttraloxie firmy GE pojawił się tlenek itru z domieszką lantany GTE o podobnym poziomie dodatku. Oba te materiały wymagały wydłużonych czasów wypalania w temperaturach powyżej 2000 ° C. La 2 O 3 - domieszkowany Y 2 O 3 jest interesujący w zastosowaniach w podczerwieni (IR), ponieważ jest jednym z tlenków przepuszczających fale o najdłuższej długości. Jest ogniotrwały o temperaturze topnienia 2430 ° C i umiarkowanym współczynniku rozszerzalności cieplnej. Szok termiczny i odporność na erozję uważa się za pośrednie wśród tlenków, ale wyróżnia się w porównaniu z nietlenkowymi materiałami przepuszczającymi promieniowanie podczerwone. Główną kwestią jest niska emisyjność itru, która ogranicza promieniowanie tła podczas ogrzewania. Wiadomo również, że krawędź fononu stopniowo przesuwa się do krótszych długości fal, gdy materiał się nagrzewa.
Ponadto sama ytrria, Y 2 O 3 , została wyraźnie zidentyfikowana jako potencjalny materiał laserowy na ciele stałym . W szczególności, lasery z iterbu jako domieszki umożliwić sprawne działanie zarówno cw pracy oraz pulsowanymi reżimów.
Przy dużym stężeniu wzbudzeń (rzędu 1%) i słabym chłodzeniu następuje wygaszanie emisji przy częstotliwości lasera i lawinowa emisja szerokopasmowa.
Przyszłość
Zespół Livermore bada również nowe sposoby chemicznej syntezy początkowych nanoproszków. Korzystając z wiedzy zdobytej w CMS w ciągu ostatnich 5 lat, zespół syntetyzuje nanoproszki w oparciu o przetwarzanie zol-żel, a następnie odpowiednio je spieka w celu uzyskania elementów lasera na ciele stałym. Inna testowana technika wykorzystuje proces spalania w celu wytworzenia proszków poprzez spalanie organicznej substancji stałej zawierającej itr, aluminium i neodym. Następnie zbierany jest dym, który składa się z kulistych nanocząstek.
Zespół Livermore bada również nowe techniki formowania (np. Wytłaczanie), które mogą tworzyć bardziej różnorodne i być może bardziej skomplikowane kształty. Należą do nich osłony i rury poprawiające połączenie z lampą pompy i bardziej wydajne przenoszenie ciepła. Ponadto różne materiały można współwytłaczać, a następnie spiekać w monolityczne przezroczyste ciało stałe. Płyta wzmacniacza może być utworzona w taki sposób, że część struktury działa w kierowanej transmisji fal świetlnych w celu skupienia światła pompowanego z diod laserowych w obszarach o wysokim stężeniu jonów domieszkujących w pobliżu środka płyty.
Ogólnie rzecz biorąc, nanomateriały mogą znacznie rozszerzyć dostępność niedrogich, wysokiej klasy komponentów laserowych o znacznie większych rozmiarach, niż byłoby to możliwe w przypadku tradycyjnej ceramiki monokrystalicznej. Wiele klas projektów laserowych mogłoby skorzystać na strukturach laserowych opartych na nanomateriałach, takich jak wzmacniacze z wbudowanymi okładzinami krawędzi. Nanomateriały mogą również zapewnić bardziej niezawodne i kompaktowe projekty dla władzy wysokiej szczytowej, fuzja klasy laserów dla zapasami gospodarowania, a także lasery wysokiej średniej mocy dla systemów obronnych globalny teatralnych pocisków ICBM (np Strategic Defense Initiative SDI lub więcej ostatnio Agencja Obrony Przeciwrakietowej .
Nocna wizja
Noktowizor (NVD) to przyrząd optyczny , który umożliwia rejestrowanie obrazów być produkowane w poziomach światła zbliżającego całkowitej ciemności. Najczęściej są używane przez wojsko i organy ścigania , ale są dostępne dla użytkowników cywilnych . Noktowizory zostały po raz pierwszy użyte podczas II wojny światowej, a weszły do powszechnego użytku podczas wojny w Wietnamie . Technologia ta znacznie się rozwinęła od czasu ich wprowadzenia, doprowadzając do powstania kilku „generacji” sprzętu noktowizyjnego, w których wydajność wzrosła, a cena spadła. United States Air Force eksperymentuje z panoramicznym Night Vision Goggles (PNVGs), które podwoić użytkownika pole widzenia około 95 stopni za pomocą czterech 16 mm obraz wzmacniaczy rurki, zamiast bardziej standardowych dwóch rur 18 mm.
Obrazy termiczne to wizualne zobrazowanie ilości energii podczerwonej (IR) emitowanej, transmitowanej i odbijanej przez obiekt. Ponieważ istnieje wiele źródeł energii podczerwonej, trudno jest uzyskać dokładną temperaturę obiektu przy użyciu tej metody. Kamera termowizyjna jest zdolna do wykonywania algorytmów do interpretacji tych danych i tworzenia obrazu. Chociaż obraz pokazuje widzowi przybliżoną temperaturę, w której działa obiekt, kamera korzysta z wielu źródeł danych w oparciu o obszary otaczające obiekt, aby określić tę wartość, zamiast wykrywania temperatury.
Urządzenia noktowizyjne na podczerwień wykonują obrazy w bliskiej podczerwieni, tuż poza widmem widzialnym, i mogą widzieć emitowane lub odbijane bliskiej podczerwieni w całkowitej ciemności widzenia. Wszystkie obiekty powyżej temperatury zera absolutnego (0 K ) emitują promieniowanie podczerwone . Dlatego doskonałym sposobem pomiaru zmian temperatury jest użycie urządzenia do widzenia w podczerwieni , zwykle kamery termowizyjnej z matrycą ogniskową (FPA), zdolnej do wykrywania promieniowania w średniej (3 do 5 μm) i długiej (7 do 14 μm) fali podczerwieni. pasma, oznaczone jako MWIR i LWIR, odpowiadające dwóm z okien podczerwieni o wysokiej przepuszczalności . Nieprawidłowe profile temperatur na powierzchni obiektu wskazują na potencjalny problem. Termografia w podczerwieni , obrazowanie termiczne i wideo termiczne to przykłady nauki o obrazowaniu w podczerwieni . Kamery termowizyjne wykrywają promieniowanie w zakresie podczerwieni widma elektromagnetycznego (około 900–14 000 nanometrów lub 0,9–14 μm ) i wytwarzają obrazy tego promieniowania, zwane termogramami .
Ponieważ promieniowanie podczerwone jest emitowane przez wszystkie obiekty w pobliżu temperatury pokojowej , zgodnie z prawem promieniowania ciała doskonale czarnego , termografia umożliwia oglądanie otoczenia przy oświetleniu widzialnym lub bez niego . Ilość promieniowania emitowanego przez obiekt rośnie wraz z temperaturą. Dlatego termografia pozwala zobaczyć zmiany temperatury. Oglądane przez kamerę termowizyjną ciepłe obiekty dobrze wyróżniają się na chłodnym tle; ludzie i inne zwierzęta stałocieplne stają się łatwo widoczni w otoczeniu, w dzień iw nocy. W rezultacie termografia jest szczególnie przydatna dla wojska i służb bezpieczeństwa .
Termografia
W obrazowaniu termograficznym promieniowanie podczerwone o długości fal od 8 do 13 mikrometrów uderza w materiał detektora, nagrzewając go, a tym samym zmieniając jego rezystancję elektryczną. Ta zmiana rezystancji jest mierzona i przetwarzana na temperatury, które można wykorzystać do stworzenia obrazu. W przeciwieństwie do innych typów urządzeń do wykrywania podczerwieni, mikrobolometry wykorzystujące przezroczysty detektor ceramiczny nie wymagają chłodzenia. Zatem mikrobolometr jest zasadniczo niechłodzonym czujnikiem termicznym.
Materiał użyty w detektorze musi wykazywać duże zmiany rezystancji w wyniku niewielkich zmian temperatury. W miarę nagrzewania się materiału, na skutek napływającego promieniowania podczerwonego, opór materiału maleje. Jest to związane ze współczynnikiem temperaturowym rezystancji materiału (TCR), a konkretnie z jego ujemnym współczynnikiem temperaturowym . Przemysł produkuje obecnie mikrobolometry, które zawierają materiały o TCR bliskich -2%.
VO 2 i V 2 O 5
Najczęściej stosowanym materiałem ceramicznym w mikrobolometrach promieniowania IR jest tlenek wanadu. Różne krystaliczne postacie tlenku wanadu obejmują zarówno VO 2, jak i V 2 O 5 . Osadzanie w wysokich temperaturach i przeprowadzanie wyżarzania wtórnego pozwala na wytwarzanie cienkich warstw tych krystalicznych związków o doskonałych właściwościach, które można łatwo zintegrować z procesem wytwarzania. VO 2 ma niską rezystancję, ale podlega przemianie fazowej metalowego izolatora w pobliżu 67 ° C, a także ma niższą wartość TCR. Z drugiej strony V 2 O 5 wykazuje wysoką odporność, a także wysoki TCR.
Inne badane przezroczyste materiały ceramiczne IR obejmują domieszkowane formy CuO, MnO i SiO.
Pociski
| AIM-9 Sidewinder | |
|---|---|
 | |
| Miejsce pochodzenia | Stany Zjednoczone |
Wiele nanomateriałów ceramicznych, które są interesujące dla przezroczystych rozwiązań opancerzenia, jest również stosowanych w oknach elektromagnetycznych (EM). Zastosowania te obejmują kopułki radiolokacyjne, kopułki IR, ochronę czujników i okna multispektralne. Właściwości optyczne materiałów używanych do tych zastosowań są krytyczne, ponieważ okno transmisji i powiązane z nim wartości odcięcia (UV - IR) kontrolują szerokość pasma widmowego, w którym działa okno. Materiały te muszą nie tylko charakteryzować się odpornością na ścieranie i właściwościami wytrzymałościowymi, które są typowe dla większości zastosowań opancerzenia, ale ze względu na ekstremalne temperatury występujące w środowisku wojskowych samolotów i pocisków, muszą również charakteryzować się doskonałą stabilnością termiczną.
Promieniowanie cieplne to promieniowanie elektromagnetyczne emitowane z powierzchni przedmiotu, które jest spowodowane temperaturą obiektu . Naprowadzanie w podczerwieni odnosi się do pasywnego systemu naprowadzania pocisku, który wykorzystuje do śledzenia celu emisję promieniowania elektromagnetycznego w podczerwonej części widma. Pociski wykorzystujące poszukiwanie podczerwieni są często nazywane „poszukiwaczami ciepła”, ponieważ podczerwień znajduje się tuż poniżej widzialnego widma światła pod względem częstotliwości i jest silnie wypromieniowywana przez gorące ciała. Wiele obiektów, takich jak ludzie, silniki pojazdów i samoloty, generuje i zatrzymuje ciepło i jako takie są szczególnie widoczne w podczerwieni w porównaniu z obiektami w tle.
Szafir
Obecnie wybieranym materiałem do szybkich kopuł pocisków kierowanych na podczerwień jest monokrystaliczny szafir . Transmisja optyczna szafiru nie obejmuje całego zakresu średniej podczerwieni (3–5 μm), ale zaczyna spadać przy długościach fal większych niż około 4,5 μm w temperaturze pokojowej. Podczas gdy wytrzymałość szafiru jest lepsza niż innych dostępnych materiałów kopułkowych na podczerwień średniego zasięgu w temperaturze pokojowej, słabnie powyżej ~ 600 ° C.
Ograniczenia dotyczące szafirów o większej powierzchni są często związane z biznesem, ponieważ większe piece indukcyjne i kosztowne matryce narzędziowe są konieczne, aby przekroczyć obecne limity produkcyjne. Jednak jako branża producenci szafiru pozostali konkurencyjni w obliczu hartowanego powłokowo szkła i nowych nanomateriałów ceramicznych i nadal byli w stanie zaoferować wysoką wydajność i rozszerzony rynek.
Yttria, Y 2 O 3
Alternatywne materiały, takie jak tlenek itru , oferują lepsze parametry optyczne, ale gorszą wytrzymałość mechaniczną. Przyszłe szybkie pociski kierowane na podczerwień będą wymagały nowych kopuł, które będą znacznie trwalsze niż obecnie używane, a jednocześnie zachowają maksymalną przezroczystość w szerokim zakresie długości fal. Od dawna istnieje kompromis między pasmem optycznym a wytrzymałością mechaniczną w ramach aktualnej kolekcji jednofazowych materiałów przepuszczających podczerwień, co zmusza projektantów pocisków do kompromisów w zakresie wydajności systemu. Optyczne nanokompozyty mogą stanowić okazję do zaprojektowania nowych materiałów, które przezwyciężą ten tradycyjny kompromis.
Pierwsze pełnowymiarowe kopuły rakietowe z przezroczystego tlenku itru wytwarzane z proszków ceramicznych w skali nano zostały opracowane w latach 80. XX wieku w ramach finansowania marynarki wojennej. Raytheon udoskonalił i scharakteryzował swoją polikrystaliczną itrię domieszkowaną bez domieszki, podczas gdy tlenek itru z domieszką lantany został opracowany w podobny sposób przez GTE Labs. Obie wersje miały porównywalną przepuszczalność IR, odporność na pękanie i rozszerzalność cieplną, podczas gdy wersja bez pokrycia wykazywała dwukrotnie wyższą wartość przewodności cieplnej.
Ponowne zainteresowanie oknami i kopułami z tlenku itru skłoniło do podjęcia wysiłków w celu poprawy właściwości mechanicznych poprzez zastosowanie materiałów w nanoskali z submikrometrami lub ziarnami w nanometrach. W jednym badaniu wybrano trzech dostawców, którzy dostarczali proszki w nanoskali do testowania i oceny, i porównano ich z konwencjonalnym (5 μm) proszkiem itru, używanym wcześniej do przygotowania przezroczystej tlenku itru. Podczas gdy wszystkie oceniane nanoproszki miały poziomy zanieczyszczeń, które były zbyt wysokie, aby umożliwić przetwarzanie do pełnej przezroczystości, 2 z nich zostały przetworzone do teoretycznej gęstości i umiarkowanej przezroczystości. Próbki spiekano do stanu zamkniętych porów w temperaturze nawet 1400 ° C.
Po stosunkowo krótkim okresie spiekania element jest umieszczany w gorącej prasie izostatycznej (HIP) i poddawany obróbce przez 3 - 10 godzin przy ~ 30 kpsi (~ 200 MPa) w temperaturze podobnej do temperatury początkowej spiekania. Zastosowane ciśnienie izostatyczne zapewnia dodatkową siłę napędową do zagęszczania poprzez znaczne zwiększenie współczynników dyfuzji atomowej, co sprzyja dodatkowemu przepływowi lepkości na lub w pobliżu granic ziaren i porów międzykrystalicznych. Metodą tą wytworzono przezroczyste nanomateriały z tlenku itru w niższych temperaturach, krótszych całkowitych czasach wypalania i bez dodatkowych dodatków, które mają tendencję do obniżania przewodności cieplnej.
Niedawno firma Mouzon opracowała nowszą metodę, która opiera się na metodach hermetyzacji szkła połączonej ze spiekaniem próżniowym w 1600 ° C, a następnie prasowaniem izostatycznym na gorąco (HIP) w 1500 ° C wysoce zbrylonego komercyjnego proszku. Zastosowanie próżniowych szklanych kapsułek do obróbki HIP umożliwiło spiekanie próbek, które po spiekaniu próżniowym wykazywały otwartą porowatość, do uzyskania przezroczystości. Reakcję spiekania badanego proszku zbadano poprzez dokładne obserwacje mikrostrukturalne z wykorzystaniem skaningowej mikroskopii elektronowej i mikroskopii optycznej zarówno w odbiciu, jak i transmisji. Kluczem do tej metody jest utrzymanie porowatości międzykrystalicznej podczas spiekania wstępnego, tak aby można ją było później usunąć poprzez obróbkę HIP. Stwierdzono, że pomocne w osiągnięciu tego celu są aglomeraty gęsto upakowanych cząstek, które całkowicie zagęszczają się i pozostawiają jedynie porowatość międzykrystaliczną.
Kompozyty
Przed pracami wykonanymi w Raytheon właściwości optyczne nanokompozytowych materiałów ceramicznych nie były przedmiotem uwagi. Ich badania po raz pierwszy wyraźnie wykazały prawie teoretyczną transmisję w nanokompozytowej ceramice optycznej. Układ binarny tlenku itru / magnezu jest idealnym systemem modelowym do tworzenia nanokompozytów. W każdej z faz składowych występuje ograniczona rozpuszczalność substancji stałych, co pozwala na badanie i porównywanie szerokiego zakresu kompozycji. Zgodnie ze schematem faz, mieszaniny dwufazowe są stabilne we wszystkich temperaturach poniżej ~ 2100 ° C. Ponadto ani tlenek itru, ani tlenek magnezu nie wykazują żadnej absorpcji w 3 - 5 μm średniej części zakresu IR widma EM.
W optycznych nanokompozytach dwie lub więcej przenikających się faz jest mieszanych w w pełni gęstym ciele o wielkości ziarna poniżej mikrometra. Rozpraszanie światła podczerwonego można zminimalizować (lub nawet wyeliminować) w materiale, o ile rozmiar ziaren poszczególnych faz jest znacznie mniejszy niż długości fal podczerwonych. Dane eksperymentalne sugerują, że ograniczenie wielkości ziarna nanokompozytu do około 1/15 długości fali światła jest wystarczające, aby ograniczyć rozpraszanie.
Wytworzono nanokompozyty itru i tlenku magnezu o wielkości ziarna około 200 nm. Materiały te zapewniają dobrą przepuszczalność w zakresie 3–5 μm i siły wyższe niż w przypadku pojedynczych składników jednofazowych. Poprawa właściwości mechanicznych nanokompozytowych materiałów ceramicznych była przedmiotem intensywnych badań. Znaczący wzrost wytrzymałości (2–5 razy), udarności (1–4 razy) i odporności na pełzanie zaobserwowano w układach zawierających SiC / Al 2 O 3 , SiC / Si 3 N 4 , SiC / MgO i Al 2 O 3 / ZrO 2 .
Obserwowane mechanizmy wzmacniające różnią się w zależności od systemu materiałowego i wydaje się, że nie ma ogólnego konsensusu co do mechanizmów wzmacniania, nawet w ramach danego systemu. Na przykład w układzie SiC / Al 2 O 3 powszechnie wiadomo i akceptuje się, że dodatek cząstek SiC do matrycy Al 2 O 3 powoduje zmianę mechanizmu uszkodzenia z międzykrystalicznego (między ziarnami) na wewnątrzgranulkowy (wewnątrz ziaren). ) pęknięcie. Objaśnienia dotyczące zwiększonej wytrzymałości obejmują:
- Prosta redukcja koncentracji wad przetwórczych podczas wytwarzania nanokompozytów.
- Redukcja krytycznej wielkości wady materiału - skutkująca zwiększoną wytrzymałością, zgodnie z przewidywaniami relacji Hall-Petch)
- Odkształcenie pęknięć na cząstkach nanofazy z powodu szczątkowych naprężeń termicznych wprowadzonych podczas chłodzenia z temperatur przetwarzania.
- Mikropęknięcia wzdłuż wywołanych naprężeniem dyslokacji w materiale matrycy.
Zbroja
W sektorze wojskowym rośnie zapotrzebowanie na wytrzymałe, wytrzymałe materiały, które mogą przepuszczać światło w zakresie widzialnym (0,4–0,7 mikrometra) i średniej podczerwieni (1–5 mikrometrów) w zakresie widma. Materiały te są potrzebne do zastosowań wymagających przezroczystej zbroi. Przezroczysta zbroja to materiał lub system materiałów zaprojektowanych tak, aby były optycznie przezroczyste, a jednocześnie chroniły przed fragmentacją lub uderzeniami balistycznymi. Podstawowym wymogiem dla przezroczystego systemu opancerzenia jest nie tylko pokonanie wskazanego zagrożenia, ale także zapewnienie możliwości wielokrotnego trafienia przy zminimalizowanym zniekształceniu otaczających obszarów. Przezroczyste okienka pancerne muszą być również kompatybilne ze sprzętem noktowizyjnym. Poszukuje się nowych materiałów, które są cieńsze, lekkie i oferują lepsze właściwości balistyczne.
Istniejące przezroczyste systemy pancerza mają zwykle wiele warstw oddzielonych polimerowymi (np. Poliwęglanowymi ) warstwami pośrednimi. Polimerowa warstwa pośrednia służy do łagodzenia naprężeń wynikających z niedopasowań rozszerzalności cieplnej, a także do zatrzymywania propagacji pęknięć z ceramiki na polimer. Poliwęglan jest obecnie również używany w takich zastosowaniach, jak wizjery, osłony twarzy i gogle chroniące przed promieniowaniem laserowym. Poszukiwanie lżejszych materiałów doprowadziło również do badań innych materiałów polimerowych, takich jak przezroczyste nylony, poliuretan i akryle. Właściwości optyczne i trwałość przezroczystych tworzyw sztucznych ograniczają ich zastosowanie w zastosowaniach zbroi. Badania przeprowadzone w latach siedemdziesiątych XX wieku wykazały obiecujące zastosowanie poliuretanu jako materiału pancerza, ale jego właściwości optyczne nie były wystarczające do zastosowań w zbroi przezroczystej.
W przezroczystej zbroi wykorzystuje się kilka szkieł, takich jak zwykłe szkło płaskie (sodowo-wapniowo-krzemionkowe), szkło borokrzemianowe i topiona krzemionka . Szkło płaskie jest najczęściej stosowanym szkłem ze względu na jego niski koszt, ale większe wymagania dotyczące właściwości optycznych i właściwości balistycznych spowodowały zapotrzebowanie na nowe materiały. Obróbka chemiczna lub termiczna może zwiększyć wytrzymałość szkieł, a kontrolowana krystalizacja niektórych systemów szklanych może prowadzić do powstania przezroczystej ceramiki szklanej. Firma Alstom Grid Research & Technology (Stafford, Wielka Brytania) wyprodukowała ceramikę szklaną na bazie dwukrzemianu litu, znaną jako TransArm, do stosowania w przezroczystych systemach opancerzenia z ciągłą produkcją, w wyniku której uzyskuje się części wielkości przedniej szyby pojazdu (i większe). Nieodłączne zalety szkła i ceramiki szklanej obejmują niższy koszt niż większość innych materiałów ceramicznych, możliwość wytwarzania zakrzywionych kształtów oraz możliwość formowania w duże arkusze.
Przezroczysta ceramika krystaliczna służy do pokonywania zaawansowanych zagrożeń. Obecnie istnieją trzech głównych przezroczystych kandydatów: tlenoazotek glinu (AlON), spinel glinianu magnezu ( spinel ) i monokrystaliczny tlenek glinu ( szafir ).
Spinel tlenoazotku glinu
Spinel tlenoazotku glinu (Al 23 O 27 N 5 ), w skrócie AlON, jest jednym z wiodących kandydatów na przezroczystą zbroję. Jest produkowany przez Surmet Corporation pod nazwą handlową ALON. Wprowadzenie azotu do tlenku glinu stabilizuje krystaliczną fazę spinelową, która ze względu na sześcienną strukturę kryształu i komórkę elementarną jest materiałem izotropowym, który można wytwarzać jako przezroczysty nanomateriał ceramiczny. Tak więc drobnoziarniste nanomateriały polikrystaliczne można wytwarzać i formować w złożone geometrie przy użyciu konwencjonalnych technik formowania ceramiki, takich jak prasowanie izostatyczne na gorąco i odlewanie z gęstwy .
Korporacja Surmet przejęła dział ALON firmy Raytheon i obecnie buduje rynek dla tej technologii w obszarze przezroczystego pancerza, okien sensorowych, okien rozpoznawczych i optyki IR, takiej jak soczewki i kopuły oraz jako alternatywa dla kwarcu i szafiru na rynku półprzewodników. Przezroczysta zbroja oparta na AlON została przetestowana pod kątem skutecznego powstrzymywania zagrożeń wielokrotnych trafień, w tym 30 pocisków calAPM2 i 50 calAPM2. Wysoka twardość AlON zapewnia odporność na zarysowania przewyższającą nawet najtrwalsze powłoki okien skanerów szklanych, np. Stosowane w supermarketach. Firma Surmet z powodzeniem wyprodukowała zakrzywione okno AlON o wymiarach 15 "x18" i obecnie próbuje zwiększyć skalę tej technologii i obniżyć koszty. Ponadto zarówno armia amerykańska, jak i siły powietrzne USA szukają możliwości rozwoju aplikacji nowej generacji.
Spinel
Spinel glinianu magnezu (MgAl 2 O 4 ) to przezroczysta ceramika o sześciennej strukturze krystalicznej o doskonałej transmisji optycznej od 0,2 do 5,5 mikrometra w postaci polikrystalicznej. Przezroczysty spinel o jakości optycznej został wyprodukowany przez spiekanie / HIP, prasowanie na gorąco i prasowanie na gorąco / HIP i wykazano, że użycie gorącej prasy izostatycznej może poprawić jej właściwości optyczne i fizyczne.
Spinel oferuje pewne zalety przetwórcze w porównaniu z AlON, takie jak fakt, że proszek spinelu jest dostępny u komercyjnych producentów, podczas gdy proszki AlON są własnością firmy Raytheon. Można go również przetwarzać w znacznie niższych temperaturach niż AlON i wykazano, że ma doskonałe właściwości optyczne w zakresie podczerwieni (IR). Ulepszone właściwości optyczne sprawiają, że spinel jest atrakcyjny w zastosowaniach czujnikowych, w których na skuteczną komunikację wpływają właściwości absorpcyjne kopuły ochronnej pocisku.
Spinel jest obiecujący w wielu zastosowaniach, ale obecnie nie jest dostępny w postaci masowej od żadnego producenta, chociaż trwają prace nad jego komercjalizacją. Działalność związana z produktami spinelowymi prowadzona jest przez dwóch kluczowych amerykańskich producentów: „Ocena i transfer technologii” oraz „Surmet Corporation”.
Obszerny przegląd piśmiennictwa NRL wskazał wyraźnie, że próby wytworzenia spinelu wysokiej jakości do tej pory nie powiodły się, ponieważ dynamika zagęszczania spinelu jest słabo poznana. Przeprowadzili szeroko zakrojone badania nad dynamiką zachodzącą podczas zagęszczania spinelu. Ich badania wykazały, że LiF, choć niezbędny, ma również wyjątkowo niekorzystne skutki podczas końcowych etapów zagęszczania. Ponadto krytyczne znaczenie ma jego rozmieszczenie w prekursorowych proszkach spinelowych.
Tradycyjne procesy mieszania luzem stosowane do mieszania środka spiekalniczego LiF z proszkiem pozostawiają dość niejednorodną dystrybucję Lif, który musi zostać ujednolicony przez wydłużony czas obróbki cieplnej w podwyższonych temperaturach. Temperatura homogenizacji Lif / Spinel zachodzi w temperaturze szybkiej reakcji między LiF a Al 2 O 3 . Aby uniknąć tej szkodliwej reakcji, opracowali nowy proces, który równomiernie pokrywa cząstki spinelu środkiem wspomagającym spiekanie. To pozwala im zmniejszyć ilość Lif niezbędną do zagęszczenia i szybko ogrzać do temperatury maksymalnej reaktywności. Te osiągnięcia pozwoliły NRL na wytwarzanie spinelu MgAl 2 O 4 o wysokiej przezroczystości z niezwykle wysoką powtarzalnością, która powinna umożliwić zarówno wojskowe, jak i komercyjne wykorzystanie spinelu.
Szafir
Monokrystaliczny tlenek glinu ( szafir - Al 2 O 3 ) jest przezroczystą ceramiką. Struktura krystaliczna szafiru jest romboedryczna, a zatem jego właściwości są anizotropowe, zmieniające się w zależności od orientacji krystalograficznej. Przezroczysty tlenek glinu jest obecnie jedną z najbardziej dojrzałych przezroczystych materiałów ceramicznych z punktu widzenia produkcji i zastosowań i jest dostępny u kilku producentów. Jednak koszt jest wysoki ze względu na wymaganą temperaturę przetwarzania, a także koszty obróbki skrawaniem w celu wycięcia części z kul monokrystalicznych. Ma również bardzo wysoką wytrzymałość mechaniczną - ale zależy to od wykończenia powierzchni.
Wysoki poziom dojrzałości szafiru z punktu widzenia produkcji i zastosowań można przypisać dwóm obszarom działalności: okienkom widma elektromagnetycznego dla pocisków i kopuł oraz przemysłowi i zastosowaniom elektroniki / półprzewodników.
Obecnie istnieją programy zwiększania skali szafiru hodowanego metodą wymiennika ciepła lub procesów wzrostu z zasilaniem filmowym definiowanym krawędziowo (EFG). Jego dojrzałość wynika z zastosowania jako okien i w przemyśle półprzewodników. Crystal Systems Inc., która wykorzystuje techniki wzrostu pojedynczych kryształów , obecnie skaluje swoje szafirowe kule do 13-calowych (330 mm) średnicy i większych. Inny producent, Grupa Saint-Gobain, produkuje przezroczysty szafir przy użyciu techniki wzrostu o określonej krawędzi. Szafir uprawiany tą techniką daje materiał optycznie gorszy od tego, który jest uprawiany technikami monokryształów, ale jest znacznie tańszy i zachowuje większość twardości, przepuszczalności i odporności na zarysowania. Saint-Gobain jest obecnie w stanie produkować szafir o grubości 0,43 cala (w miarę wzrostu) w arkuszach o wymiarach 12 cali × 18,5 cala, a także grube, pojedynczo zakrzywione arkusze. Laboratorium badawcze armii amerykańskiej bada obecnie zastosowanie tego materiału w laminacie projektowanie przezroczystych systemów opancerzenia Grupa Saint Gobain skomercjalizowała możliwość spełnienia wymagań lotu samolotów myśliwskich nowej generacji F-35 Joint Strike Fighter i F-22 Raptor.
Kompozyty
Przyszłe szybkie pociski kierowane na podczerwień będą wymagały nowych materiałów kopuł, które będą znacznie trwalsze niż te, które są obecnie używane, zachowując jednocześnie maksymalną przejrzystość w całym spektrum operacyjnym lub szerokości pasma. Od dawna istnieje kompromis między pasmem optycznym a trwałością mechaniczną w ramach obecnej grupy jednofazowych (krystalicznych lub szklistych) materiałów ceramicznych przepuszczających podczerwień, zmuszając projektantów pocisków do akceptowania ogólnej wydajności systemu niespełniającej norm. Optyczne nanokompozyty mogą zapewnić możliwość zaprojektowania nowych materiałów, które mogą przezwyciężyć te tradycyjne ograniczenia.
Na przykład, przezroczysty pancerz ceramiczny składający się z lekkiego kompozytu został utworzony przy użyciu płyty czołowej z przezroczystego tlenku glinu Al 2 O 3 (lub magnezu MgO) z płytą zapasową z przezroczystego tworzywa sztucznego. Dwie płytki (połączone razem przezroczystym klejem) zapewniają pełną ochronę balistyczną przed pociskami 0,30 AP M2 pod kątem 0 ° przy prędkości wylotowej wynoszącej 2770 stóp (840 m) na sekundę. Inny przezroczysty pancerz kompozytowy zapewniał pełną ochronę przed pociskami strzeleckimi do kalibru .50 AP M2, składającymi się z dwóch lub więcej warstw przezroczystego materiału ceramicznego.
Wytworzono nanokompozyty itru i tlenku magnezu o średniej wielkości ziarna ~ 200 nm. Materiały te wykazywały prawie teoretyczną transmisję w zakresie 3–5 μm IR. Ponadto takie kompozyty dawały wyższe wytrzymałości niż te obserwowane dla jednofazowych elementów w stanie stałym. Pomimo braku zgody co do mechanizmu uszkodzenia, powszechnie przyjmuje się, że nanokompozytowe materiały ceramiczne mogą i oferują lepsze właściwości mechaniczne w porównaniu z materiałami jednofazowymi lub nanomateriałami o jednolitym składzie chemicznym.
Nanokompozytowe materiały ceramiczne oferują również interesujące właściwości mechaniczne nieosiągalne w innych materiałach, takie jak płynność nadplastyczna i skrawalność podobna do metalu. Przewiduje się, że dalszy rozwój zaowocuje nanomateriałami o wysokiej wytrzymałości i wysokiej przezroczystości, które nadają się do zastosowania jako opancerzenie nowej generacji.
Zobacz też
Bibliografia
Dalsza lektura
- Przetwarzanie ceramiki przed wypaleniem , Onoda, GY, Jr. and Hench, LL Eds., (Wiley & Sons, Nowy Jork, 1979)