美军想用它造全透明防弹铠甲,铝变透明后居然这么强

“把科学带回家”所有

撰文 七君

透明又防弹的材料,你能想到什么?防弹玻璃?

实际上,有一种新材料比防弹玻璃更硬而且更轻巧,它就是氮氧化铝透明陶瓷,也叫 ALON。

各式ALON透明陶瓷

早在20世纪70年代就有人开始探索氮氧化铝的性质。1986年,首个氮氧化铝透明陶瓷被发明,后来在2009年相关专利被美国 Surmet 公司获得,氮氧化铝透明陶瓷也被命名为 ALON。就这样,氮氧化铝透明陶瓷开始了商业化的道路。

ALON 不含玻璃的主要原材料二氧化硅,也不是高分子化合物,而是用铝、氧和氮合成的。简单来说,它是一种透明的陶瓷:它是用氮氧化铝粉末在高温下烧结而成,类似于陶瓷的制法;最后再抛光打磨,ALON 就变得透明了。

用氮氧化铝粉末制造ALON的过程 图片来源:Surmet

是的,透明的陶瓷听起来很科幻,它也出现在很多科幻作品中。比如在2015年的大片《侏罗纪世界》中,球形游览车的外壳就是用 ALON 制造的。也有许多《星际迷航》的粉丝认为 ALON 就是《星际迷航IV》里用来拯救未来的透明铝。

根据《侏罗纪世界》的设定,球形游览车外壳就是用ALON制造的。

等等,为什么陶瓷可以变透明?

透明指的是光能够穿透而不会发生强烈的反射和散射。普通陶瓷内部的晶体颗粒排列不规则,光照上去会向四面八方的散射,无法穿透,因此看起来并不透明。

云对阳光的散射 图片来源:atmo.uiuc.edu

而以 ALON 为代表的透明陶瓷是一类新型材料,和普通陶瓷不一样,它的内部晶粒排列整齐,光照上不会发生散射,所以是透明的。透明陶瓷因此又被称为光学陶瓷。

因为是陶瓷,透明陶瓷比普通的玻璃和树脂玻璃更硬、强度更大,适用于极端环境。而 ALON 是市面上最硬的多晶透明陶瓷。

ALON 是用氮氧化铝粉末(左)制造的,阳光照到粉末状的氮氧化铝上发生散射,因此氮氧化铝粉末看起来并不透明。

有多硬呢?

ALON的硬度是普通玻璃的4倍,比世界上第三硬的材料蓝宝石(氧化铝,莫氏硬度为9)差一点点,但莫氏硬度也达到了7.7。

看,用25克的花岗岩丢在1.27厘米厚的普通硼硅酸盐玻璃上,玻璃一下就裂了——

但是ALON就没事,看起来还是花岗岩比较痛一点——

我们再来看看用它制作的防弹铠甲和用玻璃制作的防弹玻璃的对比。

普通防弹玻璃是两层玻璃夹了一层聚合物的结构。实验中的 ALON 防弹铠甲用的是相同的聚合物,但是外层的 ALON 陶瓷更薄——

现在,用12.7×99毫米口径的北约弹来射头看看。

北约弹可以轻松射穿9.4厘米厚的防弹玻璃,威力惊人,因此属于防空用弹药。

但是4厘米厚的 ALON 制透明铝铠甲就能抵挡这种子弹的袭击。模特莫得感情的塑料大头没有被射爆。

对比一下两种防弹材料,ALON 防弹铠甲只有一点点凸点,但是防弹玻璃就整个炸裂到模糊——

4厘米厚的 ALON 铠甲就能够抵挡12.7×99毫米口径的对空子弹,这件事引起了美军的兴趣。

实际上在2005年,美国空军就开始测试 ALON,他们想用 ALON 制造透明防弹铠甲,用来武装悍马军用汽车。

美军悍马军用汽车 图片来源:wikipedia

美国空军的测试结果发现,ALON 在被制成小块时防弹效果确实比较好,但是它有一个大问题,那就是价格高昂。

在当时,每平方英寸防弹玻璃的价格是3.25美金,但是 ALON 的价格要10-15美金。因为这个原因,悍马军用汽车并没有被 ALON 武装。但是在2013年,Surmet 宣布成为美国国防部的主要国防承包商,为美军供应了一种 ALON 陶瓷玻璃窗。

Surmet 为美军供应的ALON透明陶瓷窗

ALON 还在另外一种武器上找到了用武之地。

利用红外线制导的导弹的红外导引头需要能够穿透红外线的整流罩,但是普通玻璃不太容易让红外线穿透。

蓝宝石导弹整流罩 图片来源:melleroptics

以前用来制造整流罩的一种常见材料是蓝宝石,蓝宝石对红外线这样的宽波段有很高的透过率,而且强度和硬度很好,因此是制造高马赫导弹整流罩的常见材料。不过蓝宝石的价格高昂,所以各国都在寻找它的替代材料。

蓝宝石的主要成分是氧化铝 图片来源:wikimedia

ALON 就是蓝宝石的有力竞争者,它在近紫外线和红外光下也接近透明,而且可以承受2100摄氏度的高温。现在,已经出现了 ALON 制造的红外导弹整流罩。

当然,一些专用灯具也需要能透射红外线和紫外线,因此 ALON 也被用于制造特种灯罩。

和普通玻璃相比,ALON 不会挡住近红外线。

不过因为价格等因素,ALON 还没有进入民用领域。2018年,蔡司曾被传要推出首款用 ALON 制造的镜头,但是直到目前还是没有动静。

如果 ALON 的价格能降低,它就有可能取代强化玻璃,成为屏幕的常见材料。到时候手机不但能帮你挡刀,还能当菜刀,想想就令人期待呢。

穿上 ALON 铠甲,做不容易受伤的透明铝人。


(0)

相关推荐