Как стекло, только лучше
Инженеры из исследовательской лаборатории флота США разработали процесс изготовления прочной и недорогой замены стекла. Прозрачный материал делают при помощи низкотемпературного спекания из искусственно полученных кристаллов шпинели.
Шпинель – это смешанный оксид магния и алюминия, минерал, встречающийся в природе. В естественном виде он бывает разных цветов. Например, красная шпинель неотличима на глаз от рубина, поэтому раньше эти два минерала путали между собой. Одна из знаменитых драгоценностей британской короны, Рубин Чёрного Принца, на самом деле – шпинель.
Этот материал очень твёрдый, он способен сопротивляться ударным нагрузкам и истиранию при воздействии дождя, солёной воды или песка. Кроме того, он пропускает инфракрасное излучение, поэтому может пригодиться при изготовлении различных приборов. В отличие от стекла, материал не трескается по всей поверхности – вместо этого при ударном воздействии от него просто откалывается небольшой кусок. Конечное изделие можно полировать и отшлифовывать.
Горячий пресс
Ранее инженеры пытались получить этот материал при помощи высоких температур (2000 градусов и более). Но этот процесс был как дорогим из-за энергозатрат, так и неэффективным – необходимость отделять готовый материал от поверхности тигеля приводила к появлениям дефектов. При спекании используется горячий пресс, который делает из порошковой заготовки конечное поликристаллическое изделие.
Попытки изготовить большие панели из шпинели спеканием делались и раньше. Однако материал получался мутным, с небольшими островками прозрачности. Инженерам удалось усовершенствовать качество продукта, добавив в сырьё порядка 1% фторида лития, который, расплавляясь, работает как смазка, и позволяет кристаллам шпинели правильно выстраиваться друг относительно друга.
Изделию можно придать любую форму
Сырьё для производства доступно в изобилии, что делает себестоимость изделий минимальной. Благодаря простоте технологии, из материала можно делать изделия любой формы. Возможности использования обширны: изогнутые окна (например, иллюминаторы для самолётов), линзы для приборов, стёкла часов, экраны смартфонов (прочнее, чем gorilla glass), линзы для камер и биноклей. Военные интересуются использованием этого материала в качестве прозрачной брони – по сравнению с современными пуленепробиваемыми стёклами вес готового изделия будет как минимум в 2 раза меньше.
Комментарии (34)
neco
29.04.2015 18:15+1А как у него с пропусканием ультрафиолета?
И в целом есть где спектральная пропускаемость в публичном доступе?
forgotten
29.04.2015 19:00> Сырьё для производства доступно в изобилии, что делает себестоимость изделий минимальной.
Меня терзают смутные сомнения. Природная шпинель относится к драгоценным камням
ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D1%80%D0%B0%D0%B3%D0%BE%D1%86%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%BA%D0%B0%D0%BC%D0%BD%D0%B8
Я понимаю, что речь идёт об искусственной шпинели, но вряд ли её стоимость прям уж «минимальна», раз естественная до сих пор котируется.AllexIn
29.04.2015 19:34+8Алмаз — драгоценный камень. Синтетический алмаз — стоит 20 центов пачка.
ncix
29.04.2015 22:01+2>> Синтетический алмаз — стоит 20 центов пачка
А можно ссылочку на цены?AllexIn
29.04.2015 22:03Как вы себе это представляете?
Синтетические алмазы продаются только на уровне промышленности, а там цены в виде открытых прайсов не бывает.
Если у вас чисто теоретический интерес, откуда я взял цифры — гуглите аналитику на эту тему. Там есть.
mambet
30.04.2015 00:46+3www.alibaba.com/product-detail/rvd-synthetic-diamond_1831640032.html?s=p
10 кг это 50 тысяч карат, что даёт нам примерно 15 тысяч долларов США за целых 10 килограмм алмазов.ncix
30.04.2015 01:17Т.е. это получается ~0,13 грамма за те самые 20 центов. Не пачка. Я бы сказал пара крошек.
AllexIn
30.04.2015 07:20-2Если бы я приводил конкретные утверждения — ваше возмущение было бы уместно.
Мое высказывание было не о том, что 20 центов стоит килограмм или 100. Мое высказывание было о том, что синтетика существенно дешевле обычных. Если вы ожидали, что условная пачка алмазов — это пол кило… Ну, извините, такой халявы не бывает — песок дороже стоит.
Darth_Biomech
30.04.2015 00:02Только синтетические алмазы делать большими так же дорого как и добывать обычные, насколько я помню.
jar_ohty
29.04.2015 20:59Не обязательно же добывать природную шпинель, молоть ее до контролируемых частиц субмикронного размера… Это во-первых, малореально, во-вторых природная шпинель всегда содержит примеси и почти всегда окрашена. А, допустим, плазмохимическим синтезом такой порошок получается легко и просто. И, кстати, керамика из него широко используется для изготовления горелок для натриевых и металлогалогенных ламп.
sergku1213
29.04.2015 22:58+1Поверьте, оксидов алюминия и магния в природе много, очень много.Это одни из самых распространённых элементов. То что драгоценные камни «котируются» из-за их состава — это не так. В основе большинства из них — та же окись алюминия. Вопрос в чистоте, прозрачности и естественности происхождения. А вот камушки Сваровски (фианиты по-старому), хоть и делаются из окиси редкого металла циркония — стоят относительно недорого — так как промышленного изготовления. Формально и магний и алюминий являются составными частями глины, хотя извлекать их оттуда не слишком благодарная задача. Но чудесной революции — вряд ли стоит ждать. Всё по-прежнему упирается в высокую стоимость энергии.
KOLANICH
29.04.2015 19:12Рассеивает свет слишком сильно, чтобы быть использованым в качестве замены стеклу.
0serg
29.04.2015 19:18Там шлифовка просто нужна насколько я понял, свет рассеивают неровности на поверхности, а не сам материал
Но с учетом его прочности шлифовка там получается весьма дорогой и исследователи сейчас ищут способ её каким-либо образом избежатьsergku1213
29.04.2015 23:02Не думаю, что шлифовка решит проблему полностью. Материал не однороден. Коэффициенты преломления несколько различаются для фтористого лития и окиси алюминия — вот и получается светорассеяние. Классические, природные шпинели этим свойством тоже обладают. Как мне, так красиво.
hermit931
01.05.2015 22:15Получается решили одну проблему, нашли другую. Нашли материал потверже стекла, а с полировкой беда
jar_ohty
29.04.2015 21:07+2Смотря для каких применений. Например, в качестве защитных стекол для экранов — рассеяние не будет заметно, так как стекло находится вплотную к матрице.
link0ln
А стекло производить разве не дешевле, если оно и сейчас выполнят возложенные на себя фукнции? Мои познания подсказывают, что грубо говоря стекло делают из песка, добывать который, не требует особых усилий. Хоть энергозатраты примерно те же, вопрос тогда в том насколько сырье для нового типа стекол добывать проще чем песок…
AllexIn
Везде стекло может и не заменит, но есть целый спектр задач, где «стекло» с такими свойствами будет востребовано. Например, заменят германий, который весьма дорог, но при этом практически безальтернативен.
0serg
Обычное стекло дешевле, но новый материал намного прочнее и все еще имеет разумную стоимость :)
Обычное стекло кстати тоже не очень-то дешево, т.к. песок требует очистки, различных добавок и плавки при высокой температуре
DrPass
Дешевле, конечно же, но речь идет не о заменителе стекла везде и всюду, а только в тех применениях, где нужно что-то прочнее и/или легче.
Gothician
Стоимость стекла определяется не только сырьем, но и технологией производства. Так, вертикальная вытяжка дешевле горизонтальной, хоть последняя и позволяет производить более гладкое стекло.
Стекло само по себе хрупкое, чтобы упрочнить его, его нужно закалять — процесс тоже непростой.
sayber
Представьте окно в форме морской волны 6+ баллов.
Делать такое из стекла не целесообразно, при малейшем ударе, оно может рассыпаться.
Из этого нового материала, можно сделать любую форму и если верить тексту, то оно будет более прочное и не рассыпется при ударе.
Это один малейший пример.
Для тех же объективов, это «новое стекло» подошло бы замечательно. Учесть что его еще можно полировать.