Прозрачная керамика
Керамические материалы, которые оптически прозрачны
Прозрачная керамика на основе шпинели (MgAl 2 O 4 ) традиционно используется в таких областях, как окна для высокоэнергетических лазеров, поскольку она отлично пропускает видимый свет и средневолновую инфракрасную область (0,2–5,0 мкм) в сочетании с выбранными материалами – источник: Исследовательская лаборатория ВМС США [ требуется ссылка ]

Многие керамические материалы , как стекловидные, так и кристаллические, нашли применение в качестве оптически прозрачных материалов в различных формах: от объемных твердотельных компонентов до форм с большой площадью поверхности, таких как тонкие пленки, покрытия и волокна. [1] Такие устройства нашли широкое применение в различных приложениях в электрооптической области, включая: оптические волокна для направленной передачи световых волн, оптические переключатели , лазерные усилители и линзы , хосты для твердотельных лазеров и оптические оконные материалы для газовых лазеров, а также инфракрасные (ИК) тепловые устройства для систем наведения ракет и ИК-ночного видения . [2] В коммерческих и общих областях знаний общепринято считать, что прозрачная керамика или керамическое стекло являются разновидностями упрочненного стекла, например, используемого для стекла экрана на iPhone. [3]

В то время как монокристаллическая керамика может быть в значительной степени бездефектной (особенно в пределах пространственного масштаба падающей световой волны), оптическая прозрачность поликристаллических материалов ограничена количеством света, рассеиваемого их микроструктурными особенностями. Количество рассеянного света , таким образом, зависит от длины волны падающего излучения или света. [4]

Например, поскольку видимый свет имеет шкалу длин волн порядка сотен нанометров , рассеивающие центры будут иметь размеры в аналогичном пространственном масштабе. Большинство керамических материалов, таких как оксид алюминия и его соединения, формируются из тонких порошков, что дает мелкозернистую поликристаллическую микроструктуру , которая заполнена рассеивающими центрами, сравнимыми с длиной волны видимого света . Таким образом, они, как правило, непрозрачны в отличие от прозрачных материалов . Однако недавние нанотехнологии сделали возможным производство (поли)кристаллической прозрачной керамики, такой как оксид алюминия Al 2 O 3 , иттрий-алюминиевый гранат (YAG) и легированный неодимом Nd:YAG . [5] [6] [7] [8] [9] [10]

Введение

Синтетический сапфир – монокристаллический оксид алюминия (сапфир – Al 2 O 3 ) – прозрачная керамика

Прозрачная керамика в последнее время приобрела высокую степень интереса и известности. Основные области применения включают лазеры и режущие инструменты, прозрачные бронированные окна, приборы ночного видения (ПНВ) и носовые обтекатели для ракет с тепловым наведением. В настоящее время доступные инфракрасные (ИК) прозрачные материалы обычно демонстрируют компромисс между оптическими характеристиками и механической прочностью. Например, сапфир (кристаллический оксид алюминия) очень прочен, но не имеет полной прозрачности во всем диапазоне 3–5 микрометров среднего ИК-диапазона. Иттрия полностью прозрачна от 3–5 микрометров, но не имеет достаточной прочности, твердости и термостойкости для высокопроизводительных аэрокосмических приложений. Неудивительно, что комбинация этих двух материалов в форме граната иттрий-алюминий ( YAG ) оказалась одним из лучших материалов в этой области. [2]

В 1961 году General Electric начала продавать прозрачные лампы Lucalox из оксида алюминия. [11] В 1966 году GE анонсировала керамику, «прозрачную как стекло», под названием Yttralox. [12] В 2004 году Анатолий Розенфланец и его коллеги из 3M использовали технологию «пламенного распыления» для сплавления оксида алюминия (или оксида алюминия) с оксидами редкоземельных металлов с целью получения высокопрочной стеклокерамики с хорошими оптическими свойствами. Этот метод позволяет избежать многих проблем, возникающих при традиционном формовании стекла, и может быть распространен на другие оксиды. Эта цель была легко достигнута и наглядно продемонстрирована в лабораториях и исследовательских учреждениях по всему миру с использованием новых методов химической обработки, охватываемых методами золь-гель химии и нанотехнологий . [13] [14] [15] [16] [17]

Многие керамические материалы, как стеклянные, так и кристаллические, нашли применение в качестве хозяев для твердотельных лазеров и в качестве оптических оконных материалов для газовых лазеров. Первый рабочий лазер был создан Теодором Х. Майманом в 1960 году в исследовательской лаборатории Хьюза в Малибу, который имел преимущество над другими исследовательскими группами во главе с Чарльзом Х. Таунсом в Колумбийском университете , Артуром Шавловом в Bell Labs и Гулдом в TRG (Техническая исследовательская группа). Майман использовал твердотельный синтетический рубин с накачкой светом для получения красного лазерного света на длине волны 694 нанометра (нм). Синтетические рубиновые лазеры все еще используются. [18] [19] И сапфиры, и рубины являются корундом , кристаллической формой оксида алюминия (Al2O3).

Кристаллы

Рубиновые лазеры состоят из монокристаллических стержней из сапфира и оксида алюминия (Al 2 O 3 ), легированных небольшой концентрацией хрома Cr, обычно в диапазоне 0,05%. Торцевые поверхности тщательно отполированы с плоской и параллельной конфигурацией. Легированный неодимом YAG (Nd:YAG) оказался одним из лучших материалов для твердотельных лазеров. Его бесспорное доминирование в широком спектре лазерных приложений определяется сочетанием высокого сечения излучения с длительным сроком службы спонтанного излучения, высоким порогом повреждения, механической прочностью, теплопроводностью и низким тепловым искажением пучка. Тот факт, что выращивание кристаллов Nd:YAG методом Чохральского является зрелой, высоковоспроизводимой и относительно простой технологической процедурой, значительно увеличивает ценность материала.

Лазеры Nd:YAG используются в производстве для гравировки, травления или маркировки различных металлов и пластиков. Они широко используются в производстве для резки и сварки стали и различных сплавов. Для автомобильных применений (резка и сварка стали) уровни мощности обычно составляют 1–5 кВт. [20] Кроме того, лазеры Nd:YAG используются в офтальмологии для коррекции помутнения задней капсулы , состояния, которое может возникнуть после операции по удалению катаракты , и для периферической иридотомии у пациентов с острой закрытоугольной глаукомой , где он заменил хирургическую иридэктомию . Лазеры Nd:YAG с удвоенной частотой (длина волны 532 нм) используются для панретинальной фотокоагуляции у пациентов с диабетической ретинопатией . В онкологии лазеры Nd:YAG могут использоваться для удаления раковых опухолей кожи . [21] Эти лазеры также широко используются в области косметической медицины для лазерной эпиляции и лечения небольших сосудистых дефектов, таких как сосудистые звездочки на лице и ногах. Недавно их стали использовать для рассечения целлюлита, редкого заболевания кожи, обычно встречающегося на коже головы. Используя гистероскопию в области гинекологии, лазер Nd:YAG использовался для удаления маточных перегородок внутри матки. [22] В стоматологии лазеры Nd:YAG используются для операций на мягких тканях в полости рта .

В настоящее время мощные лазеры на неодимовом стекле размером с футбольное поле используются для инерциального термоядерного синтеза , исследований ядерного оружия и других экспериментов по физике высокой плотности энергии .

Очки

Стекла (некристаллическая керамика) также широко используются в качестве материалов-хозяев для лазеров. По сравнению с кристаллическими лазерами они предлагают улучшенную гибкость в размере и форме и могут быть легко изготовлены как большие, однородные, изотропные твердые тела с превосходными оптическими свойствами. Показатели преломления стеклянных лазерных хозяев могут варьироваться между приблизительно 1,5 и 2,0, и как температурный коэффициент n , так и коэффициент деформации-оптики могут быть адаптированы путем изменения химического состава. Однако стекла имеют более низкую теплопроводность, чем оксид алюминия или YAG, что накладывает ограничения на их использование в непрерывных и высокочастотных приложениях. [20]

Принципиальные различия между поведением стеклянных и кристаллических керамических материалов-хозяев лазера связаны с большей вариацией локальной среды ионов лазерной генерации в аморфных твердых телах. Это приводит к расширению уровней флуоресценции в стеклах. Например, ширина излучения Nd 3+ в YAG составляет ~ 10 ангстрем по сравнению с ~ 300 ангстрем в типичных оксидных стеклах. Расширенные линии флуоресценции в стеклах затрудняют получение работы лазера с непрерывной волной (CW) по сравнению с теми же ионами лазерной генерации в кристаллических твердых лазерных хозяевах. [20]

Несколько видов стекла используются в прозрачной броне, например, обычное листовое стекло (натриево-кальциево-силикатное), боросиликатное стекло и плавленый кварц. Листовое стекло было наиболее распространенным стеклом из-за его низкой стоимости. Но более высокие требования к оптическим свойствам и баллистическим характеристикам потребовали разработки новых материалов. Химическая или термическая обработка может повысить прочность стекол, а контролируемая кристаллизация определенных составов стекла может производить стеклокерамику оптического качества. Alstom Grid Ltd. в настоящее время производит стеклокерамику на основе дисиликата лития, известную как TransArm, для использования в прозрачных системах брони. Она обладает всеми технологическими возможностями аморфного стекла, но после перекристаллизации демонстрирует свойства, аналогичные свойствам кристаллической керамики. Vycor на 96% состоит из плавленого кварцевого стекла, которое является кристально чистым, легким и высокопрочным. Одним из преимуществ этого типа материалов является то, что их можно производить в виде больших листов и других изогнутых форм. [23] [24]

Наноматериалы

Недавно было показано, что лазерные элементы (усилители, переключатели, ионные хосты и т. д.), изготовленные из мелкозернистых керамических наноматериалов, полученных путем низкотемпературного спекания высокочистых наночастиц и порошков, могут быть изготовлены с относительно низкой стоимостью [ требуется ссылка ] . Эти компоненты не имеют внутренних напряжений или собственного двулучепреломления и допускают относительно большие уровни легирования или оптимизированные специально разработанные профили легирования. Это подчеркивает, что использование керамических наноматериалов особенно важно для высокоэнергетических лазерных элементов и приложений.

Первичные центры рассеяния в поликристаллических наноматериалах, полученных путем спекания высокочистых наночастиц и порошков, включают микроструктурные дефекты, такие как остаточная пористость и границы зерен (см. Прозрачные материалы ). Таким образом, непрозрачность частично является результатом некогерентного рассеяния света на внутренних поверхностях и интерфейсах . Помимо пористости , большинство интерфейсов или внутренних поверхностей в керамических наноматериалах имеют форму границ зерен , которые разделяют наномасштабные области кристаллического порядка. Более того, когда размер центра рассеяния (или границы зерен) уменьшается значительно ниже размера длины волны рассеиваемого света, рассеяние света больше не происходит в какой-либо значительной степени. [25]

При обработке высокопроизводительных керамических наноматериалов с превосходными оптико-механическими свойствами в неблагоприятных условиях размер кристаллических зерен в значительной степени определяется размером кристаллических частиц, присутствующих в сырье во время синтеза или формирования объекта. Таким образом, уменьшение исходного размера частиц значительно ниже длины волны видимого света (~ 0,5 мкм или 500 нм) устраняет большую часть рассеяния света, что приводит к получению полупрозрачного или даже прозрачного материала .

Кроме того, результаты показывают, что микроскопические поры в спеченных керамических наноматериалах, в основном захваченные на стыках микрокристаллических зерен, вызывают рассеивание света и препятствуют истинной прозрачности. Было замечено, что общая объемная доля этих наномасштабных пор (как межзеренная, так и внутризеренная пористость) должна быть менее 1% для высококачественной оптической передачи, т. е. плотность должна составлять 99,99% от теоретической кристаллической плотности. [13] [15]

Лазеры

Nd:YAG

Например, лазер Nd:YAG мощностью 1,46 кВт был продемонстрирован компанией Konoshima Chemical Co. в Японии. Кроме того, исследователи из Ливермора поняли, что эти мелкозернистые керамические наноматериалы могут принести большую пользу мощным лазерам, используемым в Национальном управлении программ по зажиганию (NIF). В частности, исследовательская группа из Ливермора начала приобретать передовые прозрачные наноматериалы из Коношимы, чтобы определить, могут ли они соответствовать оптическим требованиям, необходимым для твердотельного лазера на теплоемкость (SSHCL) Ливермора. Исследователи из Ливермора также тестировали применение этих материалов для таких приложений, как передовые драйверы для лазерных термоядерных электростанций. [26]

При содействии нескольких сотрудников NIF команда из Ливермора изготовила образцы прозрачного Nd:YAG диаметром 15 мм из наночастиц и порошков и определила наиболее важные параметры, влияющие на их качество. В этих объектах команда в основном следовала японским методам производства и обработки и использовала собственную печь для вакуумного спекания нанопорошков. Затем все образцы были отправлены на горячее изостатическое прессование (HIP). Наконец, компоненты были возвращены в Ливермор для покрытия и тестирования, результаты которого показали исключительное оптическое качество и свойства. [26]

Один японско-восточно-индийский консорциум сосредоточился специально на спектроскопических и стимулированных эмиссионных характеристиках Nd 3+ в прозрачных наноматериалах YAG для лазерных применений. Их материалы были синтезированы с использованием методов вакуумного спекания. Спектроскопические исследования предполагают общее улучшение поглощения и эмиссии и снижение потерь на рассеяние. Наблюдения с помощью сканирующего электронного микроскопа и просвечивающего электронного микроскопа выявили превосходное оптическое качество с малым объемом пор и узкой шириной границ зерен. Измерения флуоресценции и комбинационного рассеяния показывают, что легированный Nd 3+ наноматериал YAG сопоставим по качеству с его монокристаллическим аналогом как по своим излучательным, так и неизлучательным свойствам. Отдельные уровни Штарка получаются из спектров поглощения и флуоресценции и анализируются с целью выявления возможных каналов стимулированного излучения в материале. Исследования характеристик лазера благоприятствуют использованию высокой концентрации легирующей примеси при проектировании эффективного микрочипового лазера. При 4 ат. % легирующей примеси группа получила наклонную эффективность 40%. Эксперименты с мощным лазером дают эффективность оптического преобразования 30% для наноматериала Nd (0,6 ат%) YAG по сравнению с 34% для монокристалла Nd (0,6 ат%) YAG. Измерения оптического усиления, проведенные в этих материалах, также показывают значения, сопоставимые с монокристаллом, что подтверждает утверждение о том, что эти материалы могут быть подходящими заменителями монокристаллов в твердотельных лазерных приложениях. [27]

Иттрия, Y2О3

Первоначальные работы по разработке прозрачных наноматериалов на основе оксида иттрия были проведены компанией General Electric в 1960-х годах.

В 1966 году прозрачная керамика, Yttralox , была изобретена доктором Ричардом К. Андерсоном в исследовательской лаборатории General Electric , а дальнейшие работы в лаборатории металлургии и керамики GE проводили доктора Пол Дж. Йоргенсен, Джозеф Х. Росоловски и Дуглас Сент-Пьер. Yttralox «прозрачен как стекло», имеет температуру плавления в два раза выше [12] и пропускает частоты в ближнем инфракрасном диапазоне, а также видимый свет. [28]

Премия IR 100, Yttralox , 1967
Драгоценные камни из прозрачной керамики Yttralox
Ричард С. Андерсон держит образец Иттралокса

Дальнейшая разработка иттриевых керамических наноматериалов была проведена компанией General Electric в 1970-х годах в Скенектади и Кливленде, мотивированная применением в освещении и керамических лазерах. [ 28] Yttralox, прозрачный оксид иттрия Y2O3 , содержащий ~ 10% оксида тория (ThO2 ) , был изготовлен Гресковичем и Вудсом. [29] Добавка служила для контроля роста зерен во время уплотнения, так что пористость оставалась на границах зерен и не задерживалась внутри зерен, где ее было бы довольно трудно устранить на начальных этапах спекания. Обычно, когда поликристаллическая керамика уплотняется во время термообработки, зерна увеличиваются в размерах, в то время как остаточная пористость уменьшается как по объемной доле, так и по размеру. Оптически прозрачная керамика должна быть практически без пор.

За прозрачным Yttralox от GE последовал легированный лантаном иттрий от GTE с аналогичным уровнем добавки. [30] Оба этих материала требовали длительного времени обжига при температурах выше 2000 °C. Y 2 O 3 , легированный La 2 O 3, представляет интерес для инфракрасных (ИК) применений, поскольку является одним из самых длинноволновых оксидов, пропускающих излучение. Он тугоплавкий с температурой плавления 2430 °C и имеет умеренный коэффициент теплового расширения. Термостойкость и эрозионная стойкость считаются промежуточными среди оксидов, но выдающимися по сравнению с неоксидными ИК-передающими материалами. Основным соображением является низкая излучательная способность иттрия, что ограничивает фоновое излучение при нагревании. Также известно, что фононный край постепенно перемещается в сторону более коротких длин волн по мере нагревания материала. [31]

Кроме того, сам иттрий, Y 2 O 3 был четко определен как перспективный твердотельный лазерный материал. В частности, лазеры с иттербием в качестве легирующей примеси позволяют эффективно работать как в непрерывном режиме [32] , так и в импульсном режиме. [33]

При высокой концентрации возбуждений (порядка 1%) и плохом охлаждении происходит гашение излучения на частоте лазера и лавинное широкополосное излучение. [34]

Будущее

Команда Ливермора также изучает новые способы химического синтеза исходных нанопорошков. Заимствуя опыт, накопленный в CMS за последние 5 лет, команда синтезирует нанопорошки на основе золь-гель обработки, а затем спекает их соответствующим образом, чтобы получить компоненты твердотельного лазера. Другая тестируемая технология использует процесс горения для получения порошков путем сжигания органического твердого вещества, содержащего иттрий, алюминий и неодим. Затем собирается дым, который состоит из сферических наночастиц. [26]

Команда Ливермора также изучает новые методы формования (например, экструзионное формование), которые способны создавать более разнообразные и, возможно, более сложные формы. К ним относятся оболочки и трубки для улучшенного соединения со светом накачки и для более эффективной передачи тепла. Кроме того, различные материалы могут быть совместно экструдированы, а затем спечены в монолитное прозрачное твердое тело. Усилительная пластина может быть сформирована таким образом, что часть структуры действует в направленной передаче световой волны, чтобы фокусировать свет накачки от лазерных диодов в области с высокой концентрацией ионов легирующей примеси вблизи центра пластины. [26]

В целом, наноматериалы обещают значительно расширить доступность недорогих, высококачественных лазерных компонентов в гораздо больших размерах, чем это было бы возможно с традиционной монокристаллической керамикой. Многие классы лазерных конструкций могли бы выиграть от лазерных структур на основе наноматериалов, таких как усилители со встроенными краевыми оболочками. Наноматериалы также могли бы обеспечить более прочные и компактные конструкции для лазеров с высокой пиковой мощностью, термоядерного класса для управления запасами, а также лазеров с высокой средней мощностью для глобальных систем ПРО МБР театра военных действий (например, Стратегическая оборонная инициатива SDI или, в последнее время, Агентство по противоракетной обороне. [26]

Ночное видение

Панорамные очки ночного видения на этапе тестирования.

Прибор ночного видения (ПНВ) — оптический прибор , позволяющий получать изображения при уровнях освещенности, приближающихся к полной темноте. Чаще всего они используются военными и правоохранительными органами, но доступны и гражданским пользователям. Приборы ночного видения впервые были использованы во Второй мировой войне [35] и получили широкое распространение во время войны во Вьетнаме . Технология значительно развилась с момента их появления, что привело к появлению нескольких «поколений» приборов ночного видения с повышением производительности и снижением цены. Военно-воздушные силы США экспериментируют с панорамными очками ночного видения (ПНВ), которые удваивают поле зрения пользователя примерно до 95 градусов за счет использования четырех 16-миллиметровых усилителей изображения вместо более стандартных двух 18-миллиметровых трубок. [36] [37]

Тепловые изображения — это визуальное отображение количества инфракрасной (ИК) энергии, излучаемой, передаваемой и отражаемой объектом. Поскольку существует несколько источников инфракрасной энергии, с помощью этого метода сложно получить точную температуру объекта. Тепловизионная камера способна выполнять алгоритмы для интерпретации этих данных и построения изображения. Хотя изображение показывает зрителю приблизительную температуру, при которой работает объект, камера использует несколько источников данных на основе областей, окружающих объект, чтобы определить это значение, а не обнаружить температуру.

Инфракрасные приборы ночного видения создают изображение в ближнем инфракрасном диапазоне, сразу за видимым спектром, и могут видеть испускаемое или отражаемое ближнее инфракрасное излучение в полной визуальной темноте. Все объекты выше абсолютного нуля температуры (0  К ) испускают инфракрасное излучение . Следовательно, отличным способом измерения тепловых изменений является использование инфракрасного прибора видения , обычно инфракрасной камеры с решеткой фокальной плоскости (FPA), способной обнаруживать излучение в средних (от 3 до 5 мкм) и длинных (от 7 до 14 мкм) инфракрасных диапазонах, обозначаемых как MWIR и LWIR, соответствующих двум инфракрасным окнам с высокой пропускаемостью . Аномальные температурные профили на поверхности объекта являются признаком потенциальной проблемы. [38] Инфракрасная термография , тепловидение и тепловое видео являются примерами науки об инфракрасном зрении . Тепловизионные камеры обнаруживают излучение в инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра (примерно 900–14 000 нанометров или 0,9–14 мкм ) и создают изображения этого излучения, называемые термограммами .

Поскольку инфракрасное излучение испускается всеми объектами , температура которых близка к комнатной , согласно закону излучения абсолютно черного тела , термография позволяет видеть окружающую среду при наличии или отсутствии видимого освещения. Количество излучения, испускаемого объектом, увеличивается с температурой. Таким образом, термография позволяет видеть изменения температуры. При просмотре через тепловизионную камеру теплые объекты хорошо выделяются на более холодном фоне; люди и другие теплокровные животные становятся легко видимыми на фоне окружающей среды, днем ​​или ночью. В результате термография особенно полезна для военных и служб безопасности .

Термограмма льва

Термография

В термографической визуализации инфракрасное излучение с длиной волны от 8 до 13 микрометров попадает на материал детектора, нагревая его и, таким образом, изменяя его электрическое сопротивление. Это изменение сопротивления измеряется и преобразуется в температуры, которые могут быть использованы для создания изображения. В отличие от других типов инфракрасного оборудования, микроболометры, использующие прозрачный керамический детектор, не требуют охлаждения. Таким образом, микроболометр по сути является неохлаждаемым тепловым датчиком. [39]

Материал, используемый в детекторе, должен демонстрировать большие изменения сопротивления в результате мельчайших изменений температуры. По мере нагревания материала из-за входящего инфракрасного излучения сопротивление материала уменьшается. Это связано с температурным коэффициентом сопротивления материала (TCR), в частности, с его отрицательным температурным коэффициентом . В настоящее время промышленность выпускает микроболометры, содержащие материалы с TCR около −2%. [40]

VO2и В2О5

Наиболее часто используемый керамический материал в микроболометрах ИК-излучения — оксид ванадия. Различные кристаллические формы оксида ванадия включают как VO2, так и V2O5 . Осаждение при высоких температурах и проведение пост- отжига позволяют производить тонкие пленки этих кристаллических соединений с превосходными свойствами, которые могут быть легко интегрированы в процесс изготовления. VO2 имеет низкое сопротивление, но претерпевает фазовый переход металл-изолятор около 67 ° C , а также имеет более низкое значение TCR. С другой стороны, V2O5 демонстрирует высокое сопротивление и также высокий TCR. [39]

Другие исследованные керамические материалы, прозрачные для ИК-излучения, включают легированные формы CuO, MnO и SiO.

Ракеты

AIM-9 Сайдвиндер
Место происхожденияСоединенные Штаты

Многие керамические наноматериалы, представляющие интерес для прозрачных бронированных решений, также используются для электромагнитных (ЭМ) окон. Эти приложения включают обтекатели, ИК-куполы, защиту датчиков и многоспектральные окна. Оптические свойства материалов, используемых для этих приложений, имеют решающее значение, поскольку окно пропускания и связанные с ним отсечки (УФ-ИК) контролируют спектральную полосу пропускания, в которой работает окно. Эти материалы должны не только обладать стойкостью к истиранию и прочностными свойствами, обычными для большинства приложений брони, но из-за экстремальных температур, связанных с окружающей средой военных самолетов и ракет, они также должны обладать превосходной термической стабильностью. [24]

Тепловое излучение — это электромагнитное излучение, испускаемое поверхностью объекта, которое обусловлено температурой объекта . Инфракрасное самонаведение относится к пассивной системе наведения ракет , которая использует излучение от цели электромагнитного излучения в инфракрасной части спектра для ее отслеживания. Ракеты, использующие инфракрасное наведение, часто называют «тепловыми самонаводящимися», поскольку инфракрасное излучение находится чуть ниже видимого спектра света по частоте и сильно излучается горячими телами. Многие объекты, такие как люди, двигатели транспортных средств и самолеты, генерируют и сохраняют тепло и, как таковые, особенно видны в инфракрасных длинах волн света по сравнению с объектами на заднем плане. [41] [42] [43] [44]

Сапфир

В настоящее время материалом, который выбирают для куполов высокоскоростных инфракрасных ракет, является монокристаллический сапфир . Оптическая передача сапфира не распространяется на весь средний инфракрасный диапазон (3–5 мкм), но начинает падать на длинах волн больше, чем приблизительно 4,5 мкм при комнатной температуре. Хотя прочность сапфира лучше, чем у других доступных материалов для куполов среднего инфракрасного диапазона при комнатной температуре, она ослабевает выше ~600 °C. [45]

Ограничения для сапфиров большей площади часто связаны с бизнесом, поскольку для превышения текущих пределов производства необходимы более крупные индукционные печи и дорогостоящие инструментальные штампы. Однако, как отрасль, производители сапфиров остались конкурентоспособными перед лицом закаленного стекла с покрытием и новых керамических наноматериалов и все еще смогли предложить высокую производительность и расширенный рынок. [24]

Иттрия, Y2О3

Альтернативные материалы, такие как оксид иттрия , обеспечивают лучшие оптические характеристики, но худшую механическую прочность. Будущие высокоскоростные ракеты с инфракрасным наведением потребуют новых куполов, которые будут существенно более прочными, чем те, которые используются сегодня, при этом сохраняя максимальную прозрачность в широком диапазоне длин волн. Существует давний компромисс между оптической полосой пропускания и механической прочностью в текущем наборе однофазных инфракрасных передающих материалов, заставляя конструкторов ракет идти на компромисс в отношении производительности системы. Оптические нанокомпозиты могут предоставить возможность для разработки новых материалов, которые преодолеют этот традиционный компромисс.

Первые полномасштабные ракетные купола из прозрачного оксида иттрия, изготовленные из наноразмерных керамических порошков, были разработаны в 1980-х годах при финансировании ВМС. Raytheon усовершенствовала и охарактеризовала свой нелегированный поликристаллический оксид иттрия, в то время как оксид иттрия, легированный лантаном, был аналогичным образом разработан GTE Labs. Обе версии имели сопоставимые ИК-пропускание, вязкость разрушения и тепловое расширение, в то время как нелегированная версия показала вдвое большее значение теплопроводности.

Возобновившийся интерес к окнам и куполам из оксида иттрия побудил усилия по улучшению механических свойств путем использования наноразмерных материалов с субмикрометровыми или наноразмерными зернами. В одном исследовании были выбраны три поставщика для предоставления наноразмерных порошков для тестирования и оценки, и они были сравнены с обычным (5 мкм) порошком оксида иттрия, ранее использовавшимся для приготовления прозрачного оксида иттрия. Хотя все оцененные нанопорошки имели уровни примесей, которые были слишком высоки для обработки до полной прозрачности, 2 из них были обработаны до теоретической плотности и умеренной прозрачности. Образцы были спечены до состояния закрытых пор при температурах до 1400 C. [46]

После относительно короткого периода спекания компонент помещают в горячий изостатический пресс (HIP) и обрабатывают в течение 3–10 часов при ~ 30 кфунтов на квадратный дюйм (~ 200 МПа) при температуре, аналогичной температуре начального спекания. Приложенное изостатическое давление обеспечивает дополнительную движущую силу для уплотнения за счет существенного увеличения коэффициентов атомной диффузии, что способствует дополнительному вязкому течению на границах зерен или вблизи них и межзеренных порах. Используя этот метод, прозрачные наноматериалы из оксида иттрия были получены при более низких температурах, более коротком общем времени обжига и без дополнительных добавок, которые имеют тенденцию снижать теплопроводность. [46]

Недавно Музон разработал новый метод, который основан на методах стеклянной инкапсуляции в сочетании с вакуумным спеканием при 1600 °C с последующим горячим изостатическим прессованием (HIP) при 1500 °C высокоагломерированного коммерческого порошка. Использование вакуумированных стеклянных капсул для проведения HIP-обработки позволило спекать до прозрачности образцы, которые показали открытую пористость после вакуумного спекания. Реакция спекания исследуемого порошка изучалась путем тщательных микроструктурных наблюдений с использованием сканирующей электронной микроскопии и оптической микроскопии как в отражении, так и в проходящем свете. Ключ к этому методу заключается в том, чтобы сохранить пористость межзерновой во время предварительного спекания, чтобы ее можно было впоследствии удалить с помощью HIP-обработки. Было обнаружено, что агломераты плотно упакованных частиц полезны для достижения этой цели, поскольку они полностью уплотняются и оставляют только межзерновую пористость. [47]

Композиты

До работы, проделанной в Raytheon, оптическим свойствам в нанокомпозитных керамических материалах уделялось мало внимания. Их исследования впервые ясно продемонстрировали почти теоретическую пропускаемость в нанокомпозитной оптической керамике. Бинарная система оксид иттрия/магнезии является идеальной модельной системой для формирования нанокомпозита. Существует ограниченная растворимость твердого вещества в любой из составляющих фаз, что позволяет исследовать и сравнивать друг с другом широкий диапазон составов. Согласно фазовой диаграмме, двухфазные смеси стабильны при всех температурах ниже ~ 2100 °C. Кроме того, ни оксид иттрия, ни оксид магния не показывают никакого поглощения в средней части ИК-диапазона 3–5 мкм спектра ЭМ.

В оптических нанокомпозитах две или более взаимопроникающих фазы смешиваются в субмикрометровом зерне, полностью плотном теле. Рассеяние инфракрасного света может быть минимизировано (или даже устранено) в материале, если размер зерна отдельных фаз значительно меньше длины инфракрасной волны. Экспериментальные данные показывают, что ограничение размера зерна нанокомпозита примерно до 1/15 длины волны света достаточно для ограничения рассеяния.

Нанокомпозиты иттрия и магния были получены с размером зерна приблизительно 200 нм. Эти материалы показали хорошую передачу в диапазоне 3–5 мкм и прочность выше, чем у однофазных индивидуальных компонентов. [48] [49] Улучшение механических свойств в нанокомпозитных керамических материалах было широко изучено. Значительное увеличение прочности (в 2–5 раз), ударной вязкости (в 1–4 раза) и сопротивления ползучести наблюдалось в системах, включая SiC/Al 2 O 3 , SiC/Si 3 N 4 , SiC/MgO и Al 2 O 3 /ZrO 2 . [50] [51] [52]

Наблюдаемые механизмы упрочнения различаются в зависимости от системы материалов, и, по-видимому, нет общего консенсуса относительно механизмов упрочнения, даже в пределах данной системы. Например, в системе SiC/Al 2 O 3 широко известно и принято, что добавление частиц SiC к матрице Al 2 O 3 приводит к изменению механизма разрушения с межзеренного (между зернами) на внутризеренный (внутри зерен) излом. Объяснения улучшенной прочности включают:

  • Простое снижение концентрации технологических дефектов при изготовлении нанокомпозитов.
  • Уменьшение размера критического дефекта в материале, приводящее к повышению прочности, как предсказывает соотношение Холла-Петча)
  • Искривление трещин на частицах нанофазы из-за остаточных термических напряжений, возникающих при охлаждении от температур обработки.
  • Микротрещины вдоль вызванных напряжением дислокаций в матричном материале. [53]

Броня

В военном секторе растет потребность в высокопрочных, надежных материалах, которые способны пропускать свет в видимой (0,4–0,7 микрометров) и средней инфракрасной (1–5 микрометров) областях спектра. Эти материалы необходимы для приложений, требующих прозрачной брони. Прозрачная броня — это материал или система материалов, разработанных так, чтобы быть оптически прозрачными, но при этом защищать от осколков или баллистических ударов. Основное требование к прозрачной системе брони — не только поражать обозначенную угрозу, но и обеспечивать возможность многократного попадания с минимальным искажением окружающих областей. Прозрачные окна брони также должны быть совместимы с оборудованием ночного видения. Ведется поиск новых материалов, которые будут тоньше, легче и будут обладать лучшими баллистическими характеристиками. [54] [55]

Существующие системы прозрачной брони обычно имеют много слоев, разделенных полимерными (например, поликарбонатными ) прослойками. Полимерная прослойка используется для смягчения напряжений от несоответствий теплового расширения, а также для остановки распространения трещин от керамики к полимеру. Поликарбонат в настоящее время также используется в таких приложениях, как козырьки, защитные щитки для лица и очки для защиты от лазерного излучения. Поиск более легких материалов также привел к исследованиям других полимерных материалов, таких как прозрачные нейлоны, полиуретан и акрилы. Оптические свойства и долговечность прозрачных пластиков ограничивают их использование в броневых приложениях. Исследования, проведенные в 1970-х годах, показали перспективность использования полиуретана в качестве материала брони, но оптические свойства были недостаточны для применения в прозрачной броне. [23]

Несколько видов стекла используются в прозрачной броне, например, обычное листовое стекло (натриево-кальциево-силикатное), боросиликатное стекло и плавленый кварц . Листовое стекло было наиболее распространенным стеклом из-за его низкой стоимости, но более высокие требования к оптическим свойствам и баллистическим характеристикам породили потребность в новых материалах. Химическая или термическая обработка может повысить прочность стекол, а контролируемая кристаллизация определенных стеклянных систем может производить прозрачную стеклокерамику. Alstom Grid Research & Technology (Стаффорд, Великобритания) выпустила стеклокерамику на основе дисиликата лития, известную как TransArm, для использования в прозрачных системах брони с непрерывным производством, выпускающим детали размером с лобовое стекло транспортного средства (и больше). Неотъемлемые преимущества стекол и стеклокерамики включают в себя более низкую стоимость, чем у большинства других керамических материалов, возможность производства изогнутых форм и возможность формования в большие листы. [56]

Прозрачная кристаллическая керамика используется для отражения современных угроз. В настоящее время существуют три основных прозрачных кандидата: оксинитрид алюминия (AlON), шпинель из алюмината магния ( шпинель ) и монокристаллический оксид алюминия ( сапфир ).

Шпинель оксинитрида алюминия

Алюминиевая оксинитридная шпинель ( Al23O27N5 ) , сокращенно AlON, является одним из ведущих кандидатов на прозрачную броню. Она производится Surmet Corporation под торговой маркой ALON. Включение азота в оксид алюминия стабилизирует кристаллическую фазу шпинели, которая благодаря своей кубической кристаллической структуре и элементарной ячейке является изотропным материалом, который может быть произведен как прозрачный керамический наноматериал. Таким образом, мелкозернистые поликристаллические наноматериалы могут быть получены и сформированы в сложные геометрии с использованием обычных методов формования керамики, таких как горячее изостатическое прессование и шликерное литье . [23]

Корпорация Surmet приобрела бизнес Raytheon ALON и в настоящее время создает рынок для этой технологии в области прозрачной брони, сенсорных окон, разведывательных окон и ИК-оптики, такой как линзы и купола, а также в качестве альтернативы кварцу и сапфиру на рынке полупроводников. Прозрачная броня на основе AlON была испытана на предотвращение многократных угроз, включая 30calAPM2 и 50calAPM2. Высокая твердость AlON обеспечивает устойчивость к царапинам, которая превосходит даже самые прочные покрытия для стеклянных окон сканеров, таких как те, которые используются в супермаркетах. Surmet успешно изготовила изогнутое окно AlON размером 15"x18" и в настоящее время пытается масштабировать технологию и снизить стоимость. Кроме того, армия США и ВВС США стремятся разработать приложения следующего поколения. [23] [57] [58]

Шпинель

Алюмомагнезиальная шпинель (MgAl 2 O 4 ) представляет собой прозрачную керамику с кубической кристаллической структурой с превосходной оптической передачей от 0,2 до 5,5 микрометров в поликристаллической форме. Оптически качественная прозрачная шпинель была получена с помощью спекания/HIP, горячего прессования и горячего прессования/HIP операций, и было показано, что использование горячего изостатического прессования может улучшить ее оптические и физические свойства. [23] [59]

Шпинель предлагает некоторые преимущества в обработке по сравнению с AlON, например, тот факт, что порошок шпинели доступен у коммерческих производителей, в то время как порошки AlON являются собственностью Raytheon. Он также может обрабатываться при гораздо более низких температурах, чем AlON, и, как было показано, обладает превосходными оптическими свойствами в инфракрасной (ИК) области. Улучшенные оптические характеристики делают шпинель привлекательной для сенсорных приложений, где на эффективную связь влияют характеристики поглощения защитного купола ракеты. [23] [60] [61]

Шпинель перспективна для многих применений, но в настоящее время недоступна в виде насыпью ни у одного производителя, хотя попытки коммерциализировать шпинель ведутся. Бизнесом по производству шпинельной продукции занимаются два ключевых производителя из США: «Technology Assessment and Transfer» и «Surmet Corporation».

Обширный обзор литературы NRL ясно показал, что попытки изготовить высококачественную шпинель до сих пор не увенчались успехом, поскольку динамика уплотнения шпинели плохо изучена. Они провели обширные исследования динамики, связанной с уплотнением шпинели. Их исследования показали, что LiF, хотя и необходим, также оказывает крайне неблагоприятное воздействие на конечных стадиях уплотнения. Кроме того, его распределение в порошках прекурсоров шпинели имеет решающее значение.

Традиционные процессы смешивания в больших объемах, используемые для смешивания спекающей добавки LiF с порошком, оставляют довольно неоднородное распределение Lif, которое должно быть гомогенизировано путем длительной термообработки при повышенных температурах. Температура гомогенизации для Lif/шпинели соответствует температуре быстрой реакции между LiF и Al2O3 . Чтобы избежать этой пагубной реакции, они разработали новый процесс, который равномерно покрывает частицы шпинели спекающей добавкой . Это позволяет им уменьшить количество Lif, необходимое для уплотнения, и быстро нагревать до температуры максимальной реакционной способности. Эти разработки позволили NRL изготовить шпинель MgAl2O4 с высокой прозрачностью и чрезвычайно высокой воспроизводимостью, что должно обеспечить военное и коммерческое использование шпинели. [62]

Сапфир

Монокристаллический оксид алюминия ( сапфир – Al 2 O 3 ) – это прозрачная керамика. Кристаллическая структура сапфира ромбоэдрическая, поэтому его свойства анизотропны и изменяются в зависимости от кристаллографической ориентации. Прозрачный оксид алюминия в настоящее время является одним из самых зрелых видов прозрачной керамики с точки зрения производства и применения и доступен у нескольких производителей. Но его стоимость высока из-за температуры обработки, а также затрат на механическую обработку для вырезания деталей из монокристаллических булей. Он также имеет очень высокую механическую прочность, но это зависит от обработки поверхности. [23]

Высокий уровень зрелости сапфира с точки зрения производства и применения можно отнести к двум областям бизнеса: окна электромагнитного спектра для ракет и куполов, а также электронная/полупроводниковая промышленность и приложения.

Существуют текущие программы по масштабированию сапфира, выращенного методом теплообменника или процессами роста с подачей пленки с заданным краем (EFG). Его зрелость обусловлена ​​его использованием в качестве окон и в полупроводниковой промышленности. Crystal Systems Inc., которая использует методы выращивания монокристаллов , в настоящее время масштабирует свои сапфировые були до диаметра 13 дюймов (330 мм) и больше. [ необходима цитата ] Другой производитель, Saint-Gobain Group, производит прозрачный сапфир, используя метод роста с заданным краем. Сапфир, выращенный с помощью этого метода, дает оптически худший материал по сравнению с тем, который выращивается с помощью методов монокристаллов, но он намного дешевле и сохраняет большую часть характеристик твердости, пропускания и устойчивости к царапинам. В настоящее время Saint-Gobain способна производить сапфир толщиной 0,43 дюйма (выращенный) в листах размером 12 × 18,5 дюймов, а также толстые одинарно изогнутые листы. [23] Исследовательская лаборатория армии США в настоящее время изучает возможность использования этого материала в ламинированной конструкции для прозрачных систем брони. Группа Saint Gobain вывела на рынок возможность удовлетворения требований к полетам на истребителях F-35 Joint Strike Fighter и F-22 Raptor следующего поколения. [24]

Композиты

Будущие высокоскоростные ракеты с инфракрасным наведением потребуют новых материалов купола, которые будут существенно более прочными, чем те, которые используются сегодня, сохраняя при этом максимальную прозрачность во всем рабочем спектре или полосе пропускания. Существует давний компромисс между оптической полосой пропускания и механической прочностью в текущей группе однофазных (кристаллических или стеклообразных) керамических материалов, передающих ИК-излучение, что заставляет конструкторов ракет принимать нестандартные общие характеристики системы. Оптические нанокомпозиты могут предоставить возможность для разработки новых материалов, которые могут преодолеть эти традиционные ограничения. [24]

Например, прозрачная керамическая броня, состоящая из легкого композита, была сформирована путем использования лицевой пластины из прозрачного оксида алюминия Al 2 O 3 (или магнезии MgO) с опорной пластиной из прозрачного пластика. Две пластины (скрепленные вместе прозрачным клеем) обеспечивают полную баллистическую защиту от снарядов 0,30 AP M2 под углом 0° с начальной скоростью 2770 футов (840 м) в секунду. [63] Другая прозрачная композитная броня обеспечивала полную защиту от снарядов стрелкового оружия вплоть до калибра .50 AP M2, состоящих из двух или более слоев прозрачного керамического материала. [64] [65]

Нанокомпозиты иттрия и магния были получены со средним размером зерна ~200 нм. Эти материалы продемонстрировали почти теоретическую передачу в ИК-диапазоне 3–5 мкм. Кроме того, такие композиты показали более высокую прочность, чем та, которая наблюдалась для однофазных твердотельных компонентов. Несмотря на отсутствие согласия относительно механизма разрушения, широко признано, что нанокомпозитные керамические материалы могут и действительно предлагают улучшенные механические свойства по сравнению с однофазными материалами или наноматериалами однородного химического состава. [48]

Нанокомпозитные керамические материалы также предлагают интересные механические свойства, недостижимые для других материалов, такие как сверхпластичный поток и металлоподобная обрабатываемость. Ожидается, что дальнейшее развитие приведет к созданию высокопрочных, высокопрозрачных наноматериалов, которые подходят для использования в качестве брони следующего поколения. [23]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Патель, П. Дж. и др., (2000) «Прозрачная керамика для брони и окон ЭМ», Proc. SPIE, т. 4102, стр. 1, Неорганические оптические материалы II , Маркер, А. Дж. и Артурс, Э. Г., ред.
  2. ^ ab Harris, DC (2009) «Материалы для инфракрасных окон и куполов: свойства и эксплуатационные характеристики», монография SPIE PRESS, том PM70 (Международное общество инженеров-оптиков, Беллингхэм, шт. Вашингтон)
  3. ^ «iPhone 15 Pro и iPhone 15 Pro Max».
  4. ^ Беляков, А.В., «Производство прозрачной керамики (Обзор)», Наука для керамического производства, Стекло и керамика, Т. 52, стр. 14 (1995)
  5. ^ Икесуэ, А.; Киносита, Тошиюки; Камата, Киичиро; Ёсида, Кунио; и др. (1995). «Изготовление и оптические свойства высокопроизводительной поликристаллической керамики Nd:YAG для твердотельных лазеров». Журнал Американского керамического общества . 78 (4): 1033. doi :10.1111/j.1151-2916.1995.tb08433.x.
  6. ^ Ikesue, A (2002). "Поликристаллические лазеры на основе керамики Nd:YAG". Optical Materials . 19 (1): 183. Bibcode : 2002OptMa..19..183I. doi : 10.1016/S0925-3467(01)00217-8.
  7. ^ Тачиваки, Т. и др., Новый синтез YAG, ведущий к созданию прозрачной керамики", Solid State Communications, Vol. 119, стр. 603 (2001).
  8. ^ Lu, J., et al., "Нанокристаллическая керамика YAG, легированная неодимом – новое поколение твердотельных лазерных и оптических материалов", J. All. Comp., т. 341, стр. 220 (2002)
  9. ^ Bison, JF, et al., «Нанотехнология стимулирует технологию производства твердотельных лазеров», Recent Res. Devel. Applied Physics, Vol. 7, p. 475 (2004)
  10. ^ Хьюи, Дж. К. и Джентилман, Р., «Характеристика прозрачного поликристаллического YAG, изготовленного из нанопорошков», Proc. SPIE, т. 5786, стр. 251 (Тастисон, Р. В., ред., Технология и материалы окон и куполов IX, 2005)
  11. ^ "Лампа Люкалокса" . Получено 2009-06-06 .
  12. ^ ab "Сегодня ученые General Electric объявили о создании керамического материала космической эры, прозрачного как стекло, но способного выдерживать температуры в два раза выше" (пресс-релиз). Питер Ван Эвери, Центр общественной информации General Electric Research and Development Center. 10 октября 1966 г.
  13. ^ ab Yoldas, BE (1979). "Формирование монолитного стекла путем химической полимеризации". Journal of Materials Science . 14 (8): 1843. Bibcode : 1979JMatS..14.1843Y. doi : 10.1007/BF00551023. S2CID  137347665.
  14. ^ Барбаран, Дж. Х. и др., «Синтез высоколегированного порошка Nd:YAG методом SOL–GEL», Физика полупроводников, квантовая электроника и оптоэлектроника, т. 8, стр. 87 (2005)
  15. ^ ab Prochazka, S.; Klug, FJ (1983). "Инфракрасно-прозрачная муллитовая керамика". Журнал Американского керамического общества . 66 (12): 874. doi :10.1111/j.1151-2916.1983.tb11004.x.
  16. ^ Цзян, Хуа (2005). «Прозрачная электрооптическая керамика и устройства» (PDF) . В Мин, Хай; Чжан, Сюпин; Чэнь, Мэгги Ихонг (ред.). Оптоэлектронные приборы и интеграция . Т. 5644. стр. 380. doi :10.1117/12.582105. S2CID  55019036.
  17. ^ Цукума, К.; Ямасита, Исао; Кусуносе, Такафуми; и др. (2008). «Прозрачная 8 мол% Y2O3–ZrO2 (8Y) керамика». Журнал Американского керамического общества . 91 (3): 813. doi :10.1111/j.1551-2916.2007.02202.x.
  18. ^ Maiman, TH (1960). "Стимулированное оптическое излучение в рубине". Nature . 187 (4736): 493– 494. Bibcode :1960Natur.187..493M. doi :10.1038/187493a0. S2CID  4224209.
  19. ^ Хехт, Джефф (2005). Луч: гонка за создание лазера . Oxford University Press. ISBN 0-19-514210-1.
  20. ^ abc Kingery, WD, Bowen, HK, и Uhlmann, DR, Введение в керамику , стр. 690 (Wiley-Interscience, 2-е издание, 2006)
  21. ^ Москалик, К; Козлов, А; Демин, Е; Бойко, Е (2009). «Эффективность лечения рака кожи лица с помощью высокоэнергетических импульсных неодимовых и Nd:YAG лазеров». Photomedicine Laser Surgery . 27 (2): 345– 349. doi :10.1089/pho.2008.2327. PMID  19382838.
  22. ^ Yang J.; Yin, TL; Xu, WM; Xia, LB; Li, AB; Hu, J (2006). «Репродуктивный результат перегородчатой ​​матки после гистероскопического лечения неодимовым:YAG-лазером». Photomedicine Laser Surgery . 24 (5): 625. doi :10.1089/pho.2006.24.625. PMID  17069494.
  23. ^ abcdefghi Patel, PJ, et al., Прозрачная броня , Информационный бюллетень AMPTIAC, Передовые технологии материалов и процессов, том 4 (осень, 2000 г.)
  24. ^ abcde Sands, JM, et al., (ARL) и Boyce, MC (MIT Mech. Engr.), Защита будущих сил: прозрачные материалы защищают армейское зрение , армейские исследования материалов: трансформация наземного боя с помощью новых технологий, AMPTIAC Quarterly, том 8 (2004)
  25. ^ Лемпицки, А. Прозрачная керамика ALEM Associates (2007)
  26. ^ abcde Технология искрового лазера на прозрачной керамике, Ливерморская национальная лаборатория им. Лоуренса (S&TR, 2006) Общественное достояниеВ данной статье использован текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  27. ^ Куман, GA, et al., IEEE Journal. Квантовая электроника, т. 40, стр. 747 (2004)
  28. ^ ab Anderson, Richard C. & John Barker (январь–февраль 1969). «Уникальная оптическая керамика». Optical Spectra (Optical Materials Issue).
  29. ^ Грескович, К. и Вудс, К. Н., «Изготовление прозрачного Y 2 O 3 , легированного ThO 2 », Bull. Amer. Ceram. Soc., т. 52, стр. 473 (1973)
  30. ^ Rhodes, WH, "Управляемое переходное твердотельное вторичное спекание иттрия", J. Am. Ceram. Soc., т. 64, стр. 13 (1984)
  31. ^ Родс, У. Х. и Трикетт, Э. А., «Прогресс в области прозрачного иттрия», GTE Labs, Inc., (Технический информационный центр Министерства обороны, 1984)
  32. ^ Конг, Дж. и др., «9,2-ваттный керамический лазер Yb:Y 2 O 3 с диодной накачкой », Applied Physics Letters, т. 86, стр. 116 (2005)
  33. ^ Токуракава, М. и др., «Диодно-накачиваемый 188 фемтосекундный керамический лазер Yb 3+ :Y 2 O 3 с синхронизацией мод », Applied Physics Letters, т. 90, стр. 71 (2007)
  34. ^ Биссон, Дж. Ф. и др., «Переключение излучательной способности и фотопроводимости в высоколегированной керамике Yb 3+ :Y 2 O 3 и Lu 2 O 3 », Applied Physics Letters, т. 90, стр. 201 (2007)
  35. ^ "Achtung Panzer! – Немецкие инфракрасные приборы ночного видения". Achtungpanzer.com. 2009-01-27. Архивировано из оригинала 2010-01-25 . Получено 2012-02-10 .
  36. ^ "Night Vision & Electronic Sensors Directorate – Fort Belvoir, Virginia". Nvl.army.mil. Архивировано из оригинала 2012-02-09 . Получено 2012-02-10 .
  37. ^ Джон Пайк. "Очки ночного видения (NVG)". Globalsecurity.org . Получено 10.02.2012 .
  38. ^ Maldague XPV и Moore, PO, ред., Принципы инфракрасного и теплового контроля , в Справочнике по неразрушающему контролю, Инфракрасный и тепловой контроль, том 3, 3-е издание, ASNT Press, Колумбус (2001)
  39. ^ ab Kumar, RT Rajendra и др., Тонкие пленки оксида ванадия, осажденные при комнатной температуре, для неохлаждаемых инфракрасных детекторов , Materials Research Bulletin, т. 38, стр. 1235 (2003)
  40. ^ Maldague XPV и др., «Глава 2: Основы инфракрасного и теплового тестирования: Часть 1. Принципы инфракрасного и теплового тестирования», в Nondestructive Handbook, Infrared and Thermal Testing, Vol. 3, 3rd Edn., Columbus, Ohio, ASNT Press (2001) p.718
  41. ^ Гамильтон, Ричард (1995). «Высокоточные управляемые боеприпасы и новая эра войны». Центр исследований авиационной мощи, Королевские ВВС Австралии . Получено 2009-02-02 .
  42. ^ Зарчан, П., Тактическое и стратегическое ракетное наведение, AIAA (2007)
  43. ^ Mahulikar, SP, Sonawane, HR, & Rao, GA, "Исследования инфракрасной сигнатуры аэрокосмических аппаратов", Progress in Aerospace Sciences , Vol.43, p.218 (2006)
  44. ^ Air Power Australia (март 1982 г.). "Heat-Seeking Missile Guidance". Australian Aviation . 1982 (март). Ausairpower.net . Получено 10.02.2012 .
  45. ^ Харрис, Д.К., «Обзор прогресса в упрочнении сапфира при повышенных температурах», Proc. SPIE, т. 3705, стр. 2 (1999)
  46. ^ ab Hogan, P., et al., «Прозрачный иттрий для ИК-окон и куполов – прошлое и настоящее», Raytheon Integrated Defense Systems (10-й симпозиум Министерства обороны по электромагнитным окнам, 2004 г.)
  47. ^ Mouzon, J., et al., "Изготовление прозрачного оксида иттрия методом HIP и стеклянной инкапсуляции", J. Euro. Ceram. Soc., Vol. 29, p. 311 (2009)
  48. ^ ab Стефаник, Т. и др., «Нанокомпозитная оптическая керамика для инфракрасных окон и куполов», Proc. SPIE, том 6545 (2007)
  49. ^ Справочник по оптическим материалам , под ред. Марвина Вебера, Лазерная и оптическая наука и технология (CRC Press, 2002)
  50. ^ "Обзор: Структурные керамические нанокомпозиты", J. Europ. Ceram. Soc., т. 17, стр. 1061 (1997)
  51. ^ Нихара, К. и др., «Новая нанокомпозитная структурная керамика», Mat. res. Soc. Symp. Proc., т. 286, стр. 405 (1993)
  52. ^ Механические свойства керамики , Вахтман, Дж. Б., Кэннон, У. Р. и Мэтьюсон, М. Дж. (John Wiley & Sons, 2009)
  53. ^ Чой, SM, и Аваджи, H., «Нанокомпозиты: новая концепция дизайна материалов», Sci. Tech. Adv. Mat., т. 6, стр. 2 (2005)
  54. ^ Достижения в области керамической брони IV. Часть I: Прозрачные стекла и керамика, Ceramic Engineering and Science Proceedings, том 29 (Wiley, Американское керамическое общество, 2008) ISBN 0-470-34497-0 
  55. ^ Эшли, Дж., «Прозрачная броня — станет ли она следующим необработанным алмазом?», Журнал RDECOM, Научно-исследовательское, опытно-конструкторское и инженерное командование армии США (2006)
  56. ^ Клемента Р. и др., «Прозрачные броневые материалы», J. Euro. Сер. Соц., Том. 28, с. 1091 (2008)
  57. ^ Лундин, Л., «Военно-воздушные силы испытывают новую прозрачную броню», Научно-исследовательская лаборатория ВВС по связям с общественностью (2005)
  58. ^ Лундин, Л., «AFRL тестирует прозрачную броню: исследователи изучают прозрачный керамический материал, который обеспечивает лучшую защиту, чем современное пуленепробиваемое стекло, при гораздо меньшем весе и толщине», Advanced Materials and Processes (ноябрь 2006 г.)
  59. ^ Брух, А., General Electric, Прозрачная магнезиально-алюминиевая шпинель и метод , патент США 3516839 (1970)
  60. ^ Сэндс, Дж. М. и др., «Моделирование прозрачной керамики для улучшения военной брони», Специальный выпуск по прозрачной керамике , Журнал Европейского общества по изучению церквей, том 29, стр. 261 (2009)
  61. ^ Thewis, BW и Gordon, LJ, Метод приготовления магнезиальной шпинели , Патент США 3304153 (1970)
  62. ^ Виллалобос, GR, et al., «Прозрачная керамика: магниевая алюмо-шпинель», Materials Science and Technology, NRL Review (2005)
  63. ^ Прозрачная керамическая композитная броня , патент США H001519 (2002)
  64. ^ Прозрачная керамическая броня , патент США H001567 (2003)
  65. ^ Навиас, Л., Изделия из магнезиальной алюмо-шпинели и способ их приготовления , Патент США 3083123 (1965)

Дальнейшее чтение

  • Обработка керамики перед обжигом , Онода, Г. Й., младший и Хенч, Л. Л., редакторы (Wiley & Sons, Нью-Йорк, 1979)
На Викискладе есть медиафайлы по теме «Приборы ночного видения» .
  • Лазерные достижения
  • Как работает ночное видение
  • "Модель рассеяния света Апетца"
  • Институт Фраунгофера IKTS
  • Техника Розенфланца
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Прозрачная_керамика&oldid=1266442021"