W Naval Research Laboratory (NRL) opracowano cykl procesów tworzenia transparentnej ceramiki spinelowej która ma lepszą przeświecalność od szkła, szafiru i innych materiałów stosowanych tradycyjnie w wysoko energetycznych laserach, oknach, lekkich pancerzach. Unikatowa metoda polega na powszechnie stosowanym prasowaniu na gorąco w wysokiej próżni proszku który jest następnie spiekany w przezroczyste ciało stałe. Rozwiązanie opracowane przez NRL zawiera nową metodę powlekania za pomocą równomiernego rozpylania warstw spinelowego proszku wraz z dodatkami ułatwiającymi spiekanie. Dodatkowo proces spiekania został zmodyfikowany w celu całkowitego wyeliminowanie pozostałości LiF przez odparowanie, a tym samym unikanie niepożądanych reakcji chemicznych.
Wytwarzanie przezroczystych materiałów nie jest niczym nowym, bowiem potrafili je już wytwarzać w starożytności. Jednakże ten typ materiału jest czymś innym, czymś co wyróżnia go pośród innych transparentnych wyrobów. Podobnie jak szkło należy do grupy materiałów ceramicznych, lecz posiada uporządkowanie dalekiego zasięgu, innymi słowy sieć krystaliczną. Taki materiał ceramiczny może być wykorzystany do produkcji elektroniki, laserów wysoko energetycznych, a nawet przezroczystego pancerza. Zaraz zaraz, transparentny pancerz dla żołnierza? Wystarczy opracować system zmiany jego ubarwienia tzw. tryb maskowania oraz samoregeneracji uszkodzeń, a opancerzenie rodem z futurystycznych gier komputerowych stanie się rzeczywistością.
Nowa transparentna ceramika może zrewolucjonizować rynek szyb i okien, które staną się mocniejsze i bardziej wytrzymałe a nawet kuloodporne dzięki ceramicznym dodatkom lub warstwom. Połączenie z systemem szkła BGG może przynieść dodatkowe korzyści w kwestii wytwarzania nowoczesnych kompozytów ceramiki amorficznej z krystaliczną. Taka kombinacja zapewnia doskonałą transmisję optyczną światła widzialnego oraz promieniowania podczerwonego o niskiej energii (200 – 5000 nm), co jest lepszym wynikiem niż w przypadku godnego podziwu szafiru. Ceramika spinelowa jest uniwersalna, można więc wytwarzać duże jak i skomplikowane kształty, jedynym ograniczeniem jest wielkość komory do spiekania. Jest bardzo twarda, wytrzymała, sztywna oraz przyjazna dla środowiska, nie wspominając już o czynnikach ekonomicznych.
Tworzenie lepszych, bardziej efektywnych materiałów jest częścią gry zwanej innowacją. Przebyliśmy długą drogę od starożytnego Rzymu gdzie wytwarzano elementy dekoracyjne z modnego wówczas szkła, aż do chwili gdy potrafimy już wykonać materiały równie dobrze a nawet lepiej przeświecalne niż szkło tradycyjne i o znacznie lepszej wytrzymałości mechanicznej i twardości. Czy spinelowa ceramika transparentna stanie będzie kolejnym rewolucyjnym materiałem? Wszystko przed nami…
Źródła:
[1] http://www.nrl.navy.mil/techtransfer/fs.php?fs_id=MAT27 | 20.07.2013
[2] Analysis of scattering sites in transparent magnesium aluminate spinel” Ceramic Engineering and Science Proceedings26 [7] (2005) 293-298.
[3] Rain water dripping over a window by Horia Varlan, flickr.com, CC by 2.0