美国海军研究实验室(NRL)正在制造一种名为尖晶石的透明陶瓷，这种陶瓷有一天可能会取代军事成像系统中的玻璃。(图片:美国海军/大众传播专家二级迈克尔·拉塞尔)
由哈斯·桑赫拉博士领导的研究小组美国海军研究实验室他参与了一项长达10年的研究，以创造透明尖晶石，一种特殊的陶瓷，它像盔甲一样坚硬，防刮和坚不可摧。
尖晶石实际上是一种矿物，它是铝酸镁。它的优点是比玻璃更坚硬，更坚固，更硬。它能在更恶劣的环境中提供更好的保护——因此它能抵御沙子和雨水的侵蚀。
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尖晶石的高耐久性保证了即使是很薄的一层也能提供比玻璃更高的性能。
对于重量敏感的平台——无人机(无人驾驶车辆)、头戴面罩——这是一项改变游戏规则的技术。
NRL使用烧结技术创造了透明尖晶石。烧结是一种低温方法，尖晶石片的大小取决于压力机的大小。
Sanghera说:“最终，我们将把它交给工业，所以它必须是一个可扩展的过程。”在实验室里，该团队建造了直径为8英寸的部件。“然后我们将这项技术授权给一家公司，这家公司能够将其放大到更大的平板上，大约30英寸宽。”NRL还利用烧结方法建立了多种形状的光学系统，“与飞机或无人机机翼表面共形”，基于压力机的形状。
桑赫拉说，尖晶石除了更加坚硬之外，还具有“独特的光学特性;你不仅能看穿它，还能让红外光穿过它。”这意味着在军事成像系统中，“可以使用尖晶石作为窗口，因为它允许红外光通过。”
NRL还计划将尖晶石用于海上和其他恶劣环境中的激光窗口。“我要担心海浪拍打、海水和类似的事情，还要担心枪声——这些都要有抵抗力。”这就是尖晶石发挥作用的地方，”桑赫拉说。
桑赫拉说:“我们所做的每一件事，都是为了推动使命的实现。它的目的要么是启用一个新的应用程序，一个新的功能，要么是增强现有的。”
尖晶石作为宝石是可以开采的。例如著名的黑王子红宝石，实际上是尖晶石有一种颜色掺杂剂。NRL团队甚至成功合成了超高纯度的尖晶石粉末，市场上也有其他人造的尖晶石粉末。桑赫拉说:“这些前体都是丰富的泥土，所以可以以相当低的成本获得。”
由NRL创造的尖晶石是一种多晶材料，或许多晶体颗粒挤压在一起。欧洲杯猜球平台而玻璃,“在表面形成的裂缝将贯穿整个尖晶石，”尖晶石可能会碎裂，但不会开裂。“这就像在小行星带导航，你创造了一条曲折的路径:如果我把所有这些晶体打包在一起，裂缝在硬晶体上偏转:你消散了裂缝的能量。”
最初，当科学家们开始尝试制造类似玻璃的尖晶石时，他们使用的是坩埚，而不是压力机。“晶体生长的一个大问题是，你必须在非常高的温度下熔化起始粉末，超过2000摄氏度，”Sanghera说。将一种材料加热到这么高的温度是非常昂贵的，此外，“熔化的材料会与坩埚发生反应，所以如果你试图制造非常高质量的晶体，你最终会产生大量的缺陷。”
因此Sanghera和他的团队转向了烧结。“你把粉末放在热压机上，在真空下压，把这些粉末压在一起——如果你能做到这一点，那么你就能排除所有的空气，突然之间，它就出来了，看起来很干净。”
如果压力机有平板，尖晶石也将是平板形状。桑赫拉说:“但是如果我有一个球形的关节，把粉末放在那里，我最终会得到一个圆顶的形状，所以我们可以用这种方法制造接近净形状的产品。”
NRL并不是第一个使用烧结技术的实验室。然而，之前的尝试都取得了成功“这扇窗户的大部分地方看起来都是阴云，还有一些奇怪的地方——大约一英寸左右——是透明的，然后就可以从岩心中钻出来。”
随后，他们注意到尖晶石粉末中的助烧结剂的另一个问题。
这大约是一种不同粉末的1%，在这种情况下是氟化锂，”Sanghera说。这种“金粉”是用来融化和润滑粉末颗粒的，所以摩擦力更小，所以在烧结过程中它们可以一起移动。欧洲杯猜球平台他们把粉末放在摇瓶里过夜，但是，“问题是，在粉末的规模上，它从来没有混合均匀。
通过理解这个问题，该团队能够找到一种创新的解决方案来实现均匀混合。现在，“只有一种方式的密度，”加工尖晶石将出现在新闻界清楚。
为了进一步提高光学的质量，“你可以像打磨宝石一样打磨它，”Sanghera说。这个过程是最昂贵的步骤。“我们正在考虑的事情之一是，我们如何降低完成成本?”印刷机的表面被印在玻璃上。他说道:“如果我们能够在此基础上进行改进，将镜像制作完成，那么这便是我们进入知识产权领域的关键所在，那么实现这一目标的最佳方式是什么呢?”
“成本是一个很大的驱动因素，所以对我们来说，制造出可负担得起的产品是很重要的”，尤其是对国防部(DoD)和私营部门。
“有很多应用，”桑赫拉说。他列举了智能手机和手表等消费类电子产品作为例子。尖晶石将在军事上作为一种透明的护甲，用于面罩和车辆。
例如，目前使用的“防弹”窗由许多大约5英寸厚的塑料和玻璃层组成。“如果你用尖晶石代替它，你会减少两倍或更多的重量，”Sanghera说。
军方还将采用尖晶石来加强对飞机和其他平台上可见和红外摄像机的保护。
图片来源:美国海军/大众传播专家二级Michael Russell
玻璃不传输红外线，因此目前的光学是由“非常柔软和脆弱的外来材料”，并由好几层组成，以弥补颜色变形。欧洲杯足球竞彩
Sanghera说:“这就是我们现在一直在做的，开发新的光学材料。”欧洲杯足球竞彩尖晶石窗还可以保护空间卫星上的传感器，Sanghera正在研究这一问题。
“你可以让它们在那里待更长的时间，进入比现在更严酷的环境，让它们具备更多的能力，”他说。
NRL还将把尖晶石用于下一代(NEXTGEN)激光器。他说:“激光可以被认为是光学组成的盒子。”“有被动成分和主动成分:被动成分只是一个保护窗口;主动是指我们改变从另一端发出的光的颜色。”
在被动激光应用的情况下，如出口孔或窗口，高质量是至关重要的。
“那个窗口，如果里面有任何杂质或垃圾，它就能吸收激光，”Sanghera说。"当它吸收时，物质会变热，"窗户可能会破。Sanghera的团队已经清楚地说明了超高纯度尖晶石粉末的功能，这是他们在NRL洁净室中创造的。他们还说明了烧结如何可以用来创造高质量的激光器，甚至与其他材料的主动激光应用。欧洲杯足球竞彩替代尖晶石的其他材料欧洲杯足球竞彩可以是掺杂稀土离子的氧化钇或镥。NRL已经成功地改变了这两种类型的激光材料和应用，以适应工业用途。欧洲杯足球竞彩
Sanghera于1988年在伦敦帝国理工学院完成材料科学博士学位后加入NRL。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球他说:“一点一点地与人交谈，提出问题，参加会议——你会发现，这家公司运转的动力在于解决问题。”“没有两天是一样的，这非常令人兴奋。”
最初，他用玻璃做实验，重点研究其光纤。他目前在尖晶石方面的成功可以归因于对纯度和质量的坚持。“光纤很长，可以从1米到100公里。纯度非常重要，因为如果里面有垃圾，光线要么会被吸收，要么会被散射。”
他的实验室还致力于制造轻便、经济的纤维，可用于直升机和其他平台的红外对抗应用。通过在平台上编织，“这种光纤可以将来自平台内部的激光的能量远程传输到平台外部的一个设备，然后该设备可以跟踪并发射激光束，迷惑导弹。”
他承认:“在国防部，我们是光纤激光器开发的首要场所。这是我们大力参与的项目，所有不同类型的光纤、配置和材料都需要使这些眼睛更安全和NEXTGEN激光器。”欧洲杯足球竞彩
Sanghera解释说，转变正在发生，例如，通过增强尺寸、重量和性能/功率(SWAP)，在当前的能力中看到了改进;“但革命是当你有了一些新想法时，你就能让全新的能力成为可能。”他把这一切归功于NRL著名的各种学科。“我们有很多聪明的人，我们有很多我称之为令人头痛的会议，在那里我们讨论新的想法和机会。如果你不提出问题，你就不会得到答案，也不会激发新的想法。”
他还赞扬了与行业和NRL服务的密切关系。”我们与战争中心、系统人员交谈，这样你所做的才会真正有价值。这里面已经有应用了，我们只是想解决这个问题;所以在这个意义上，它是非常专注的。”
参考文献