Az átlátszó alumínium, más néven alumínium-oxinitrid (AION) egy átlátszó polikristályos kerámia, amely nitrogénből, oxigénből és alumíniumból álló kocka spinell kristályszerkezetű. Az építőiparban való felhasználása még nem terjedt el széles körben (sőt, még alig van ilyenfajta felhasználása), az anyag rendkívül drága előállítása miatt.

Viszont a tulajdonságai miatt, és a várhatóan egyszerűsödő, és ezáltal olcsóbb előállítás végett számos felhasználásra alkalmas anyaggá teszi az átlátszó aluminiumot. Remek tűzálló, és rendkívül kemény anyag, ezenkívül nagyszerű hőszigetelő anyag.

Optikailag átlátszó a közeli ultraibolya, a látható és az infravörös tartományban. Négyszer keményebb, mint az olvasztott szilícium-dioxid üveg, 85%-kal keményebb, mint a zafír és 15%-kal keményebb, mint a magnézium-aluminát spinell. Az anyag 1200 °C-ig szilárd marad, tehát jó hőálló tulajdonsággal rendelkezik. Jól ellenáll a korróziónak, valamint a sugárzás és az oxidáció okozta károsodásnak. Körülbelül háromszor keményebb, mint az azonos vastagságú acél.

Ebből az anyagból hagyományos kerámiapor-feldolgozási módszerekkel kupolák, csövek, átlátszó ablakok, rudak és lemezek állíthatók elő. Az átlátszó alumínium előállításának módszerei továbbra is elég drágán kivitelezhetőek. Ennek az anyagnak az ára hasonló a szintetikus zafíréhoz.

Mechanikai tulajdonságok

Nyomószilárdság: 2,68 GPa
Hajlítószilárdság: 0,38-0,7 GPa
Törési szívósság: 2 MPa.m1/2
Knoop-keménység: 1800 kg/mm2
Poisson-szám: 0,24
Nyírási modulus: 135 GPa

Gyártási módszer

Az előállított kerámiaanyagot hőkezelésnek vetik alá magas hőmérsékleten, amelyet a csiszolási folyamat követ. Ezután az anyagot az átlátszóság elérése érdekében polírozzák. Az átlátszóságot körülbelül 2100 °C-on veszíti el. A csiszolási és polírozási folyamatok elsősorban az ütésállóságot növelik, és az így kapott anyag 85%-kal keményebb, mint a zafír.

A hagyományos módszerekkel előállított átlátszó alumíniumnak azonban nagy a porozitása, ezért alacsony az átlátszósága. Lee és társai a Yeungnam Egyetemről 2010-ben olyan gyártási módszert javasoltak, amely ezt megoldja.

Ebben a módszerben a kevesebb mint 0,5 tömegszázalék MgO-t tartalmazó forrásporhoz szinterelő adalékanyagot adnak. A forrásport ezután 1550-1750 °C hőmérsékleten előszinterezik, hogy egy több mint 95%-os relatív sűrűségű, polikristályos alumínium-oxid-nitrid kerámiát kapjanak. A kiindulási port ismét 1900°C-on lehet szinterezni az anyag relatív sűrűségének további növelése érdekében. Ennek eredményeképpen a porozitás megszűnik, és az átlátszóság több mint 95%-ra nő.

Az átlátszó alumínium néhány építőipari alkalmazási területe a következők lehetnek:

• Tűzálló anyagok.
• Szigetelők és hősugárzó lemezek.
• Fémmátrixú kompozitok.
• Áttetsző kerámiák.
• Hűtőbordák.
• Hővezető töltőanyagként.

Nehézségek

Az átlátszó alumíniumkerámiák 1950-es évek elején történt felfedezése óta számos kutató foglalkozott az átlátszó alumíniumkerámiák tanulmányozásával. Munkájuk számos megoldandó kihívásról számol be a nagy áteresztőképességű átlátszó alumíniumkerámiák előállításához, amelyek a következők: a szennyeződések minimalizálása, a mikropórusok kiküszöbölése, a szemcsehatárok ellenőrzése.

Bár számos kutatási munka javasol módszereket az átlátszó alumínium áteresztőképességének javítására az átlagos szemcseméret 1 µm alatti szabályozásával egy adott hullámhosszon, a szemcseméreteket nem lehetett hatékonyan csökkenteni a látható fény hullámhosszánál nagyon sokkal kisebb skálára a jelenlegi technikákkal.

Ennek eredményeként az anyag áteresztőképessége drámaian csökken a látható fény tartományában a hullámhossz csökkenésével. Ezért az átlátszó alumíniumban a kettőstörés problémáját lényegében nem lehetett megoldani. Ezenkívül az átlátszó alumínium előállítási költsége nagyon magas, összehasonlítva más átlátszó kerámiákéval.