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Oxynitrure d'aluminium

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Oxynitrure d'aluminium
Image illustrative de l’article Oxynitrure d'aluminium
__ Al3+     __ O2− / N3−
Structure cristalline de l'oxynitrure d'aluminum
Identification
No CAS 12633-97-5
Apparence solide incolore transparent
Propriétés chimiques
Formule Al23N5O27Al23-1/3xO27+xN5-x
0,429 < x < 2[1]
Masse molaire[2] 1 122,592 7 ± 0,009 1 g/mol
Al 55,28 %, N 6,24 %, O 38,48 %,
Propriétés physiques
fusion 2 150 °C[1]
Masse volumique 3,691 à 3,696 g·cm-3[1]
Cristallographie
Système cristallin Cubique
Classe cristalline ou groupe d’espace (no 227) [3]
Structure type Spinelle
Paramètres de maille 793,6 à 795,6 pm[1]
Propriétés optiques
Indice de réfraction = 1,79[4]

Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

L'oxynitrure d'aluminium est un composé chimique de formule moyenne Al23O27N5, plus précisément Al23-1/3xO27+xN5-x avec x compris entre 0,429 et 2[1]. Il s'agit d'une céramique transparente[5] réfractaire[6] suffisamment dure (dureté Vickers voisine de 16 GPa[7]) pour présenter un intérêt militaire. Elle est produite par Surmet Corporation dans le cadre d'un brevet américain déposé en 1985[8]. Il présente une structure cristalline cubique de type spinelle. Il est transparent dans les régions du spectre électromagnétique correspondant à l'infrarouge moyen, au spectre visible et au proche ultraviolet. Plus dur que le verre de quartz SiO2, l'alumine Al2O3 et le spinelle MgAl2O4, c'était en 2013 le matériau céramique transparent polycristallin le plus dur du marché[4] ; d'autres céramiques transparentes particulièrement dures sont néanmoins produites en laboratoire, comme le nitrure de silicium cubique c-Si3N4, dont la dureté Vickers avoisine les 40 GPa, le qualifiant comme céramique ultradure[9].

Il peut être produit sous forme de fenêtres, de plaques, de domes, de tiges, de tubes ou d'autres formes solides transparentes à l'aide des techniques habituelles de traitement des poudres de céramiques. Avec une masse volumique légèrement inférieure à 3,7 g/cm3 mais un coût cinq fois plus élevé que le verre blindé, il trouve diverses applications militaires comme verre pare-balles ou résistant aux explosions — on peut en faire un bouclier transparent arrêtant les cartouches 12,7 × 99 mm OTAN pour mitrailleuse lourde — ainsi que dans l'optoélectronique infrarouge[10].

Notes et références

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  1. a b c d et e (en) « ALON™ Optical Ceramic », sur surmet.com, Surmet Corporation (consulté le ).
  2. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  3. (en) Normand D. Corbin, « Aluminum Oxynitride Spinel (ALON): A Review »(Archive.orgWikiwixArchive.isGoogleQue faire ?), U.S. Army Materials Technology Laboratory, (consulté le ).
  4. a et b (en) Mohan Ramisetty, Suri Sastri, Uday Kashalikar, Lee M. Goldman et Nagrendra Nag, « Transparent polycrystalline cubic spinels protect and defend », American Ceramic Society Bulletin, vol. 92, no 2,‎ , p. 20-25 (lire en ligne)
  5. (en) T. M. Hartnett, S. D. Bernstein, E. A. Maguire et R. W. Tustison, « Optical properties of ALON (aluminum oxynitride) », Infrared Physics & Technology, vol. 39, no 4,‎ , p. 203-211 (DOI 10.1016/S1350-4495(98)00007-3, Bibcode 1998InPhT..39..203H, lire en ligne)
  6. (en) Wang Xidong, Wang Fuming et Li Wenchao, « Synthesis, microstructures and properties of γ-aluminum oxynitride », Materials Science and Engineering: A, vol. 342, nos 1-2,‎ , p. 245-250 (DOI 10.1016/S0921-5093(02)00282-4, lire en ligne)
  7. (en) Yingchun Shan, Xialu Wei, Xiannian Sun, Elisa Torresani, Eugene A. Olevsky et Jiujun Xu, « Effect of heating rate on properties of transparent aluminum oxynitride sintered by spark plasma sintering », Journal of the American Ceramic Society, vol. 102, no 2,‎ , p. 662-673 (DOI 10.1111/jace.16030, lire en ligne)
  8. (en) Richard L. Gentilman, Edward A. Maguire et Leonard E. Dolhert, « Transparent aluminum oxynitride and method of manufacture », (consulté le ) : (en) Brevet U.S. 4520116.
  9. (en) Norimasa Nishiyama, Ryo Ishikawa, Hiroaki Ohfuji, Hauke Marquardt, Alexander Kurnosov, Takashi Taniguchi, Byung-Nam Kim, Hidehiro Yoshida, Atsunobu Masuno, Jozef Bednarcik, Eleonora Kulik, Yuichi Ikuhara, Fumihiro Wakai et Tetsuo Irifune, « Transparent polycrystalline cubic silicon nitride », Scientific Reports, vol. 7,‎ , p. 44755 (PMID 28303948, PMCID 5355983, DOI 10.1038/srep44755, Bibcode 2017NatSR...744755N, lire en ligne)
  10. (en) Mohan Ramisetty, Suri A. Sastri et Lee Goldman (Surmet Corp.), « Transparent Ceramics Find Wide Use in Optics », (consulté le ).