 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
164
Термостойкие материалы
Новые технологии изготовления той или иной продукции, как правило, базируются на
конструкционных материалах, сохраняющих свои свойства за пределами нормальных условий,
например, при высокой или сверхвысокой температуре. Высокая эффективность многих
аппаратов, двигателей и т.п. достигается при высокой температуре, поэтому создание
термостойких материалов – одна из важнейших задач развития современных химических
технологий.
К настоящему времени разработаны перспективные способы изготовления термостойких
материалов. К ним относятся имплантация ионов на какой-либо поверхности; плазменный синтез
– объединение веществ, находящихся в плазменном состоянии; плавление и кристаллизация в
отсутствии гравитации; напыление на поликристаллические, аморфные и кристаллические
поверхности с помощью молекулярных пучков; химическая конденсация из газовой фазы в
тлеющем плазменном разряде и др.
Для изменения локальных химических и физических свойств материалов применяется лазерная
технология. Сфокусированный луч мощного импульсного лазера способен кратковременно (в
течение 100 нс) создавать чрезвычайно высокую локальную температуру – вплоть до 10 000 К. В
точке фокусировки лазерного луча в результате изменения физических и химических свойств
происходит локальная модификация поверхностного слоя, в котором может образоваться сплав с
заданными свойствами. В условиях конденсации газовой фазы лазерный луч может инициировать
химическую реакцию.
С применением современных технологий получены, например, нитрид кремния Si3N
4
и
силицид вольфрама WSi2
– термостойкие материалы для микроэлектроники. Нитрид кремния
обладает превосходными электроизолирующими свойствами даже при небольшой толщине слоя –
менее 0,2 мкм. Силицид вольфрама отличается весьма малым электрическим сопротивлением. Из
данных материалов напыляются тонкопленочные элементы интегральных схем. Напыление таких
термостойких материалов производится методом плазменного осаждения на менее термостойкую
подложку без заметного изменения ее свойств.
Представляет практический интерес способ получения новых керамических материалов для
изготовления, например, цельнокерамического блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания.
Данный способ заключается в отливке кремнийсодержащего полимера в форму заданной
конфигурации с последующим нагреванием, при котором полимер превращается в термостойкий
и прочный карбид или нитрид кремния.
Современные графито-волокнистые материалы, способные выдерживать температуру до 2000°
С. Конечно, это не предел. Новые технологии позволяют синтезировать более термостойкие
материалы.
Нитинол
Нитинол представляет собой никель-титановый сплав (55%Ti, 45%Ni), обладающий
необычным свойством – сохранять первоначальную форму. Поэтому иногда его называют
запоминающим металлом или металлом, обладающим памятью. Нитинол способен сохранять
свою первоначальную форму даже после холодного формования и термической обработки. Для
него характерны сверх- и термоупругость, высокая коррозионная и эрозионная стойкость.
Поначалу нитиноловые изделия служили преимущественно для военных целей – с их помощью
в боевых самолетах соединяли различные трубопроводы, доступ к которым ограничен.
Соединение производилось муфтой, свободно надевашейся на концы соединяемых трубок. После
пропускания электрического тока муфта нагревалась примерно на 30° С и принимала
первоначальную форму с меньшим диаметром, плотно прилегая к концам трубок.
Уникальную конструкцию с помощью нитиноловых муфт удалось собрать в космосе. Тогда
потребовалось скорректировать орбиту станции «Мир», для чего нужно было на удалении 14
метров от нее расположить двигатель для корректировки орбиты. Монтаж сравнительно длинной
мачты для крепления двигателя традиционными методами (с помощью сварки и крепежных
материалов) потребовал бы длительного пребывания космонавта в космосе, что могло
подвергнуть его чрезмерному космическому облучению. Нитиноловые муфты позволили быстро и
легко собрать 14-метровую мачту.