Անցյալ ամիս ես այցելեցի Հեբեյի հրակայուն նյութերի գործարանի ավագ ինժեների։ Մատնացույց անելով վառարանից հենց նոր վերցված նմուշը՝ նա ասաց ինձ. «Նայեք այս լայնական կտրվածքին։ «Կանաչ սիլիցիումի կարբիդի միկրոփոշու» ավելացումը իրական տարբերություն է ստեղծում. բյուրեղներն ավելի խիտ են, իսկ գույնն ավելի ճշգրիտ»։ Նրա նշած «կանաչ սիլիցիումի կարբիդի միկրոփոշին» այսօրվա մեր քննարկման թեման է...կանաչ սիլիցիումի կարբիդի միկրոփոշիՉնայած այն հղկող նյութերի արդյունաբերության մեջ ծանոթ բաղադրիչ է, վերջին տարիներին դրա նորարարական կիրառությունները հրակայուն նյութերի ոլորտում իսկապես ուշագրավ են եղել։
Դուք կարող է չհավատաք, բայց կանաչ սիլիցիումի կարբիդի միկրոփոշին սկզբում պարզապես «օժանդակ բաղադրիչ» էր հրակայուն նյութերում: Նախկինում որոշ արտադրողներ փոքր քանակությամբ ավելացնում էին որոշակի հրակայուն արտադրանքի մաշվածության դիմադրությունը բարելավելու համար: Սակայն վերջին հինգ կամ վեց տարիների ընթացքում իրավիճակը լիովին փոխվել է: Քանի որ պողպատի, գունավոր մետաղների և կերամիկայի նման արդյունաբերությունները ավելի ու ավելի մեծ պահանջներ են ներկայացնում վառարանների նկատմամբ՝ պահանջելով բարձր ջերմաստիճանային դիմադրություն, կոռոզիայի դիմադրություն և երկար ծառայության ժամկետ, սովորական հրակայուն նյութերի բանաձևերը դարձել են ավելի ու ավելի անբավարար: Այս պահին նյութագիտության ինժեներները կրկին ուշադրություն դարձրին այս «հին ընկերոջը», միայն թե պարզեն, որ ճիշտ օգտագործման դեպքում այն իսկական «գանձ նյութ» է:
Որպեսզի հասկանանք, թե ինչու է այն այդքան տարածված, մենք պետք է նայենք դրա հիմնական ուժեղ կողմերին։ Նախ, այն ջերմակայուն է։Կանաչ սիլիցիումի կարբիդԲարձր ջերմաստիճաններում, քան շատ ավանդական նյութեր, ցուցաբերում է զգալիորեն ավելի ուժեղ օքսիդացման դիմադրություն, մնալով կայուն նույնիսկ 1600℃ կամ ավելի բարձր ջերմաստիճանում, ինչը նպաստում է բարձր ջերմաստիճանային վառարանների երկարակեցությանը: Երկրորդ, այն ունի բարձր կարծրություն և մաշվածության դիմադրություն, ինչը այն իդեալական է դարձնում նյութական էրոզիայի կողմից խիստ տուժած տարածքների համար, ինչպիսիք են դոմնային վառարանների անցքերը և շրջանառվող հեղուկացված շերտերի ծածկույթները: Երրորդ, և ամենակարևորը, այն ունի գերազանց ջերմահաղորդականություն: Այս բնութագիրը, որը երբեմն համարվում է թերություն (քանի որ այն կարող է մեծացնել ջերմության կորուստը), այժմ օգտագործվում է. այն դարձել է առավելություն այն կառուցվածքներում, որոնք պահանջում են արագ և միատարր ջերմափոխանակում կամ ջերմային ցնցումների դիմադրություն:
Ինչպե՞ս են այս հատկությունները վերածվում գործնական կիրառությունների: Թույլ տվեք կիսվել մի քանի օրինակներով, որոնց անձամբ ականատես եմ եղել:
Շանդոնգի խոշոր պողպատաձուլական գործարանում տորպեդո շերեփային վագոնների (հալված երկաթ տեղափոխելու համար օգտագործվող մեծ շերեփներ) ծածկույթների կյանքի տևողությունը կայունորեն ցածր էր։ Հետագայում տեխնիկական խումբը ձուլման ձուլվածքին ավելացրեց որոշակի մասնիկի չափի կանաչ սիլիցիումի կարբիդի միկրոփոշի, և հրաշք տեղի ունեցավ։ Նոր ծածկույթը ոչ միայն զգալիորեն բարձրացրեց հալված երկաթի էրոզիայի և խարամի հարձակման դիմադրությունը, այլև, քանի որ միկրոփոշին լցրեց մատրիցայի ծակոտիները, հանգեցրեց շատ ավելի խիտ ընդհանուր կառուցվածքի։ Տեղում աշխատող ինժեներն ինձ ասաց. «Նախկինում շերեփային ծածկույթը մոտ երկու հարյուր օգտագործումից հետո կարիք ուներ խոշոր վերանորոգման, իսկ հիմա այն հեշտությամբ գերազանցում է երեք հարյուր հիսուն օգտագործումը։ Միայն սա զգալիորեն խնայում է տարեկան սպասարկման ծախսերը և անսարքության կորուստները»։
Ավելի հնարամիտ կիրառություն է ֆունկցիոնալ առումով դասակարգված հրակայուն նյութերը: Որոշ առաջադեմ վառարաններում տարբեր մասերը բախվում են խիստ տարբեր միջավայրերի: Որոշ տարածքներ պահանջում են ծայրահեղ հրդեհային դիմադրություն, մյուսները՝ ջերմային հարվածի դիմադրություն, իսկ մյուսները՝ անթափանցելիություն: Խելացի մոտեցումն այլևս ամեն ինչի համար մեկ նյութ օգտագործելը չէ, այլ տարբեր շերտերում տարբեր բանաձևերի օգտագործումը: Կանաչ սիլիցիումի կարբիդի միկրոփոշին այստեղ կարևոր դեր է խաղում. ավելի շատ կարելի է ավելացնել բարձր ջերմաստիճանի հալված մետաղի հետ անմիջականորեն շփվող աշխատանքային մակերեսային շերտին՝ օգտագործելով դրա բարձր էրոզիայի դիմադրությունը. միջանկյալ բուֆերային շերտում համամասնությունը կարելի է կարգավորել՝ ջերմային ընդարձակման համապատասխանությունը օպտիմալացնելու համար. իսկ հետին շերտում կարելի է օգտագործել ավելի քիչ կամ ընդհանրապես փոշի: Այս շերտավոր մոտեցումը բարելավում է ինչպես ընդհանուր կատարողականությունը, այնպես էլ տնտեսությունը: Չժեցզյանում գտնվող մի ընկերություն, որը արտադրում է հատուկ կերամիկական վառարանի կահույք, այս մոտեցման միջոցով իր վառարանի կահույքի կյանքի տևողությունը մեծացրել է ավելի քան 40%-ով՝ օգտագործելով այս մոտեցումը:
Կարող եք հարցնել՝ ինչո՞ւ պարզապես չավելացնել խոշոր մասնիկներ։ Ինչո՞ւ պնդել «միկրոպոշիի» վրա։ Գաղտնիքը կայանում է նրա ոչ միայն որպես ամրապնդող փուլ գործելու, այլև նյութի սինտերացման ռեակցիային մասնակցելու ունակության մեջ։ Բարձր ջերմաստիճաններում այս չափազանց մանր մասնիկները ունեն բարձր մակերևութային ակտիվություն, խթանելով սինտերացումը և նպաստելով ավելի ամուր կերամիկական կապի ձևավորմանը։ Միաժամանակ, այն գործում է ինչպես ամենանուրբ «ավազը», ամբողջությամբ լցնելով այլ ագրեգատային մասնիկների միջև եղած բացերը, զգալիորեն նվազեցնելով ծակոտկենությունը։ Ավելի խիտ նյութի դեպքում վնասակար խարամը և ալկալային գոլորշիները ավելի քիչ հավանականություն ունեն ներթափանցելու և վնաս պատճառելու։ Ես տեսել եմ փորձարարական տվյալներ, որոնք ցույց են տալիս, որ նույն բանաձևով հրակայուն ձուլվող նյութերի համար կանաչ սիլիցիումի կարբիդի միկրոփոշու համապատասխան քանակի ավելացումը կարող է մեծացնել բարձր ջերմաստիճանային ճկման ամրությունը 20%-30%-ով, իսկ անթափանցելիության բարելավումն ավելի նշանակալի է։
Իհարկե, լավ բանը պարզապես այն չէ, ինչ դուք պատահականորեն եք ավելացնում: Դեղաչափը, մասնիկների չափի բաշխման կառուցվածքը և այն այլ հումքի հետ համատեղելու եղանակը (օրինակ՝ բոքսիտ, կորունդ և ալյումինի միկրոփոշի) բոլորը բարդ հարցեր են: Չափից քիչ քանակությունը նկատելի ազդեցություն չի ունենա, մինչդեռ չափազանց շատ քանակությունը կարող է ազդել մշակելիության վրա կամ դառնալ չափազանց թանկ, երբեմն նույնիսկ առաջացնելով այլ խնդիրներ (օրինակ՝ զգայունություն որոշակի վերականգնող մթնոլորտների նկատմամբ): Սա պահանջում է, որ տեխնիկները կրկնակի փորձեր անցկացնեն՝ «օպտիմալ հավասարակշռությունը» գտնելու համար: Մի ծեր ինժեներ մի անգամ ինձ շատ տեղին համեմատություն ասաց. «Բանաձևը կարգավորելը նման է ավանդական չինական բժշկության բժշկի կողմից դեղատոմս նշանակելուն. յուրաքանչյուր բաղադրիչի դեղաչափը պետք է ուշադիր դիտարկվի»:
Այս պահին դուք գուցե գիտակցած լինեք, որ կանաչ սիլիցիումի կարբիդի միկրոփոշու դերը հրակայուն նյութերում պարզ «հավելանյութից» անցնում է «հիմնական մոդիֆիկատորի», որը կարող է փոխել նյութի միկրոկառուցվածքը և հատկությունները: Այն ոչ միայն բարելավումներ է բերում որոշակի ցուցանիշներում, այլև ընդլայնում է նյութերի նախագծման հնարավորությունները: Այժմ նույնիսկ որոշ հետազոտական ինստիտուտներ ուսումնասիրում են, թե ինչպես այն համատեղել նանոտեխնոլոգիայի և տեղում ռեակցիայի տեխնոլոգիայի հետ՝ ստեղծելու ավելի խելացի և երկարակյաց հրակայուն նյութերի հաջորդ սերունդը:
Հղկող արդյունաբերության վետերանից մինչև հրակայուն նյութերի ոլորտի ծագող աստղ՝ կանաչ սիլիցիումի կարբիդի միկրոփոշու պատմությունը մեզ ասում է, որ տեխնոլոգիական առաջընթացը հաճախ կայանում է միջառարկայական ինտեգրման և հին նյութերում նոր հայտնագործությունների մեջ: Այն նման է խոհարարության մեջ այդ կարևոր համեմունքին. ճիշտ և ճիշտ ջերմաստիճանում օգտագործվելու դեպքում այն կարող է ամբողջ ուտեստը բարձրացնել ավելի բարձր մակարդակի: Հաջորդ անգամ, երբ տեսնեք այդ ժամանակակից վառարանները անընդհատ աշխատող կրակի մեջ, կարող եք պատկերացնել, որ դրանց ամուր ծածկույթի ներսում անթիվ փոքրիկ կանաչ բյուրեղներ աննկատելիորեն խաղում են կենսական օժանդակ դեր: Սա, թերևս, նյութագիտության հմայքն է. այն միշտ կարող է ծաղկել ամենանորարարական ծաղիկները ամենաավանդական վայրերում: