Zaļā silīcija karbīda pulvera noslēpums, lai uzlabotu kompozītmateriālu veiktspēju
Tie, kas ir strādājuši ar kompozītmateriāliem, zina, ka ir grūtāk apvienot dažādu materiālu priekšrocības labā traukā nekā saskaņot attiecības starp vīramāti un vedeklu. Taču kopš parādīšanāszaļš silīcija karbīda pulveris, “maģiskā garšviela”, kompozītmateriālu aplis ir tieši ieslēdzis “atvēršanas režīmu”. Šodien atklāsim šo noslēpumaino plīvuru un redzēsim, kā šī zaļā pulvera kaudze var padarīt paklausīgus tādus lepnus meistarus kā oglekļa šķiedra un keramika.
1. Apdāvinātais “sešstūrainais karotājs”
Zaļais silīcija karbīda pulveris ir dzimis kā kompozītmateriālu “sapņu pulveris”. Tā Mosa cietība ir 9,5, kas ir tikai nedaudz sliktāka par dimantu. Salīdzinājumu ir veikusi kāda bremžu kluču rūpnīca Guangdongā. Kompozītmateriālam, kas sajaukts ar 20% zaļā silīcija karbīda, ir nodilumizturības indekss, kas ir trīs reizes lielāks nekā tradicionālajiem materiāliem. Darbnīcas vadītājs Lao Huangs pieskārās paraugam un nomurmināja: “Ar šādu cietību pēc pusstundas berzēšanas ar smilšpapīru nevar atstāt pat pēdas!”
Siltumvadītspēja ir vēl neticamāka. Šaņdunas pētniecības institūts ir veicis mērījumus un atklājis, ka alumīnija kompozītmateriālu, kas satur 15% zaļā silīcija karbīda, siltumvadītspēja pieauga līdz 220 W/(m·K), kas ir par 30% labāka nekā tīram alumīnijam. Tehniķis Sjao Liu, lūkojoties uz termovizoru, iesaucās: “Šī siltuma izkliedes efektivitāte ir salīdzināma ar ūdens dzesēšanas sistēmas uzstādīšanu centrālajam procesoram!”
Ķīmiskā stabilitāte ir vēl unikālāka. Ningbo ķīmiskā cauruļvada oderējuma materiāla testā zaļais silīcija karbīda kompozītmateriāls pusgadu tika mērcēts koncentrētā sērskābē, un svara zuduma līmenis bija mazāks par 0,3%. Kvalitātes inspektors Lao Vans pacēla paraugu un lielījās: “Šāda korozijas izturība, pat Taishang Laojun alķīmijas krāsnij jāizlaiž cigarete!”
2. Saliktā procesa “maģiskais brīdis”
Dispersijas tehnoloģija tagad ir ļoti laba. Kāds uzņēmums Dzjansu provincē ir izgudrojis “ultraskaņas + lodīšu malšanas” kombināciju, kas mikropulveri izkliedē vienmērīgāk nekā pērlītes piena tējā. Meistars Lao Li pacēla elektronmikroskopa fotoattēlu un lielījās: “Paskatieties uz šo sadalījuma blīvumu, skudras apmaldīsies, ja uzkāps!”
Melnā saskarnes kombinācijas tehnoloģija ir vēl spēcīgāka. Šanhajas laboratorijā izstrādātais nanosavienojošais līdzeklis ir palielinājis mikropulvera un matricas savienojuma stiprību līdz 150 MPa. Projekta vadītājs pacēla brilles un teica: “Pēdējo reizi, kad veicām bīdes testu, stiprinājums bija deformēts, bet kompozītmateriāls neatdalījās!”
3. Faktiskā kaujas testa “izceltā aina”
Aviācijas un kosmosa rūpniecība jau ilgu laiku ir traka. Čendu aviācijas dzinēju rūpnīcas turbīnu lāpstiņas izmantozaļš silīcija karbīdslai pastiprinātu uz keramikas bāzes veidotus kompozītmateriālus, un temperatūras izturība ir tieši līdz 1600 ℃. Testa vadītājs Lao Džans paskatījās uz instrumentu paneli un siekalojās: “Ar šādu veiktspēju reaktīvajiem dzinējiem ir jāsauc tētis!”
Jaunu enerģijas transportlīdzekļu akumulatora kronšteins ir vēl aizraujošāks. Ningdes ražotāja oglekļa šķiedras kompozītmateriāla kronšteinam pēc sajaukšanas ar zaļu silīcija karbīdu ir īpatnējā izturība 8 reizes lielāka nekā tēraudam. Sadursmes testa laikā drošības inženieris Lao Li uzsita pa automašīnas durvīm un iesmējās: "Tagad šī automašīnas virsbūve ir kā valkāt trīs ložu necaurlaidīgu vestu kārtas!"
5G bāzes staciju radiatoru joma ir neprātīga. Handžou ražotāja alumīnija kompozītmateriāla radiatoram ir termiskās izplešanās koeficients, kas tiek kontrolēts līdz 4,8 × 10⁻⁶/℃. Tehniskais direktors norādīja uz termiskā cikla testa datiem un lielījās: “To var regulēt no -50℃ līdz 200℃, un izmēra izmaiņas ir nopietnākas nekā Virgo!”
4. Izmaksu aprēķina “ilgtermiņa pieeja”
Neskatieties uz augsto vienības cenuzaļš silīcija karbīda mikropulveris, tas noteikti ir ienesīgs, ja saskaita kopējo kontu. Mašīnbūves rūpnīca Čuncjinā ir veikusi grāmatvedību: lai gan izejvielu izmaksas ir palielinājušās par 25%, produkta kalpošanas laiks ir četrkāršojies, un trīs gadu laikā ietaupītās uzturēšanas izmaksas ir pietiekamas, lai uzceltu jaunu darbnīcu. Finanšu speciāliste pieklauvēja pie kalkulatora un iesmējās: "Šis bizness ir ienesīgāks nekā aizdevēju zagšana!"
Ražošanas efektivitātes uzlabojums ir vēl slepenāks prieks. Saskaņā ar faktiskiem automatizētas ražošanas līnijas mērījumiem Tjaņdziņā, kompozītmateriālu sacietēšanas laiks ir saīsināts par 40%. Darbnīcas direktors skatījās uz lielo ekrānu un uzsita pa kājām: "Tagad ražošanas jauda ir kā lidojums ar raķeti, un klienti nekrīt panikā, steidzami pieprasot pasūtījumus!"
Mūsdienu zaļais silīcija karbīda mikropulveris vairs nav konceptuāls produkts laboratorijā. No kosmosa kuģiem, kas lido debesīs, līdz jauniem enerģijas transportlīdzekļiem, kas darbojas uz zemes, no plaukstas lieluma mobilo tālruņu mikroshēmām līdz 100 metru garām vēja turbīnu lāpstiņām – tas ir visur. Nozares veterāni apgalvo, ka šī lieta ir radījusi caurumu kompozītmateriālu veiktspējas griestos. Manuprāt, tas nav tikai vienkāršs materiāla uzlabojums, bet gan “šāviens rokā” mūsdienu rūpniecībai. Ja šī tendence turpināsies, iespējams, ka kādu dienu mūsu griešanas dēļiem būs jāizmanto šī melnā tehnoloģija – galu galā, kurš gan nevēlas, lai viņa virtuves piederumi būtu tādā pašā līmenī kā kosmosa materiāli?