Bu yaxınlarda aerokosmik materiallar tədqiqat institutunda işləyən köhnə sinif yoldaşımla nahar etdim. Onların son layihələri haqqında danışdıq və o, sirli şəkildə mənə dedi: “Hazırda ən çox hansı yeni materialla maraqlandığımızı bilirsinizmi? İnanmayacaqsınız - bu, incə yaşıl quma bənzəyən tozdur”. Çaşqın ifadəmi görüb gülümsədi və əlavə etdi: “Yaşıl silikon karbid mikro tozu", bunu eşitmisinizmi? Bu şeylər aerokosmik sahədə kiçik bir inqilaba səbəb ola bilər." Düzünü desəm, əvvəlcə şübhə ilə yanaşdım: üyütmə çarxlarında və kəsmə disklərində istifadə olunan bu aşındırıcı materialın mürəkkəb aerokosmik sənayesi ilə necə əlaqəli ola biləcəyini? Amma o, daha sonra izah etdiyi kimi, bunun düşündüyümdən daha çox şey olduğunu başa düşdüm. Bu gün gəlin bu mövzu haqqında danışaq.
I. Bu “Ümidverici Material”la Tanışlıq
Yaşıl silikon karbid, mahiyyət etibarilə, silikon karbidin (SiC) bir növüdür. Adi qara silikon karbidlə müqayisədə daha yüksək təmizliyə və daha az çirklənməyə malikdir, buna görə də özünəməxsus açıq yaşıl rənginə malikdir. Niyə "mikro-toz" adlandırılmasına gəldikdə isə, bu, adətən bir neçə mikrometrlə onlarla mikrometr arasında olan çox kiçik hissəcik ölçüsünə aiddir - insan saçının diametrinin təxminən onda birindən yarısına qədər. Sinif yoldaşım dedi: "Aşındırıcı sənayesindəki hazırkı istifadəsi sizi aldatmasın, əslində əla xüsusiyyətlərə malikdir: yüksək sərtlik, yüksək temperatura davamlılıq, kimyəvi sabitlik və aşağı istilik genişlənmə əmsalı. Bu xüsusiyyətlər praktik olaraq aerokosmik sahə üçün xüsusi olaraq hazırlanmışdır."
Daha sonra bir az araşdırma apardım və bunun həqiqətən də doğru olduğunu gördüm. Yaşıl silikon karbidin sərtliyi yalnız almaz və kub bor nitridindən sonra ikinci yerdədir; havada oksidləşmədən təxminən 1600°C yüksək temperatura davam gətirə bilir; istilik genişlənmə əmsalı isə adi metallarınkından cəmi dörddə birdən üçdə birinə qədərdir. Bu rəqəmlər bir az quru görünə bilər, amma materialın performans tələblərinin son dərəcə sərt olduğu aerokosmik sahədə hər bir parametr böyük dəyər gətirə bilər.
II. Çəki Azaldılması: Kosmik Gəmilərin Əbədi Ardınca
"Aerokosmik sənaye üçün çəki azaltmaq həmişə əsas məsələdir"aerokosmikmühəndis mənə dedi. “Qənaət edilən hər kiloqram çəki əhəmiyyətli miqdarda yanacağa qənaət edə və ya faydalı yükü artıra bilər.” Ənənəvi metal materiallar artıq çəki azaltmaq baxımından öz həddinə çatıb, buna görə də hər kəsin diqqəti təbii olaraq keramika materiallarına yönəlib. Yaşıl silikon karbidlə möhkəmləndirilmiş keramika matris kompozitləri ən perspektivli namizədlərdən biridir. Bu materialların sıxlığı adətən kub santimetr üçün cəmi 3,0-3,2 qramdır ki, bu da poladdan (kub santimetr üçün 7,8 qram) xeyli yüngüldür və həmçinin titan ərintilərinə (kub santimetr üçün 4,5 qram) nisbətən açıq üstünlük təklif edir. Ən əsası, çəkini azaltmaqla yanaşı kifayət qədər möhkəmlik saxlayır.
Aerokosmik mühərrik dizayneri açıqladı: “Biz mühərrik korpusları üçün yaşıl silikon karbid kompozitlərinin istifadəsini araşdırırıq. Ənənəvi materiallardan istifadə etsəydik, bu komponent 200 kiloqram ağırlığında olardı, lakin yeni kompozit materialla bu, təxminən 130 kiloqrama endirilə bilər. Bütün mühərrik üçün bu 70 kiloqramlıq azalma əhəmiyyətlidir.” Daha da yaxşısı, çəki azaltma effekti kaskad xarakterlidir. Daha yüngül struktur komponentləri domino effekti kimi dəstəkləyici strukturlarda müvafiq çəki azalmalarına imkan verir. Tədqiqatlar göstərir ki, kosmik gəmilərdə struktur komponentlərinin çəkisində 1 kiloqram azalma nəticədə sistem səviyyəli çəkinin 5-10 kiloqram azalmasına səbəb ola bilər.
III. Yüksək Temperatur Müqaviməti: Mühərriklərdə “Stabilizator”
Aviasiya mühərriklərinin işləmə temperaturu daim artır; qabaqcıl turbofan mühərriklərinin turbin giriş temperaturu 1700°C-dən çoxdur. Bu temperaturda hətta bir çox yüksək temperaturlu ərintilər belə sıradan çıxmağa başlayır. Tədqiqat institutundan sinif yoldaşım dedi: "Mühərrikin isti bölmə komponentləri hazırda materialın işləmə həddini aşır. Daha yüksək temperaturlarda sabit işləyə bilən materiallara təcili ehtiyacımız var." Yaşıl silikon karbid kompozitləri bu sahədə mühüm rol oynaya bilər. Saf silikon karbid inert mühitdə 2500°C-dən yuxarı temperaturlara davam gətirə bilər, baxmayaraq ki, havada oksidləşmə onun istifadəsini təxminən 1600°C ilə məhdudlaşdırır. Lakin bu, yenə də əksər yüksək temperaturlu ərintilərdən 300-400°C yüksəkdir.
Daha da əhəmiyyətlisi, yüksək temperaturda yüksək möhkəmliyi qoruyur. Material sınaq mühəndisi izah etdi ki, "Metal materiallar yüksək temperaturda 'yumşalır' və əhəmiyyətli dərəcədə sürüşmə nümayiş etdirir. Lakin silikon karbid kompozitləri otaq temperaturu möhkəmliyinin 70%-dən çoxunu 1200°C-də saxlaya bilir ki, bu da metal materiallar üçün çox çətindir." Hal-hazırda bəzi tədqiqat müəssisələri istifadə etməyə çalışırlaryaşıl silikon karbidkompozit materiallardan istifadə etməklə, fırlanmayan komponentlər, məsələn, burun bələdçi qanadları və yanma kamerası astarları istehsal etmək mümkündür. Bu tətbiqlər uğurla tətbiq olunarsa, mühərriklərin dartma qüvvəsinin və səmərəliliyinin daha da yaxşılaşacağı gözlənilir. IV. İstilik İdarəetməsi: İstiliyi "itaətkar" etmək
Aerokosmik nəqliyyat vasitələri kosmosda həddindən artıq istilik mühitləri ilə üzləşirlər: günəşə baxan tərəf 100°C-dən çox, kölgəli tərəf isə -100°C-dən aşağı düşə bilər. Bu böyük temperatur fərqi materiallar və avadanlıqlar üçün ciddi bir problem yaradır. Yaşıl silikon karbid çox arzuolunan bir xüsusiyyətə malikdir - əla istilik keçiriciliyi. Onun istilik keçiriciliyi adi metallardan 1,5-3 dəfə, adi keramika materiallarından isə 10 dəfədən çoxdur. Bu o deməkdir ki, o, istiliyi isti yerlərdən soyuq ərazilərə tez bir zamanda ötürə bilər və lokal həddindən artıq istiləşməni azaldır. Bir aerokosmik dizayner dedi: "Biz bütün sistemin temperaturunu daha vahid etmək üçün peyklərin istilik idarəetmə sistemlərində yaşıl silikon karbid kompozitlərindən istifadə etməyi düşünürük."
Bundan əlavə, onun istilik genişlənmə əmsalı çox kiçikdir, yalnız 4×10⁻⁶/℃-dir ki, bu da alüminium ərintisinin təxminən beşdə birinə bərabərdir. Ölçüsü temperatur dəyişiklikləri ilə demək olar ki, dəyişməz qalır ki, bu da aerokosmik optik sistemlərdə və dəqiq uyğunlaşdırma tələb edən antenna sistemlərində xüsusilə dəyərlidir. Dizayner bir nümunə çəkdi: “Təsəvvür edin ki, orbitdə işləyən, günəşə baxan və kölgəli tərəflər arasında yüzlərlə Selsi dərəcə temperatur fərqi olan böyük bir antenna. Ənənəvi materiallardan istifadə edildikdə, istilik genişlənməsi və daralması struktur deformasiyasına səbəb ola bilər və bu da işarə dəqiqliyinə təsir göstərir. Aşağı genişlənməli yaşıl silikon karbid kompozit materiallardan istifadə edildikdə, bu problem çox asanlıqla aradan qaldırıla bilər.”
V. Gizlilik və Qoruma: Sadəcə “Davam Etməkdən” Daha Çox
Müasir aerokosmik nəqliyyat vasitələrinin gizlilik performansına getdikcə daha yüksək tələblər qoyulur. Radar gizliliyi əsasən forma dizaynı və radar udma materialları vasitəsilə əldə edilir və yaşıl silikon karbid də bu sahədə idarəolunan potensiala malikdir. "Saf silikon karbid yarımkeçiricidir və onun elektrik xüsusiyyətləri dopinq yolu ilə tənzimlənə bilər", - deyə funksional materiallar üzrə mütəxəssis təqdim etdi. "Müəyyən bir tezlik diapazonunda radar dalğalarını udmaq üçün xüsusi müqavimətə malik silikon karbid kompozit materialları dizayn edə bilərik." Bu aspekt hələ tədqiqat mərhələsində olsa da, bəzi laboratoriyalar artıq X diapazonunda (8-12 GHz) yaxşı radar udma performansına malik silikon karbid əsaslı kompozit material nümunələri istehsal ediblər.
Məkan qorunması baxımından, sərtlik üstünlüyüyaşıl silikon karbiddə göz qabağındadır. Kosmosda çox sayda mikrometeoroid və kosmik zibil var. Hər birinin kütləsi çox kiçik olsa da, sürəti olduqca yüksəkdir (saniyədə onlarla kilometrə qədər) və nəticədə çox yüksək zərbə enerjisi yaranır. Kosmosun qorunması üzrə tədqiqatçı bildirib ki, "Təcrübələrimiz göstərir ki, yaşıl silikon karbid kompozit materialları eyni qalınlıqdakı alüminium ərintiləri ilə müqayisədə yüksək sürətli hissəcik zərbəsinə qarşı 3-5 dəfə daha çox müqavimət göstərir. Gələcəkdə kosmik stansiyaların və ya dərin kosmik zondların qoruyucu təbəqələrində istifadə olunarsa, bu, təhlükəsizliyi əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdıra bilər."
Aerokosmik inkişaf tarixi, müəyyən mənada, maddi tərəqqi tarixidir. Ağac və kətandan alüminium ərintilərinə, daha sonra titan ərintilərinə və kompozit materiallara qədər hər bir material yeniliyi təyyarələrin performansında sıçrayışa səbəb olub. Bəlkə də yaşıl silikon karbid tozu və onun kompozit materialları növbəti sıçrayış üçün vacib hərəkətverici qüvvələrdən biri olacaq. Laboratoriyalarda səylə tədqiqat aparan və fabriklərdə mükəmməlliyə can atan materialşünaslar səssizcə səmanın gələcəyini dəyişdirə bilərlər. Və bu adi görünən material olan yaşıl silikon karbid onların əlindəki "sehrli toz" ola bilər və bəşəriyyətin daha yüksək, daha uzaq və daha təhlükəsiz uçmasına kömək edə bilər.