Demek berê, min bi hevalekî xwe yê polê yê berê re şîv xwar ku li peymangeheke lêkolîna materyalên fezayî dixebite. Me li ser projeyên wan ên dawî axivî, û wî bi awayekî sirrî ji min re got, "Ma tu dizanî em niha herî zêde bi kîjan materyalê nû eleqedar dibin? Dibe ku tu bawer nekî - ew toz e ku dişibihe qûma kesk a nazik." Dema ku wî rûyê min ê şaşmayî dît, keniya û lê zêde kir, "Mîkro-toza karbîda silîkonê ya kesk, te bihîstiye? Ev tişt dibe ku di warê hewavaniyê de şoreşek piçûk çêbike.” Bi rastî, ez di destpêkê de gumanbar bûm: ew materyalê aşındêr ku bi gelemperî di tekerên hûrkirinê û dîskên birrînê de tê bikar anîn çawa dikare bi pîşesaziya hewavaniyê ya sofîstîke ve girêdayî be? Lê wekî ku wî bêtir rave kir, min fêm kir ku ji ya ku min difikirî pir zêdetir heye. Îro, em ê li ser vê mijarê biaxivin.
I. Nasîna vê "Materyalê Sozdar"
Karbîda silîkonê ya kesk bi eslê xwe cureyekî karbîda silîkonê (SiC) ye. Li gorî karbîda silîkonê ya reş a hevpar, paqijiya wê bilindtir û qirêjiyên kêmtir hene, ji ber vê yekê rengê wê yê kesk ê vekirî yê bêhempa ye. Di derbarê sedema ku ew "toz-mîkro" ye de, ew behsa mezinahiya perçeyên wê ya pir piçûk dike, bi gelemperî di navbera çend mîkrometre û deh mîkrometreyan de ye - bi qasî dehîyek heta nîvê qutra porê mirov. "Bila karanîna wê ya niha di pîşesaziya aşînker de we nexapîne," hevalê min ê polê got, "ew bi rastî xwedî taybetmendiyên hêja ye: hişkbûna bilind, berxwedana germahiya bilind, aramiya kîmyewî, û katsayiyek nizm a berfirehbûna germî. Ev taybetmendî bi pratîkî ji bo qada hewavaniyê hatine çêkirin."
Paşê, min lêkolînek kir û dît ku ev bi rastî jî rast e. Karbîda silîkonê ya kesk ji hêla hişkbûnê ve piştî elmas û nîtrîda boronê ya kubîk duyemîn e; di hewayê de, ew dikare li germahiyên bilind ên dora 1600°C bêyî oksîdasyonê li ber xwe bide; û katsayiya wê ya berfirehbûna germî tenê çaryeka yek heta sêyeka yek ji metalên hevpar e. Dibe ku ev hejmar hinekî hişk xuya bikin, lê di warê hewavaniyê de, ku hewcedariyên performansa materyalan pir hişk in, her parametre dikare nirxek mezin bîne.
II. Kêmkirina Giraniyê: Lêgerîna Herheyî ya Keştiyên Fezayê
"Ji bo hewavaniyê, kêmkirina giraniyê her gav mifte ye," yekhewavanîendezyarek ji min re got. "Her kîlogramek giraniya ku tê teserûfkirin dikare mîqdarek girîng a sotemeniyê teserûf bike an jî barkêşiyê zêde bike." Materyalên metal ên kevneşopî di warê kêmkirina giraniyê de gihîştine sînorên xwe, ji ber vê yekê bala her kesî bi xwezayî berê xwe daye materyalên seramîk. Kompozîtên matrîksa seramîk ên bi silîkon karbîda kesk ve hatine xurtkirin yek ji namzetên herî sozdar in. Van materyalan bi gelemperî dendika wan tenê 3.0-3.2 gram di santîmetreyek kûpîk de ye, ku ji pola (7.8 gram di santîmetreyek kûpîk) pir siviktir e û di heman demê de avantajek eşkere li ser alavên tîtanyûmê pêşkêş dike (4.5 gram di santîmetreyek kûpîk). Ya girîng, ew hêza têr diparêze dema ku giraniyê kêm dike.
"Em li ser karanîna kompozîtên karbîda silîkonê yên kesk ji bo qalikên motoran lêkolîn dikin," sêwiranerekî motorên fezayî eşkere kir. "Ger me materyalên kevneşopî bikar bianiya, giraniya vê pêkhateyê dê 200 kîlogram bûya, lê bi materyalê kompozît ê nû, ew dikare bi qasî 130 kîlograman were kêmkirin. Ji bo tevahiya motorê, ev kêmkirina 70 kîlogram girîng e." Ya çêtir jî, bandora kêmkirina giraniyê berbelav e. Pêkhateyên avahîsaziyê yên siviktir rê didin kêmkirina giraniya têkildar di avahiyên piştgirî de, mîna bandorek domînoyê. Lêkolînan nîşan dane ku di keştîyên fezayê de, kêmkirina 1 kîlogram di giraniya pêkhateyên avahîsaziyê de di dawiyê de dikare bibe sedema kêmbûna 5-10 kîlogram di giraniya asta pergalê de.
III. Berxwedana Germahiya Bilind: "Stabîlîzator" di Motoran de
Germahiya xebitandina motorên aero bi berdewamî zêde dibe; motorên turbofan ên pêşkeftî niha germahiya têketina turbînê ji 1700°C derbas dikin. Di vê germahiyê de, tewra gelek alavên germahiya bilind jî dest bi xirabûnê dikin. "Pêkhateyên beşa germ a motorê niha sînorên performansa materyalê derbas dikin," hevalê min ê polê ji saziya lêkolînê got. "Em bi lezgînî hewceyê materyalên ku dikarin di germahiyên hîn bilindtir de jî bi awayekî stabîl bixebitin hene." Kompozîtên silicon carbide yên kesk dikarin di vê qadê de rolek girîng bilîzin. Silicon carbide ya paqij dikare di hawîrdorek bêbandor de li germahiyên li jor 2500°C bisekine, her çend di hewayê de, oksîdasyon karanîna wê bi dora 1600°C sînordar dike. Lêbelê, ev hîn jî 300-400°C ji piraniya alavên germahiya bilind bilindtir e.
Ya girîngtir, ew di germahiyên bilind de jî berxwedana xwe bilind diparêze. Endezyarekî ceribandina materyalan rave kir ku "Materyalên metal di germahiyên bilind de 'nerm' dibin, û lerzînek girîng nîşan didin." "Lê kompozîtên karbîda silîkonê dikarin di 1200°C de ji %70 zêdetir berxwedana xwe ya germahiya odeyê biparêzin, ku ev yek ji bo materyalên metal pir dijwar e ku bigihîjin wê." Niha, hin saziyên lêkolînê hewl didin ku bikar bîninkarbîda silîkonê ya keskkompozît ji bo çêkirina pêkhateyên ne-zivirî yên wekî perdeyên rêberiya nozulê û pêlavên odeya şewitandinê. Ger ev serîlêdan bi serkeftî werin bicîh kirin, tê payîn ku hêza kişandinê û karîgeriya motoran bêtir baştir bibin. IV. Rêveberiya Germahî: Kirina "Guhdarîkirina" Germê
Wesayîtên fezayê di fezayê de bi hawîrdorên germî yên dijwar re rû bi rû dimînin: aliyê ku ber bi rojê ve rû bi rû ye dikare ji 100°C derbas bibe, lê aliyê ku bi siya ye dikare dakeve bin -100°C. Ev cudahiya germahiyê ya mezin ji bo materyal û alavan dijwariyek cidî çêdike. Karbîda silîkonê ya kesk xwedî taybetmendiyek pir xwestî ye - guhêrbariya germî ya hêja. Gohêrbariya wê ya germî 1,5-3 caran ji ya metalên hevpar û ji 10 caran ji ya materyalên seramîk ên asayî zêdetir e. Ev tê vê wateyê ku ew dikare germê ji deverên germ bi lez veguhezîne deverên sar, û germbûna herêmî kêm bike. "Em difikirin ku kompozîtên karbîda silîkonê ya kesk di pergalên kontrola germî yên peykan de bikar bînin," sêwiranerek fezayê got, "mînakî, wekî qalikê boriyên germê an jî wekî substratên guhêrbar ên germî, da ku germahiya tevahiya pergalê yekrengtir bikin."
Herwiha, katsayiya berfirehbûna germî ya wê pir piçûk e, tenê bi qasî 4×10⁻⁶/℃ ye, ku bi qasî pêncê yekê ji ya hevbendiya alumînyûmê ye. Mezinahiya wê bi guherînên germahîyê re hema hema bêguher dimîne, taybetmendiyek ku bi taybetî di pergalên optîkî yên fezayî û pergalên antenê yên ku hewceyê hevrêzkirina rast in de girîng e. Sêwiraner mînakek da, "Xeyal bikin," antenek mezin ku di orbitê de dixebite, bi cûdahiya germahîyê ya bi sedan pileya Celsius di navbera alîyên rû bi rojê û yên siya de. Ger materyalên kevneşopî werin bikar anîn, berfirehbûn û girjbûna germî dibe ku bibe sedema deformasyona avahîsaziyê, ku bandorê li rastbûna nîşankirinê bike. Ger materyalên kompozît ên silîkon karbîda kesk ên berfirehbûna kêm werin bikar anîn, ev pirsgirêk dikare pir were sivik kirin."
V. Veşartî û Parastin: Ji "Berxwedan" Zêdetir
Wesayîtên fezayî yên nûjen daxwazên her ku diçe zêdetir li ser performansa nepenîtiyê dikin. Nepenîtiya radarê bi giranî bi rêya sêwirana şekil û materyalên ku radarê vedimijînin tê bidestxistin, û karbîda silîkonê ya kesk jî di vî warî de xwedî potansiyeleke kontrolkirî ye. Pisporekî materyalên fonksiyonel got, "Karbîda silîkonê ya paqij nîvconductorek e, û taybetmendiyên wê yên elektrîkî dikarin bi rêya dopîngkirinê werin sererast kirin." "Em dikarin materyalên kompozît ên karbîda silîkonê bi berxwedanek taybetî sêwirînin da ku pêlên radarê di nav rêzek frekansê ya diyarkirî de vemijînin." Her çend ev alî hîn jî di qonaxa lêkolînê de be jî, hin laboratûaran berê nimûneyên materyalên kompozît ên li ser bingeha karbîda silîkonê bi performansa baş a vemijandina radarê di benda X-ê de (8-12 GHz) hilberandine.
Di warê parastina fezayê de, avantaja hişkbûnêkarbîda silîkonê ya keskjî diyar e. Hejmareke mezin ji mîkrometeoroid û bermahiyên fezayê di fezayê de hene. Her çend giraniya her yekê pir piçûk be jî, leza wan pir zêde ye (heta bi dehan kîlometre di saniyeyê de), ku di encamê de enerjiya bandorê pir zêde dibe. Lêkolînerekî parastina fezayê got, "Ezmûnên me nîşan didin ku materyalên kompozît ên silîkon karbîda kesk 3-5 caran berxwedana li hember bandora perçeyên bi leza bilind li gorî alavên aluminiumê yên bi heman stûriyê hene." "Ger di pêşerojê de di tebeqeyên parastinê yên îstasyona fezayê an sondajên fezayê yên kûr de were bikar anîn, ew dikare ewlehiyê bi girîngî baştir bike."
Dîroka pêşketina fezayî, bi awayekî, dîroka pêşketina materyalan e. Ji dar û kanavayê bigire heta alloyên alumînyûmê, û dû re jî heta alloyên tîtanyûmê û materyalên kompozît, her nûjeniya materyalê di performansa balafiran de gavek pêş xistiye. Dibe ku toza karbîda silîkonê ya kesk û materyalên wê yên kompozît yek ji hêzên sereke yên ajotinê ji bo gaveke din a pêş de bin. Ew zanyarên materyalan ên ku di laboratûvaran de bi baldarî lêkolîn dikin û di kargehan de ji bo serkeftinê hewl didin, dibe ku bi bêdengî pêşeroja asîmanan biguherînin. Û karbîda silîkonê ya kesk, ev materyalê ku xuya dike asayî ye, dibe ku "toza efsûnî" di destên wan de be, ku alîkariya mirovahiyê dike ku bilindtir, dûrtir û ewletir bifire.