Оглавление:
Перспективы космического материаловедения
Перспективы развития космического материаловедения Космос-это огромная лаборатория природы в экстремальных условиях, которые невозможно создать на Земле. Длительная невесомость не может быть воспроизведена в наземной лаборатории, а для получения пренебрежимо малого магнитного поля, высокого вакуума,
температуры, близкой к абсолютному нулю, требуются большие затраты материальных ресурсов и энергии, причем, в отличие от Земли, в космических условиях действие этих факторов проявляется одновременно. Первые технические эксперименты в ХХХХ веке в 60-70-е годы в НИИ космических исследований
«Союз-6″(Россия) и»Скай-Леб» (США) проводились с использованием пайки алюминиевых и титановых сплавов электронным пучком. Людмила Фирмаль
Исследование влияния невесомости на процесс затвердевания сплавов и полупроводниковых материалов проводилось в ходе реализации орбитальных станций Америки и России, а также программы «Союз-Аполлон». Схема универсальных печей американского производства для проведения технических экспериментов приведена на схеме. 13.8 с в горячей зоне 1100°С, а в холодной 700 ° С.
градиентная зона между этими изотермическими зонами, температура по длине печи постепенно изменялась от 1100 ° С до 700 ° С, максимальная температура и программа Ампулы в горячей зоне заполняли алюминием (плотность 2,7 г/см3) и гранулированным вольфрамом(плотность 19,3 г / см3). Рис. 13.8 схема проведения технических экспериментов в космосе при реализации программы «Союз-Аполлон» пенал: 1-корпус из нержавеющей стали;2-графитовый термоконтейнер;3-изоляция;4-медь.
- В результате плавления и последующего затвердевания алюминия 302 в невесомости был получен композиционный материал, обладающий равномерным распределением компонентов и одинаковыми свойствами во всех направлениях. В градиентной зоне расплавлялся твердый стержень из германиевого полупроводникового материала, легированного 2% кремнием. Плавка осуществлялась с горячей стороны и постепенно переходила в холодную зону.
После затвердевания в обратном направлении в полупроводниковом кристалле была получена полностью однородная структура с равномерным распределением примесей. Благодаря такой структуре удалось получить полупроводники с более высокими электрическими свойствами, по сравнению с полученными в земных условиях. Космическое производство высококачественных полупроводниковых материалов экономически выгодно, учитывая относительно небольшой годовой спрос на них.
В третьей ампуле, содержащей порошок алюминия, после плавления и затвердевания отдельные гранулы за счет силы поверхностного натяжения образуются не в грунтовых условиях, а с равномерным распределением пор. Людмила Фирмаль
Невесомость позволяет смешивать металлы в космическом пространстве, расслоенные в земных условиях. Медные или алюминиевые сплавы с дисперсными включениями графита, олова и свинца являются отличными антифрикционными материалами, не требующими смазки. Высокая износостойкость достигается за счет использования электроосаждения, представляющего собой композиционный материал на основе твердых частиц (таких как вольфрам или оксиды) в пластиковой матрице с хорошей электропроводностью. Благодаря невесомости в пространстве и поверхностному натяжению, в принципе можно получить идеальный сферический шар для шарикоподшипников.
Шарик такого подшипника будет работать без засорения и пробивки, что является основной причиной износа. Кроме того, если в невесомости ввести часть инертного газа в свободно плавающую каплю, то можно получить полый шар, который в несколько раз прочнее твердого тела. Для дальнейшего повышения износостойкости и коррозионной стойкости возможно изготовление многослойных шариков. После отверждения первого слоя на подложке перемещается новый расплав Благодаря смачиваемости, 303 из другого металла, чтобы обернуть мяч.
В космических условиях возможно получение заготовок методом клеевого литья. Расплавленный металл или неметалл будут служить внутри или снаружи специального образования раковины. Благодаря смачиваемости и невесомости расплав равномерно заполняет форму и растекается по всем кривым ее поверхности(рис. 13.9). Клеевое литье позволяет получать многослойные структуры любой сложной конфигурации из материалов с различной плотностью и температурой плавления. В крупных кремниевых и германиевых полупроводниковых элементах, помимо высокой чистоты, необходимо получать кристаллы совершенной структуры с идеальной ориентацией кристаллической оси.
В условиях гравитации деформация кристаллической структуры и появление дефектов неизбежны. Зонное плавление методом плавающей зоны приводит к образованию однородных монокристаллов в пространстве. 13.10). Выращивание монокристалла из поликристаллического стержня осуществляют в вакууме в печи. Нагрев осуществляется с помощью лазера. Равномерность нагрева и перемешивания расплава обеспечивается вращением картриджа в разных направлениях. В отличие от плавки в тигле, бестигельная плавка очень высока, в том числе температура плавления позволяет выращивать чистые от монокристаллов примеси из различных материалов.
В кристаллах Германия, полученных направленной кристаллизацией на основе Kosmos-1645, плотность дислокаций на 2-3 знака ниже плотности дислокаций аналогичных кристаллов, полученных традиционными методами. Функциональность стекла нового поколения определяется его чистотой, структурой и химической однородностью. В земных условиях стекло неизбежно упаковывается Тигельным материалом, во время плавления возникает конвективный поток и в стекле появляется градиент плотности. Это、 Рис 13,9 разнослоистые части: его также можно сделать в космосе слипчивой отливкой 304 страницы.
13.10 схема выращивания кристалла в зоне плавления с использованием нагрева лазерным лучом:1-исходный материал;2-автономный нагреватель; 3-расплав; 4-лазерный луч;5-Монокристалл;6-вид; 7-теплоизоляция Ухудшение качества традиционного оптического и лазерного стекла, а также стекла для волоконной и интегральной оптики. Невесомость дает возможность реализовать процесс получения прецизионного чистого стекла, основанный на методе бестигельной плавки с удержанием расплава за счет радиационного давления звукового поля.
Смотрите также:
