Горизонты науки и техники - Бестужев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
В 1984 году сталь, даже с улучшенными свойствами, все же не сможет полностью удовлетворить все потребности в высокопрочных вязких материалах, в частности, потому, что при высоких температурах она в большой степени теряет свою прочность. Например, применение стали для изготовления передних кромок крыльев сверхзвуковых самолетов не всегда возможно и вообще невозможно для космических аппаратов;;
H Зак. 1400
161
дело в том, что температура нагрева обшивки при входе в плотные слои атмосферы достигает 14000G (точка плавления большинства сталей). В подобных случаях, очевидно, будут использовать сплавы тугоплавких металлов — циркония, ниобия, молибдена, вольфрама. К 1984 году найдут применение комбинированные материалы, где в тугоплавкие металлы будут вкраплены микрочастицы металлов с более низкой температурой плавления. Предполагают, что такие комбинированные материалы сохранят пластичность, необходимую для придания нужных форм, и вместе с тем не потеряют прочности при высоких температурах.
Создание и применение новых керамических материалов позволят совершенно по-иному подойти к решению этих проблем. Они имеют необходимые жаропрочные свойства, но недостаточную по сравнению с металлами прочность и вязкость. До недавнего времени создание керамических изделий было скорее искусством, чем наукой, но сейчас это уже пройденный этап. Фундаментальные исследования структур керамических материалов показали, что основная причина недостаточной прочности изделий из керамики — дефекты атомной структуры вещества. Следовательно, устранение этих дефектов должно привести к значительному улучшению качества керамических материалов.
Еще один вид комбинированных материалов — сложные структуры, состоящие из различных веществ, например бетон или волокнистые материалы. Обнаружено, что некоторые материалы становятся более прочными и утрачивают многие отрицательные свойства, если придать им нитевидную форму. Волокна, составленные в матрицы, могут служить основой новых материалов. Гибкость этих материалов при отсутствии симптомов усталости обусловлена способностью тонковолокнистых структур легко и многократно изгибаться не ломаясь. К этому же классу комбинированных материалов относятся твердые пены. Они характеризуются высоким отношением прочности к весу, поэтому пх можно использовать в качестве предохранительных покрытий. Материалы, изготовленные из жаропрочных окислов, слуя^ат также для изготовления передних кромок крыльев сверхзвуковых самолетов; применяются они и во многих других областях, включая изготовле-
ние
ниє элементов теплоизоляции для работы в условиях высоких температур.
Авиастроение и космическая техника ставят наиболее сложные задачи в области создания новых материалов. Однако они охватывают лишь часть проблем материаловедения, которые необходимо разрешить до 1984 года. К тому времени разительные перемены в области строительства потребуют создания новых, более легких, прочных п красивых материалов. В частности, можно предполагать, что к 1984 году во всех видах традиционного строительства (за исключением специальных) почти полностью прекратится использование камня и кирпича и мы наконец минуем эпоху однообразного серого бетона.
Большинство новых строительных материалов будут получать из высокомолекулярных полимеров, способных обеспечить, кроме прочности и красивого внешнего вида, высокую тепло- и звукоизоляцию. Все новые материалы появятся в результате фундаментальных исследований процессов полимеризации. С помощью синтетических материалов будут созданы улучшенные виды красителей как для декоративных, так и для защитных целей. Современные эмульсионные красители — это лишь первый шаг в области создания новых материалов на основе контролируемой реакции полимеризации. Новые виды пластиков, также полученные на основании полимеров, полностью удовлетворят потребности в тканях для одежды и отделки интерьеров. Стекло, этот прекрасный материал для создания различных сооружений, вряд ли будет вытеснено. Можно ожидать только, что создадут менее хрупкие виды стекла.
Удовлетворение потребностей в топливе для космической техники, несомненно, приведет к созданию новых, более концентрированных, чем в настоящее время, видов твердого, топлива. Но эта проблема слишком обширна для небольшой статьи.
Коснемся теперь возможностей создания принципиально новых материалов, которые обладают чрезвкн чайно интересными свойствами, обратными свойствам топлива. Как известно, любое топливо состоит из веществ, способных вступать в химическую реакцию (обычно с кислородом), в процессе которой выделяются
163
большие количества тепла. Новые материалы способны энергично реагировать, однако их реакция эндотермическая, то есть происходит с поглощением тепла. Примером могут служить некоторые пластики, которые, обугливаясь, поглощают тепло. Эти материалы, как предполагают, будут использоваться при конструировании носовых частей космических кораблей — для поглощения тепла в момент проникновения в плотные слои атмосферы и для многих других целей.
Кроме конструкционных материалов, к 1984 году широкое применение получат новые материалы для специальной техники, например для создания электронного оборудования, сфера использования которого намного превзойдет нынешний уровень. Они будут походить либо на такие известные нам материалы, как германий, используемый в транзисторах, либо на искусственные материалы типа антимонида — соединения сурьмы с индием.
