Новости:  

11 Октябрь, 2007 15:00

Прецизионные трубы: использование нанотехнологий и наноматериалов

Развитие точного и энергетического машиностроения, авиа- и судостроения, космической техники и ядерной энергетики, электротехники, автомобилестроения и других отраслей постоянно вызывает потребность в высококачественной и более наукоемкой трубной продукции из традиционных и новых материалов, обладающих высокими эксплуатационными свойствами. К такой категории трубной продукции относятся прецизионные трубы.

В современных условиях к прецизионным трубам предъявляются в разных комбинациях довольно жесткие требования: по материалу - высококачественный металл с точным химическим составом; предельные отклонения по наружному и внутреннему диаметрам, толщине стенки доходят от долей миллиметра до нескольких микрометров; длина от нескольких сот миллиметров до 75 000+500 мм и более (в зависимости от наружного диаметра); хорошая проходимость канала (для капиллярных труб); чистота наружной или внутренней поверхностей может достигать минимального значения 0,048 мкм.

При этом наблюдается устойчивая тенденция в миниатюризации изделий с оптимальными эксплуатационными характеристиками. Естественно постоянно повышаются требования к прецизионным трубам.

В этой связи новый толчок в своем развитии получила не только металлургия (в части выплавки помимо качественных сталей и сплавов на основе цветных металлов с высокой чистотой и новыми свойствами, а также материалов нового класса - прецизионных сплавов с регламентированными физико-химическими и физико-механическими свойствами), но и машиностроение (в части изготовления прецизионного оборудования и технологического инструмента для изготовления труб другого, более высокого уровня качества).

В ряде случаев существующие массовые технологии производства практически достигли своих теоретических пределов и нуждаются в кардинальном обновлении.

Сейчас особая роль отводится развитию наукоемких отраслей производства с высоким уровнем добавленной стоимости. На современном этапе развития мировой экономики к таким направлениям, безусловно, следует относить нанотехнологии. Они требуют малых затрат энергии, материалов, не нуждаются в обширных производственных и складских помещениях. С другой стороны, их развитие требует высокого уровня подготовки ученых, инженеров и технических работников, а также особой организации производства.

В основе научно-технического «прорыва на наноуровне», форсируемого промышленно развитыми странами, лежит использование новых, ранее не известных свойств и функциональных возможностей материальных систем при переходе к наномасштабам, определяемым особенностями процессов переноса и распределения зарядов, энергии, массы и информации при наноструктурировании. Многие из кардинально отличных свойств наноматериалов по отношению к объемным того же химического состава обусловлены эффектами многократного увеличения доли поверхности нанозерен и нанокластеров (до сотен квадратных метров на грамм). С этим связаны новые свойства многих конструкционных и неорганических наноматериалов.
В нанотехнологиях управляющая информация передается нанозондом персонально каждому атому и молекуле «силовым методом». В этом скрыто принципиальное отличие нанотехнологий от традиционных, где поток управляющей информации подается исходному материалу как целому. В сферу такой деятельности подпадают объекты с размерами (хотя бы вдоль одной координаты), измеряемыми нанометрами. Это ничтожно малая величина, сопоставимая с размерами атомов. Нанотехнология имеет дело с осуществлением технических процессов на молекулярном уровне, т.е. инженеры имеют дело со сверхмалыми частицами размером до 1 нм (или одной миллиардной метра).

Исследователи обнаружили, что вещество на атомном уровне ведет себя совершенно иначе. В этом и заключается задача нанотехнологий: найти атом с необходимыми свойствами и поставить на правильное место. Незначительная доля наночастиц трансформирует знакомые материалы до «неузнаваемости» - настолько, что в них начинают проявляться совершенно неожиданные и полезные свойства.

Они сегодня заложены в основу большинства инновационных решений во всех сферах ежедневного способа производства. Такая интегрирующая роль выдвигает их на одно из первых мест в сфере критических технологий, без развития которых сегодня ни одно государство мира не может претендовать на конкурентный технологический прогресс и создание своей интеллектуальной собственности в сфере науки и технологий.

Есть два главных способа создания наноматериалов. Один из них - «снизу-вверх». Эти методы предполагают, что наноструктуры с заданными свойствами формируются последовательно из атомов и молекул, от мельчайших объемов - к более крупным. такой путь развития нанотехнологий связан, в первую очередь, с использованием дорогостоящей аппаратуры.

Существует и второй путь - «сверху-вниз», или от объемного материала - к высокодисперсным (т.е. мельчайшим) частицам. Он не требует таких больших затрат, к тому же, в Украине есть определенный задел в этой области исследований, так что тут определенно можно получить результат.

Исследования в суперсовременной области требуют соответствующих инструментов. В данном случае - мощнейших микроскопов (электронных, тоннельных), а также с использованием ядерно-магнитного резонанса. Такие приборы в Украине есть, так что их следует собирать для крупных центров, объединяющих усилия ученых разных специальностей, с целью коллективного использования.

Нанопорошки все чаще находят применение в качестве наполнителей для новых материалов и композитов, компонентов многих покрытий и др. Получает развитие научное направление квантовое материаловедение. Свойства материалов в значительной мере определяются микроструктурой, формируемой в процессе термической и механической обработки. Возникает она как результат фазовых превращений в материале. Целесообразно рассматривать и проводить исследования в сфере получения наноструктурированных сталей.

Сейчас к основным нанотехнологиям, распространенным в цветной металлургии, следует отнести следующие: доведение размеров порошков до наноразмеров (порошковая металлургия); получение фольги и лент с помощью контролируемой скорости охлаждения при их кристаллизации; использование методов интенсивной пластической деформации литых и порошковых заготовок; совершенствование микроструктуры и создание новых материалов на основе эффектов дисперсионного твердения и дисперсного упрочнения (нанофазность).
Комментарии (0)
Для комментирования новости необходимо залогиниться в систему.