الاتجاه الحالي في تطوير المعادن اليوم هو إنشاء مواد جديدة تتميز بالكثافة العالية ، والتي سوف تجد التطبيق في صناعات الفضاء والطيران والصناعات العسكرية والطاقة. يعمل علماء جامعة جنوب الأورال الحكومية اليوم مع مواد واعدة لكل مجال من هذه المجالات.
يتم نشر المقالات العلمية حول هذا الموضوع في المجلات العلمية رفيعة المستوى في الولايات المتحدة واليابان والصين وأستراليا وأيضًا في دول أوروبا. تم نشر واحد من أحدث أعمال العلماء في عام 2019م في مجلة Lecture Notes في الهندسة الميكانيكية. مؤلفو المقال هم دكتوراه في العلوم التقنية ، الأستاذ ليونيد باركوف. مرشح العلوم التقنية ، أستاذ مشارك مارينا سامودوروفا ؛ مهندس أبحاث في مركز الموارد للتعدين الخاص بجامعة جنوب الأورال الحكومية ، جوليا لاتبولينا.
إنشاء نموذج رياضي لمعالجة المواد الجديدة
«لقد عملنا مؤخرًا مع مواد يصعب تشكيلها. لديهم خصائص مثل المقاومة ، ومقاومة الحرارة وزيادة صلابة. لكن عملية معالجة ضغط هذه المواد تستغرق وقتًا طويلاً للغاية ، وبالتالي ، فهي تتطلب معدات خاصة ومعدات تكنولوجية ، فضلاً عن أساليب تكنولوجية خاصة. لقد حصلنا على براءة اختراع لتصميم الأدوات ، وقمنا أيضًا بإنشاء نموذج للعملية التكنولوجية ، والذي يسمح بالحصول على منتجات مدمجة من مواد جديدة يصعب تشويهها مع خصائص مطلوبة. باستخدام نتائج الدراسات السابقة ، نقوم بمحاكاة عملية معالجة المواد الجديدة. في النهاية سنكون قادرين على الحصول على منتج نهائي مع الخصائص التي نحتاجها من مادة جديدة»,- مارينا سامادورافا ، رئيس مختبر الميكانيكا وعمليات الليزر وتقنيات الإنتاج الرقمي في جامعة جنوب الأورال الحكومية ،
في الوقت الحاضر ، حصل العلماء على اعتماد تجريبي لتوجية الضغط المحدد على المادة. إنها تسمح لنا بتحديد الأوضاع والمعايير التكنولوجية اللازمة لتصنيع أي منتج بخصائص معينة. بمعنى آخر ، يتيح لنا نموذج العملية التكنولوجية العثور على معلمات المعالجة اللازمة للبودرة للحصول منه على منتج بخصائص معينة.
جيل جديد من المواد فائقة القوة لاستخدامها في الطيران
أساس هذا النموذج من العملية التكنولوجية هو النتائج السابقة للعمل مع مواد أخرى ذات ميزات فيزيائية مماثلة للمادة الجديدة. من قبل ، درس الباحثون المواد الحرارية بما في ذلك التنجستن والنيكل والموليبدينوم وغيرها ، وكذلك السبائك الفائقة مثل التيتانيوم النيكل ، والذي يستخدم بنشاط في صناعة الطيران.
.jpg)
في الصورة: مجموعة عناصر موصلة مصنوعة من البلاستيك المقوى بالجرافيت
بالإضافة إلى ذلك ، ابتكر باحثو الجامعة نموذجًا لمعالجة المعادن مثل التنجستن والموليبدينوم. حيث لم يكن هناك في وقت سابق طريقة اخرى للحصول على سلع عالية الجودة من التنغستن بسبب درجة الأنصهار العالية (أكثر من 3500 درجة مئوية) ، هناك معدات متاحة اليوم ، مما يجعل من الممكن تحقيق ذلك من خلال الضغط على مسحوق التنغستن. في الوقت الحاضر ، يجري العمل على المواد المركبة على أساس الجرافيت ، واحدة من المواد الحديثة الواعدة (البلاستيك المقوى بالجرافيت). تشتمل التركيبة المستخدمة في هذه العملية على مسحوق تنجستن المرتبط ببوليمر (راتنج فورمالدهايد).
«كيف يختلف الجرافيت عن المواد الأخرى مثل التيتانيوم النيكل؟ إنه أخف بثلاث مرات من التيتانيوم. بالإضافة إلى ذلك ، تصل درجة الحرارة القصوى للتيتانيوم إلى حوالي 1000 درجة مئوية. يصبح البلاستيك المقوى بالجرافيت أقوى بثلاث مرات عند درجة حرارة 2500 مئوية عن درجة حرارة الغرفة. هذا هو السبب في أن أجسام الصواريخ مصنوعة من البلاستيك المدعم بالجرافيت اليوم. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تغطية سطح الطائرة الروسية الجديدة إيركوت MS-21 ، والمعروفة باسم "طائرة المسافات الطويلة من القرن 21" في صفائح من ألياف الكربون. ميزة ألياف الكربون هي أنها قوية جدا ومقاومة للحرارة. ولديه أيضًا قدرة التوصيل الكهربائي أعلى »، - ليونيد باركوف.
صورة: الأستاذ ,دكتور في العلوم التقنية ، ليونيد باركوف
الاستخدامات الأخرى للمواد الجديدة هي الفضاء والطاقة.
ويستخدم الجرافيت الأكثر نشاطا في الطيران العسكري والمدني. إمكانية أخرى للتطبيق هي إنتاج عناصر التجميع الحالية للنقل الكهربائي. حاليا ، تقوم شركة "ARMA" ، التي تستخدم تكنولوجيا علماء جامعة جنوب الأورال ، في هذا المجال بإنتاج منتجات ليس فقط لمناطق روسيا ، ولكن أيضًا لبلدان رابطة الدول المستقلة وأوروبا.
«الجرافيتوبلاست مادة واعدة لإنتاج المركبات الفضائية والطيران العسكري والمدني والصناعة النووية. إن مهمتنا كخبراء تكنولوجيين ليست تقويض خصائص المواد المحددة ، ولكن الحصول على منتج مضغوط بأقصى كثافة. في مجال التقنيات المضافة ، وهي الهندسة السطحية ، ليس لدينا منافسة ، لأننا نطور المنتج ذات التصنيف الإنشائي و المطلوب في السوق »، تؤكد مارينا نيكولاييفنا.
في المستقبل ، يخطط العلماء لمواصلة العمل مع مواد مقاومة للحرارة يصعب تشويهها وتشكيلها ، بما في ذلك ليس فقط الجرافيتوبلاست ، ولكن أيضًا الموليبدينوم وسبائك التنغستن.