يواصل العلماء في جامعة جنوب الأورال الحكومية تطوير مواد جديدة، يجمعون فيها أحيانًا مكونات غير متوقعة. وقد نجحوا هذه المرة في دمج الزجاج وسبائك الألومنيوم. يمكن استخدام هذه السبيكة كطبقة عازلة حرارية للمكابس في محركات الاحتراق الداخلي، التي تعمل في ظروف قاسية.
درس هذه الطبقة المبتكرة علماء من معهد البوليتيكنيك بجامعة جنوب الأورال الحكومية، وهم: فيتالي خيزنياك، وأناستاسيا ديميترييفا، وديمتري زيريبتسوف، وأندريه ريازانوف، ودينيس فينيك، وكيريل باشكيف، وماريا سامودوروفا. نُشرت النتائج في سلسلة «الكيمياء» في مجلة «فيسنيك جامعة جنوب الأورال الحكومية».
الطبقات العازلة الحرارية — هي طبقات مقاومة للحرارة تُطبّق على أجزاء المحرك لحمايتها من السخونة الزائدة. تعمل هذه الطبقات كعوازل حرارية، مما يقلل من انتقال الحرارة من نواتج الاحتراق إلى الأجزاء المعدنية. وهذا يسمح للمحرك بالعمل في درجات حرارة أعلى، مما يزيد من كفاءته ويقلل من استهلاك الوقود. عادةً ما تُصنع هذه الطبقات من السيراميك.
لابتكار مادة جديدة من الزجاج والألومنيوم، استخدم العلماء طريقة الرش التفجيري، التي تُسرّع جزيئات المسحوق إلى سرعات تتراوح بين 500 و1000 متر في الثانية باستخدام انفجار مُتحكّم به لمزيج غازي. تُمكّن هذه الطريقة من إنتاج طبقات كثيفة ومتينة ذات مسامات قليلة.
استُخدمت في التجارب سبيكة الألومنيوم AK4 (التي تحتوي على %94-91 ألومنيوم) وزجاج السيليكات العادي. كما استُخدمت سبيكة الألومنيوم AK6، لكن أداء الطلاء كان أقل جودة.
«يقول ديمتري زيريبتسوف، الباحث الرئيسي في معهد البوليتكنيك بجامعة جنوب الأورال الحكومية والحاصل على دكتوراه في العلوم الكيميائية: الزجاج هشٌّ للغاية، ويتعرض طلاءه للتشقق والخشونة. أما الألومنيوم النقي، فيميل إلى تكوين قشور - "جليد متجمد" - عند انصهاره، وهو أمر غير مرغوب فيه أيضًا بالنسبة للطلاء. يعمل الألومنيوم والزجاج بشكل تآزري: فالزجاج، من خلال توسيع نطاق الإشعاع في تيار الغاز، يساعد على صهر جزيئات الألومنيوم، بينما يضمن الألومنيوم، من خلال ربط جزيئات الزجاج، المتانة».
نجح العلماء في إنتاج وتطبيق طلاء بسمك 1.34 مليمتر على العينة. كان الطلاء ناعمًا ومتجانسًا ومنخفض المسامية (%2-1).
ستساهم هذه التقنية في رفع كفاءة المحركات، وخفض استهلاك الوقود، وزيادة مقاومتها للإجهاد الحراري. ويعتزم العلماء مواصلة العمل على تحسين تركيبة الطلاء. ويُفترض أن طلاءً يتكون من % 80-60 زجاج و%20-40 معدن سيُحقق مزيجًا مثاليًا من المرونة ومقاومة الحرارة.