Нүүрстөрөгчийн шилжих гэж юу вэ? Энэ “материалын од” яагаад ийм сайн байдаг вэ?

Нүүрстөрөгчийн шилжих талаар та мэдээлэл дээр сонссон байж магад мэдээ - ракет стрел, хурдан нисдэг тэрэгний бие, дрон, уралдааны машин болон өндөр түвшний бадминтоны ракет зэргийн бүхэнд нь түүнийг ашигладаг. Энэ материал нь "хар технологи" мэт сонсогдож, яг юу вэ? Өнөөдөр хамгийн энгийн үгсээр танилцуулж, "материалын ертөнцийн од"-ийг тантай танилцуулах болно.

Нүүрстөрөгчийн шилэн утас, үнэндээ "супер нүүрстөрөгчийн утас"

Энгийнээр хэлбэл, нүүрстөрөгчийн шилэн утас гэдэг нь 90% ба түүнээс дээш хэмжээгээр нүүрстөрөгч агуулсан органик бус полимер утас юм. Энэ нь метал ч биш, пластик ч биш, харин органик утас (жишээ нь полиакрилонитрил, нафталин) -ийг өндөр температурт карбоныжуулалт хийж, хортой болон холимог бодисыг зайлуулах замаар үүссэн "нүүрстөрөгчийн кристал" юм — хар өнгийн утас.

Дүрслэл: диаметр нь зөвхөн 5-10 микрон (жишээ нь хумсаныхаас ойролцоогоор 1/10), хараагаар харахад хар хөвөн эсвэл ноосны утас шиг харагддаг ч, тэмүүлэхэд төмөр утаснаас илүү "хатуу" байдаг.

Үзүүлэн: "Хөнгөн, хатуу, эсэргүүцэлтэй, тогтвортой".

(1) Хатуу чанар нь сталинх шиг 7-9 дахин их, хатуулаг чанар нь шилэн утаснаас илүү.
(2) Зөвхөн 1.7г/см³-ийн нягттай, хөнгөн цагаанаас хөнгөн (хөнгөн цагааны нягт нь 2.7г/см³)
(3) Өндөр температур тэсвэртэй (2000℃-с дээш халуунд хайлахгүй), исэлдэхэд тэсвэртэй (хүчил, шүлтэнд айхгүй), цахилгаан дамжуулагч биш (тухайн эмчилгээгээр дамжуулах боломжтой).

Ажиллагаа "ажиллах, асаах": иш татам хөнгөн, гайхамшигтай хатуу

Карбон ширмийн гайхамшиг нь гурван үндсэн давуу талаар бүрэн "дэмжигдсэн" байдаг:

（1）Шувууны перь шиг хөнгөн, гэхдээ гангаас хүчтэй：

Нягт нь зөвхөн 1.7-2.0г/см³ (ганы 1/4, хөнгөн цагаан сплавын 2/3) боловч сунгалтын хүч нь 3000-7000МПа хүрэх бөгөөд (гангаас 10 дахин их) мөчир зузаан карбоны утас хэд хэдэн тонн машин өргөж чадна.

（2）Хатуу чанарын дэлбэлзэл, чулуу шиг тогтвортой:

Уян хатан байдлын модуль (хатуу байдлыг хэмжих нэгж) 200-600ГПа хүрч, хүч үйлчлэх үед бараг деформацид орохгүй, спутникний дэмжлэгээр ашигладаг, орон зайд нарийвчлалтай байрлалыг хадгалж чадна.

（3）"Барьж буйг эсэргүүцэх" шинж чанарууд бүрэн илэрсэн:

Өндөр температурт тэсвэртэй (инерт орчинд 2000℃ хүртэл), хүчил, шүлтэнд тэсвэртэй (далайд арвангар жилийн турш идэвхжихгүй), ядаргаатай эсэргүүцэх чадвар сайтай (давтан ачаалал үзүүлэхэд хялбархан хугардаггүй), металлууд үүний өмнө "гарыг нь дээш өргөх" шаардлагатай байдаг.

Яагаад нүүрстөрөгчийн ширхэгийг "улсын стратегийн материал" гэж үздэг вэ?

Нүүрстөрөгчийн ширхэгийг үйлдвэрлэх нь маш хэцүү бөгөөд дээд зэргийн нүүрстөрөгчийн ширхэгийг массовоор үйлдвэрлэх чадвартай ертөнц дээрх хэд хэдэн орон (үндсэндээ Хятад, Япон, Америк) л байдаг. Энэ нь зөвхөн чиглүүлэг үйлдвэрлэлийн "суурь" болох эсгүй, нисэх онгоцны технологи, батлан хамгаалах аюулгүй байдлын гол салбартай шууд холбоотой.

Жишээ нь, цэргийн хэрэгслээр нүүрстөрөгчийн ширхэгийг далд махбодтой нисэх онгоцны корпус (долгион шингээгч), бөмбөгний бие (хөнгөн жинтэй тул нисэх зайн нэмэгддэг) үйлдвэрлэхэд ашигладаг; шинэ эрчим хүчний салбарт турбины хөвсгөрийн урт нэмэгдэх тусам цахилгаан үүсгэх үр өгөөж өсдөг бөгөөд зөвхөн нүүрстөрөгчийн ширхэг л 100 метрийн түвшинд хүрэх том хэмжээний хөвсгөрийг дэмждэг.
Сүүлийн жилүүдэд Хятадын нүүрстөрөгчийн шилэн материал (карбон волокно) үйлдвэрлэлийн салбар хурдан хөгжиж, импортоос хамаарахаас өөрсдийн хүчин чармайгаар массаар үйлдвэрлэх болсон бөгөөд зарим салбарт (жишээ нь цахилгаан эрчим хүчний салбар, спортын тоног төхөөрөмж) газар дунд нутаг дээрээ доминант байр эзлэх болсон.

Нүүрстөрөгчийн шилэн материалыг (карбон волокно) яаж үйлдвэрлэдэг вэ?

Карбон ширмийн гайхамшиг нь гурван үндсэн давуу талаар бүрэн "дэмжигдсэн" байдаг:

（1）Анхдагч утас үйлдвэрлэх

Полиакрилонитрил (PAN), пих (pitch) зэрэг анхдагч материалуудыг утасжуулах технологийн тусламжтайгаар "цэвэр утас" (химийн шилэн утас шиг) болгон хувиргадаг. Энэ алхам нь суурь болох бөгөөд цэвэр утасны чанар нь шууд нүүрстөрөгчийн шилэн материалаас гарах гүйцэтгэлийг тодорхойлдог (Хятад урт хугацаагаар энэ алхамд "хяналтгүй" байсан).

（2）Нүүрстөрөгчилөх процесс

Цэвэр утсыг инерт хийн орчинд (шатахыг саатуулахын тулд) 1000-3000 хэм хүртэл дахин халааж, устөрөгч, хүчилтөрөгч зэрэг элементүүдийг зайлуулан зөвхөн нүүрстөрөгчийн молекулыг үлдээдэг. Энэ алхамын дараа утасны нүүрстөрөгчийн агууламж 50%-с 90% их хүртэл нэмэгдэж, хатуулаг, хүч чадал нь маш ихээр сайжирдаг.

（3）Дараагийн боловсруулалт

Зарим тохиолдолд хэрэглээ , нүүрстөрөгчийн ширхэгийг даавуу болгон эсвэл хоолойнуудад ороож, смол, металлуудтай хослуулж "нүүрстөрөгчийн ширхэгт бүтээгдэхүүн" (ихэвчлэн "нүүрстөрөгчийн ширхэгт хавтан", "нүүрстөрөгчийн ширхэгт хоолой" гэж нэрлэдэг) үүсгэдэг.

【Нүүрстөрөгчийн ширхэгийн хүйтэн мэдлэг】

Асуулт: Яагаад хар өнгөтэй вэ?
Хариулт: Графитын бүтэц бүхэлдээ харагдах гэрлийн бараг бүх долгионыг шингээдэг.

Асуулт: Галыг айдаг уу?
Хариулт: Агаарт 400°C температурт исэлдэлт эхэлдэг ч капсуль үүнийг дулаан тусгаарлагч болгон ашигладаг.

Асуулт: Дахин боловсруулж болох уу?
Хариулт: BMW нүүрстөрөгчийн ширхэгийн хог хаягдлаас машинийн хэсгүүдийг дахин боловсруулах боломжийг бүрдүүлсэн.