Karbon tolasi nima? Bu "materiallar yulduzi" nima uchun shunchalik yaxshi?

Karbon tolasiga kelsak, siz uni yangiliklarda eshitgan yangiliklar - raketa o'qchalari, tezkor poyezd korpuslari, dronlar, yarish avtomashinalari ko'chaklari va hatto yuqori darajadagi badminton raketalari ham uning ishtirok etadi. Materiallarda shu qadar "qora texnologiya" tuyuladigan narsa, aslida nima? Bugun eng oddiy so'zlar bilan sizni "materiallar olamining yulduzi" bilan tanishtiramiz.

Karbon tolasi, aslida "super karbon tolalari"

Oddiy qilib aytganda, karbon tolasi karbonning 90% yoki undan ortiq miqdorida bo'lgan noorganik polimer tolasidir. U metall ham emas, plastmassa ham emas, balki karbonning "kristali" — organik tolalarni (masalan, poliakrilonitril yoki gudron) yuqori haroratda karbonlanish jarayonidan o'tkazish orqali aralashmalar olib tashlanadi va qora tola hosil bo'ladi.

Ko'rinish: diametri faqat 5-10 mikron (taxminan soch simiga nisbatan 1/10), ko'zga qaraganda qora ip yoki jun kabi ko'rinadi, lekin temir simdan ancha "qattiq"roq.

Xususiyatlari: "Yengil, mustahkam, chidamli, barqaror".

(1) Kuchligi po'latnikidan 7-9 marta kuchliroq, egiluvchanligi shishali toladan ancha yuqori;
(2) Faqat 1,7 g/sm³ zichlik, alyuminiydan yengil (alyuminiyning zichligi 2,7 g/sm³)
(3) Yuqori haroratga chidamli (2000 ℃ dan yuqorida erimaydi), korroziyaga chidamli (kislotalar va ishqorlarga qo'rqmaydi), tok o'tkazmaydigan (maxsus ishlov berish orqali tok o'tkazuvchan qilish mumkin).

Ishlash «yoqilgan va o'chirilgan»: g'alati yengil va ajoyib qattiq

Uglerod tolasi buyukligi uchta asosiy afzallik tomonidan "qo'llab-quvvatlanadi":

(1) Parda yengil, lekin po'latdan mustahkam:

Zichligi faqat 1,7-2,0 g/sm³ (po'latning 1/4 qismi, alyuminiy qotishmaning 2/3 qismi), lekin cho'zilish chidamliligi 3000-7000 MPa gacha yetadi (po'latnikidan 10 marta ko'proq), barmoq qalinligidagi uglerod tolali arqon bir necha tonnalik avtomashinani ko'tarishi mumkin.

(2) Qattiklik portlaydi, tog'day barqaror:

Elastiklik moduli (qattiklikni o'lchovchi) 200-600 GPa gacha yetadi, kuch ta'sirida deyarli deformatsiyalanmaydi, sun'iy yo'ldosh tayanch sifatida foydalanilsa, kosmosda aniq vaziyatni saqlab turadi.

(3) "Barjama bo'lmagan" xususiyatlari to'la ochilgan:

Yuqori haroratga chidamli (inert muhitda 2000 ℃ gacha), kislotalar va ishqorlarga chidamli (dengiz suvida o'n yillar davomida korroziyaga uchramaydi), chandiqchiligiga chidamli (takroriy kuch ta'sirida sindirish qiyin), undan oldin turgan metallarning barchasi "mag'lub bo'lishi kerak".

Nima uchun uglerod tolasi "milliy strategik material" hisoblanadi?

Uglerod tolasi ishlab chiqarish juda qiyin, faqat dunyoning cheklangan sonli mamlakatlari yuqori sifatli uglerod tolalarini massaviy ravishda ishlab chiqara oladi (asosan Xitoy, Yaponiya va Qo'shma Shtatlar). Bu nafaqat yuqori texnologiyali ishlab chiqarishning "asosi", balki kosmik soha hamda mudofaa xavfsizligi kabi asosiy sohalarga ham aloqador.

Masalan, harbiy sohada uglerod tolasi sirg'imaydigan vertolyotlarning korpusini (to'lqinni yutuvchi), raketa korpusini (masofani oshirish uchun yengil) yaratishda; yangi energiya sohasida esa shamol turbinining qanoti qancha uzun bo'lsa, elektr energiyasini ishlab chiqarish samaradorligi shuncha yuqori bo'ladi va faqat uglerod tolasiga tayanib 100 metr darajasidagi katta qanotni qo'llab-quvvatlash mumkin.
So'nggi yillarda Xitoyning uglerod tolasi sanoati tezkor rivojlanishda, importga bo'lgan tajavvuzdan mustaqil massali ishlab chiqarishgacha yetib keldi va hatto ba'zi sohalarda (masalan, shamol energiyasi, sport buyumlari) global bozorda yetakchi o'rinni egalladi.

Uglerod tolasi qanday "yaratiladi"?

Uglerod tolasi buyukligi uchta asosiy afzallik tomonidan "qo'llab-quvvatlanadi":

(1) Asosiy tolani tayyorlash

Polia-krylonitril (PAN), daraxt rezasi va boshqa xom ashyolar spinling jarayoni orqali "g'ujum" (kimyoviy tolaga o'xshash) hosil qilinadi. Bu bosqich asos hisoblanadi va g'ujumni sifati bevosita uglerod tolasi samaradorligini belgilaydi (Xitoy uzoq muddat ushbu bosqichda "qotib" qolgan edi).

(2) Karbonizatsiya

G'ujum inert gaz muhitida (yo'qotishni oldini olish uchun) 1000-3000 gradus Celsiygacha asta-sekin isitiladi, bu esa vodorod va kislorod kabi elementlarni olib tashlaydi va faqat uglerod molekulalarini qoldiradi. Ushbu bosqichdan keyin toladagi uglerod miqdori 50% dan 90% dan ortiqgacha ko'tariladi, shu bilan uning mustahkamligi va qattikligi keskin oshadi.

(3) Keyingi ishlash

Holatga qarab qo'llanilishi , uglerod tolalari gazlamaga to'qiladi, trubalarga o'raladi yoki smolalar, metallar va boshqalarga qo'shiladi va "uglerodli tolali aralashmalar" (ko'pincha "uglerodli tolali taxtalar" va "uglerodli tolali trubalar" deb ataladigan narsalar) hosil qilinadi.

【Uglerod Tolasi: Sovuq Ma'lumot】

S: Nega u qora rangda?
J: Grafik tuzilmalar deyarli barcha ko'rinadigan yorug'likni so'rashi tufayli.

S: Olovdan qo'rqasizmi?
J: Havo muhitida 400°C haroratda oksidlanish boshlanadi, lekin kapsulada uni issiqlikni himoya qiluvchi sifatida ishlatadi.

S: Uni qayta ishlash mumkinmi?
J: BMW avtomashina qismlarini eskirgan uglerod tolalaridan qayta ishlash imkonini yaratdi.