WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 |

"Создание "пустоты" в материалах"

Кынин А.Т.

В представленной работе предлагается обсудить возможность создания "пустоты" в объектах и сделана попытка классифицировать вещества и приемы, используемые для этого. Также, приведены примеры некоторых практических приложений создания пустоты в технике. Статья написана для специалистоврешателей, не являющихся знатоками химии.

Не секрет, что сейчас в Интернет можно найти абсолютно любую чушь (а в основном, он ею и наполнен, воистину, только с его появлением стало понятно, сколько на земле графоманов и убогих, желающих себя проявить!), кроме нормальной информации о подобных процессах. Ну, конечно, за исключением рекламы. Не скрою, что и автору данной работы, который является профессионалом как в химии, так и в работе с информацией, довелось потратить немало времени, чтобы найти хоть чтото полезное. Таким образом, явно настала необходимость хоть както систематизировать и и доступно объяснить принципы работы систем, содержащих пустоту. В действительности, при наличии времени и знании базовой терминологии найти эту информацию в хорошей библиотеке не составляет большого труда. Но, к сожалению, в настоящее время по объективным причинам автору этот источник недоступен. Впрочем, точно так же недоступен этот источник для коллегизобретателей, не проживающих в Москве и СанктПетербурге.

Анализ этих явлений можно провести, исходя из методологии ТРИЗ. Надо отметить, что в ТРИЗ очень заметное место уделяется введению в объекты "пустоты", даже предлагался "закон повышения пустотности". В ТРИЗ "пустоту" рассматривают, и как универсальный ресурс, и как инструмент изменения свойств ресурсов вообще. Причем её введение является более предпочтительным, чем простое уменьшение или увеличение значения атрибута и является средством повышения динамичности и управляемости систем. "Пустота" рассматривается также, как универсальная антисистема [1]. Так в АРИЗ 85В [2] на шаге 4.4 рекомендуется определить, решается ли задача заменой имеющихся ресурсных веществ пустотой или смесью ресурсных веществ с пустотой. Затем, на шаге 4.5 дается совет определить, решается ли задача применением веществ, производных от ресурсных (или применением смеси этих производных веществ с "пустотой"). Однако, при всем этом собственно методам создания "пустоты" по непонятной причине внимания практически не уделялось.

Такое внимание объясняется рядом уникальных свойств понятия "пустота". Дело в том, что как справедливо отмечено в [3], пустота, в зависимости от условий задачи, может приобретать свойства как пространства, так и вещества. Этот ресурс имеется в неограниченном количестве, дешев, легко "смешивается" с веществами, образуя полые, пористые, ячеистые структуры. При этом физические и механические свойства таких смесей изменяются в очень широких пределах. В технике широко применяются фасонные, трубчатые, коробчатые, а также многослойные, ячеистые и сотовые материалы и другие подобные им конструкции [3].

В действительности, совершенно не следует увеличивать число сущностей и вводить новые законы. Очевидно, что повышение пустотности, точнее уменьшение количества самого вещества, является прямым следствием основного закона развития систем закона повышения идеальности. Действительно, чем меньше вещества, тем меньше затраты. А если при этом главная функция выполняется, или снижается незначительно, то налицо повышение идеальности, то есть система становится более эффективной. В дальнейшем исходное вещество, в котором образуются поры, будем называть основой. Под пустотой в дальнейшем будем понимать не только (и не столько) вакуум, сколько воздух, или другую среду, свойства которой сильно отличаются от конденсированной фазы. Вещество, вещество, которое способствует образованию пор будем называть порообразователем.

Очень важным для расширения понятия пустоты является отмеченный в АРИЗ [2] структурный переход на микроуровень (см. примечание 37). Так, для кристаллической решетки это пространство между узлами, в которых находятся атомы вещества. На этом основаны многие виды технологий, такие как легирование металлов и сплавов другими металлами или упрочнение отдельных, например, поверхностных слоев деталей и конструкций (борирование, нитрирование, науглероживание сталей и т. д.). Таким способом можно в широких пределах менять свойства материалов [3]. Интересно отметить, что одним из способов менять соотношение пустоты и основы на микроуровне является деформация кристаллической решетки. На макроуровне такие способы известны давно, но, до недавнего времени, сведений о использовании деформации на микроуровне отсутствовали. И только совсем недавно появилось сообщение о том, что Intel сумел повысить быстродействие транзисторов за счет использования кремния с предварительно деформированной кристаллической структурой ("напряженной" strained). Уникальность разработки специалистов Intel в том, что им удалось разработать технологию, позволяющую "сжимать" одни локальные области на кристалле и "растягивать" другие [4].



Итак, имеется следующий список "действующих лиц и исполнителей": основа, пустота и порообразователь. Далее, основа может смешаться с пустотой, а может с веществомпосредником (порообразователем), который потом заменится пустотой. Эти действия вполне согласуются с системой стандартов, так как мы вводим дополнительный компонент (пустоту или порообразователь) для повышения эффективности системы. Перечисленные компоненты могут смешаться сами, либо под воздействием внешней силы. Выбор этой внешней силы нам опять может подсказать система стандартов. Чтобы не нарушать сложившийся в ТРИЗ терминологии будем называть эти внешние воздействия техническими полями. Кроме того, дополним существующее химическое поле близким к нему биологическим, а электрическое поле дополним электромагнитным.

В свою очередь, основа может или сама создать пустоту, или смешаться с пустотой или с посредником: сама, за счет пустоты, за счет посредника или с помощью внешней силы. Но пустота и посредник это такие же равноправные партнеры, как и основа, поэтому и по отношению к ним можно использовать аналогичныерассуждения.

Таким образом, исходя из базовых понятий ТРИЗ, можно рассмотреть следующие возможные методы получения пустоты:

1. Согласно принципам Идеального Конечного Результата (ИКР) основа САМА образовывает в себе пустоту.

2. Вводим пустоту в основу за счет воздействия поля.

3. Обращаем задачу и вводим основу в пустоту.

Однако, не всегда пустота может смешаться с основой непосредственно. В этом случае воспользуемся веществом посредником.

4. Вводим в основу посредникпорообразователь, который затем исчезнет под действием поля, или дополнительного вещества, образуя пустоту.

5. Опять обернем задачу и введем основу в порообразователь.

Однако, перед подробным рассмотрением способов получения пустоты стоит привести существующую в технике терминологи. Это облегчит, как правильное и однозначное понимание приведенных примеров, так и ускорит дальнейший поиск требуемых сведений по ключевым словам.

Соотношение объема пустот к объему твердой основы, выраженное в долях единиц или в процентах, называется коэффициентом пористости или приведенной пористостью [5]. То же понятие по отношению к жидкой основе в случае пены называется "кратностью пены" [6].

Рассмотрим еще одну важную для практики проблему топологическую. Дело в том, что пустота в веществе может быть замкнута, то есть не образовывать сплошную фазу и не иметь контакта с внешней средой (закрытая пористость, замкнутоячеистые пенопласты), или сообщаться с внешней средой (открытая пористость, поропласты, открытопористые пенопласты) [7]. В свою очередь, открытая пористость может быть тупиковой, когда поры не соединяются между собой и сквозной, когда поры образуют сплошную систему.

Свойства пористых тел существенно зависят от размеров пор. Это очевидно, так как, например, процесс заполнения капилляров зависит от диаметра поры [8]. Общепринятая классификация пор по размерам предложена академиком М.М. Дубининым [9].Свойства пористых тел зависят и от формы пор. Чаще всего встречаются цилиндрические и щелевидные поры.

Все эти различия определяют условия применения полученных материалов, поэтому характер получаемой различными методами пористости будет отмечаться отдельно.





В данной работе не будут подробно рассмотрены все проблемы, связанные с характеристиками получаемых пор. Однако, если представленное исследование вызовет интерес в среде специалистов ТРИЗ, то автор, который уже более 20 лет занимается вопросами адсорбции и пористости, с удовольствием продолжит данное изложение.

Теперь рассмотрим последовательно примеры применения всех перечисленных способов.

1. Вещество должно САМО организовать в себе пустоту. Этот, казалось бы парадоксальный, вариант, тем не менее встречается в жизни. Количество таких вариантов невелико и ограничено процессами, так или иначе связанными с изменением объёма среды. Ведь основное требование, которое предъявляется в данном случае это исчезновение вещества из какойто части объема материала. Можно выделить основные способы получения пустоты непосредственно в основе. Это методы, основанные на фазовых и структурных переходах.

1.1. Самым распространенным, и наименее приятным, случаем является образование различных пустот и каверн в веществах за счет изменения их объема при изменении температуры. Например, это раковины в отливках из самых различных материалов. В действительности, этот эффект не полностью отвечает понятию "самопроизвольный". Мы можем использовать такое допущение, поскольку процесс остывания является самопроизвольным. Как уже было сказано, случай распространенный, но величины усадки весьма малы и процессом получения пустот практически нельзя управлять. По крайней мере, автору неизвестно полезное применение этого эффекта. Кстати, этот случай касается только усадки при уменьшении температуры. А вот сведения об порообразовании при в процессе усадки при повышении температуры найти не удалось, хотя принципиально такой эффект возможен. Между прочим, эта проблема достаточно серьезная и поиск возможности снижения вредных явлений, связанных с усадкой, является весьма актуальным. Так, проблемы брака при отливке изделий рассмотрены в [10 и в [11]. Один из способов борьбы с усадкой будет представлен далее в разделе (4.3.1). Таким образом, как правило, получается закрытая пористость.

1.2. Другим возможным способом является появление пустот при рекристаллизации веществ, обладающих свойствами аллотропии.

2. Теперь рассмотрим воздействие полей для введения пустоты в основу.

2.1. Начнем с механического поля.

2.1.1. Основной группой способов образования пустот в веществе является пенообразование, т.е. смешение основы с воздухом под действием механической силы. В действительности, при таком процессе практически всегда используется поверхностноактивное вещество (ПАВ). Исключением является случаи, когда само вещество обладает свойствами ПАВ. Например, это хорошо известно тем, кто сбивал белки для кондитерских целей. Однако, случаев промышленного использования данного метода кроме изготовления бизе на торт, неизвестно. Таким способом получается только закрытая пористость.

2.1.2. Следующей разновидностью появления пустот при воздействии механического поля является появление воронки при воздействии на жидкость центробежных сил. Явление известное, интересное, но данных о его непосредственном для получения пустот нет. Хотя, в принципе, решается обратная задача: при центробежном литье отливка получается монолитной, а пустоты уходят в центр формы, в облой.

2.1.3. Появление пустот под действием резкого сброса давления в однородных средах известно, но практического применения пока не найдено.

2.2. Появление пустот при воздействии акустического поля.. Явление кавитации достаточно хорошо описано, но для получения пористых материалов пока не использовано. Возможно, все еще впереди.

2.3. Термическое поле тоже может создавать пустоты в веществах при изменении фазового состояния, или при частичном термическом разложении. Такие пористые материалы как древесный уголь и кокс получают, подвергая дерево или природный уголь нагреву в замкнутом объеме. При этом происходит разложение некоторых компонентов основы и образуются поры.

2.4. Химическое поле. Реакции частичного саморазложения вещества с образованием пустот в принципе возможны. Данных о использовании нет. Однако, есть хороший пример использования биологического поля:

Pages:     || 2 | 3 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.