Роль хімії в створенні нових матеріалів
Підвищення якості металів і виробів з них як один із головних напрямів економії матеріалів базується на легуванні сталей, тобто введенні в сталь тугоплавких металів: ніобію, вольфраму, молібдену та інших для добування більш твердих і тугоплавких сталей. Щоб запобігти виникненню дефіциту цих металів, легування ведуть не 1—2 металами, а комплек¬сом доступних чи більш поширених металів — хрому, нікелю і ванадію. Підвищити жаростійкість сплавів вдається, крім загартування, ультразвуковою обробкою розплавів під час кристалізації. Таким способом досягається підвищення робо¬чої температури лопаток турбін із сплаву нікелю з кобальтом від 880 до 1000 °С.
Все більше впроваджують у металургію безперервне розливання сталі, що не тільки скорочує цикл виробництва, а й підвищує якість відливок. При звичайній відливці заготовок верхня частина злитка, що становить майже чверть усієї відливки, виходить пористою, її треба відрізати і повертати на переплавку. Безперервне розливання звільняє від цієї под¬війної роботи, бо сплав утворюється більш однорідний. У перспективі поєднуватиметься безперервне лиття з вакууму-ванням, лиття і кристалізація в магнітному полі, що вже застосовується для сплавів алюмінію.
Велике майбутнє у застосування плазмової металургії. З фізики ви вже знаєте про плазмовий стан речовини, про властивості і застосування плазми. У металургії під впливом плазми відбувається термічна дисоціація руди, реагуючі ре¬човини швидко утворюють гомогенну систему. Під дією плаз¬ми не тільки інтенсифікується відновлення заліза, а й скоро¬чується металургійний цикл: двостадійний процес (домна, конвертер) стає одностадійним (пряме відновлення), необ¬хідність шихтування й агломерації руди відпадає. Плазмова металургія дає змогу переробляти руди комплексно, а це спосіб розв'язання проблеми безвідхідних виробництв у мета¬лургії.
Як самостійний клас нових матеріалів можна розглядати особливо чисті метали. У них вдалося знизити вміст домішок до 1 • 10-6 — 1 • 10-7 %. До 1925 р. увесь титан у світі мав 0,5 — 5 % домішок, його технологічно не можна було оброб¬ляти. Тепер добуто чистий титан, який кується, витягується в дріт, а при прокатуванні утворюються листи й навіть фольга. Саме добування чистих цирконію і танталу дало можливість запровадити їх у машинобудування й атомну енергетику.
Синтетичні високомолеку¬лярні речовиниБазова роль металів у конструкціях машин зберігається. Але все більше використовують синтетичні високомолеку¬лярні речовини (полімери). Поряд із добре відомими їхніми властивостями: низька густина, стійкість проти агресивного середовища, добрі діелектричні і теплофізичні показники, стійкість проти стирання — за останні роки добуто полімерні матеріали з іншими важливими якостями. Деякі з них мають велику міцність на розрив — до 2000 кг/мм2 і термостійкість до 1000 °С. Головною проблемою полімерів є їх ще явно недостатня довговічність.
Неможливо нині уявити собі економіку і повсякденне жит¬тя без синтетичних каучуків, без хімічних волокон, з яких виготовляють не тільки одяг, а й вироби технічного призна¬чення (капронові деталі, риболовецькі сітки тощо).
Все більше використовуються пластмаси. Це лінолеум для підлоги й плівкові матеріали для стін, санітарно-технічні вироби і тепло- та звукоізоляційні матеріали. А синтетичні смоли й відходи деревообробки впроваджуються у вироб¬ництво деревинно-стружкових і деревинно-волокнистих плит, які використовують для оздоблення приміщень.
Дуже поширеним матеріалом є папір — продукт переробки целюлози. Але такий папір малостійкий проти вологи, соняч¬ного світла, коливань температури. Він швидко висихає, почи¬нає ламатись. Папір руйнують гриби та мікроорганізми, з'їда¬ють багато видів комах.
Хіміки постійно працюють над удосконаленням паперу, підвищенням його міцності. Зокрема, в папір вводять син¬тетичні волокна (лавсан, нітрон, поліпропілен, вінол). Папір з акрилових волокон не боїться розведених соляної, азотної і сірчаної кислот. Його можна використовувати як електро¬ізолятор в агресивних середовищах до температури 130 °С. Папір на основі фторопласту (тефлону) не чутливий до дії кислот і лугів. Дуже міцний і хімічно стійкий папір із нейлонових і поліефірних волокон, з нього виготовляють фільтри для агресивних рідин.
Єдиний недолік паперу із синтетичних волокон, як і інших видів нецелюлозного паперу,— висока його вартість.
Целюлозний папір, що містить 20—30 % графітового во¬локна, проводить електричний струм і в той же час має великий опір. Папір із чистого вуглецю відзначається високою хімічною стійкістю і малою теплопровідністю. Він є основою шаруватих пластиків для виготовлення апаратів, що працю¬ють під високим тиском і при високих температурах, і як упаковка при транспортуванні радіоактивних ізотопів.