علم مواد، یاریگر صنعت هوافضا میشود
محبوبه ستارزاده/ ظهور فناوریهای نوین به مهندسان مواد و متالورژی کمک کرده تا در قالب علم مواد، به آلیاژها و مادههایی جدید دست یابند که میتواند آینده ساخت هواپیما، خودروسازی، ساخت کشتیها و صنعت هوافضا را دگرگون کند. این بار محققان دانشگاه مهندسی تورنتو برای یافتن آلیاژی با قدرت فولاد اما به سبکی آلومینیوم، از ترکیب پرینت سه بعدی و چند فناوری دیگر بهره گرفتند. این ماده، بسیار سبک و فوقالعاده قوی است و میتواند در برابر گرمای شدید مقاومت کند به همین دلیل محققان معتقدند میتوان از آن در عرصه هوافضا و سایر صنایع، بیشترین بهره را گرفت.
مادهای سبک با استحکام فولاد
به اعتقاد محققان، در حالی که فولاد هنوز ماده اصلی سازهای در قطارها و خودروهاست، اما در ساخت هواپیما توجه همه به آلومینیوم جلب میشود چراکه سبکتر است. کاهش وزن اجزا در عین حفظ استحکام، به این معناست که برای حرکت وسیله نقلیه، به نیروی کمتری نیاز است که به نوبه خود، باعث بهبود راندمان سوخت میشود. این امر بویژه در هوافضا، جایی که هر گرم وزن اهمیت زیادی دارد بسیار مورد توجه است. «چنوی شائو»، یکی از محققان این تیم میگوید:« آلیاژهای آلومینیوم نیز معایب خود را دارند چرا که عملکرد آنها در دماهای بالا دچار افت میشود. اساساً، هرچه آلومینیوم داغتر شود، شاهد نرمتر شدن آن هستیم و همین موضوع، آن را برای بسیاری از کاربردها نامناسب میکند.»
با توجه به این مشکل، محققان به دنبال ساخت یک آلیاژ یا ماده جدید بودند. این تیم قصد داشت کامپوزیتی از فلزات مختلف بسازد که ساختار مشابهی با بتن مسلح داشته باشد. محققان برای ساخت ماده جدید، لیزرها را به پودرهای فلزی شلیک کردند تا به فلز جامد تبدیل شوند. برای پر کردن فضاهای بین این ستونها هم این تیم تحقیقاتی، از تکنیکی به نام ریختهگری میکرو برای ایجاد ماتریسی از عناصر دیگر مانند آلومینیوم، سیلیکون و منیزیم استفاده کرد. این ماتریس مانند سیمان عمل میکند و همه چیز را در کنار هم نگه میدارد. این ذرات بسیار شبیه شن یا سنگدانههای موجود در بتن هستند.
به گفته محققان، این ماده در دمای اتاق، بالاترین استحکام تسلیم(Yield Strength) یعنی حدود ۷۰۰ مگاپاسکال را دارد درحالی که استحکام یک ماتریس آلومینیومی معمولی حدود ۱۰۰ تا ۱۵۰ مگاپاسکال است.(استحکام تسلیم، نیرویی است که فلز بدون اینکه دچار تغییر شکل دائمی شود آن را تحمل میکند.) مهندسان و سازندگان به کمک استحکام تسلیم حداکثر باری را که قابل اعمال کردن به قطعه است محاسبه میکنند. اما جایی که این ماده واقعاً میدرخشد، در دمای بالاست. ماده جدید میتواند تا دمای 932 درجه فارنهایت (500 درجه سانتیگراد) را تحمل کند.در واقع، این کامپوزیت فلزی جدید تقریباً به خوبی فولادهای میانرده عمل میکند، اما تنها حدود یک سوم وزن آنها را دارد.
درواقع میتوان گفت ماده کامپوزیتی جدید، از آلیاژهای فلزی مختلف و رسوبات نانومقیاس ساخته شده است و ساختاری شبیه به بتن مسلح دارد. بتن مسلح (concrete reinforced) نوعی بتن تقویت شده با متریال خاص مانند آرماتور فولادی است.
