حال ۾، مون هڪ پراڻي ڪلاس ميٽ سان گڏ رات جو ماني کاڌي جيڪا هڪ ايرو اسپيس مٽيريل ريسرچ انسٽيٽيوٽ ۾ ڪم ڪري ٿي. اسان انهن جي تازين منصوبن بابت ڳالهايو، ۽ هن پراسرار طور تي مون کي چيو، "ڇا توهان کي خبر آهي ته اسان کي هن وقت ڪهڙي نئين مواد ۾ سڀ کان وڌيڪ دلچسپي آهي؟ توهان شايد ان تي يقين نه ڪندا - اهو اهو پائوڊر آهي جيڪو نفيس سائي ريتي وانگر نظر اچي ٿو." منهنجي حيران ڪندڙ اظهار کي ڏسي، هن مسڪرايو ۽ وڌيڪ چيو، "سائو سلڪون ڪاربائيڊ مائڪرو پائوڊر"ڇا توهان ان بابت ٻڌو آهي؟ هي شيون شايد ايرو اسپيس جي ميدان ۾ هڪ ننڍڙو انقلاب آڻڻ واري آهي." سچ پڇو ته، مون کي پهريان شڪ هو: اهو رگڙيندڙ مواد جيڪو عام طور تي پيسڻ واري ويلز ۽ ڪٽڻ واري ڊسڪ ۾ استعمال ٿيندو آهي، اهو جديد ايرو اسپيس انڊسٽري سان ڪيئن لاڳاپيل ٿي سگهي ٿو؟ پر جيئن هن وڌيڪ وضاحت ڪئي، مون کي احساس ٿيو ته ان ۾ منهنجي سوچ کان گهڻو ڪجهه هو. اڄ، اچو ته هن موضوع تي ڳالهايون.
I. هن "وعدو ڪندڙ مواد" کي ڄاڻڻ
سائو سلڪون ڪاربائيڊ بنيادي طور تي سلڪون ڪاربائيڊ (SiC) جو هڪ قسم آهي. عام ڪاري سلڪون ڪاربائيڊ جي مقابلي ۾، ان ۾ وڌيڪ پاڪائي ۽ گهٽ نجاست آهي، تنهن ڪري ان جو منفرد هلڪو سائو رنگ آهي. جيئن ته اهو "مائڪرو پائوڊر" آهي، اهو ان جي تمام ننڍڙي ذرڙي جي سائيز جو حوالو ڏئي ٿو، عام طور تي ڪجهه مائڪرو ميٽرن ۽ ڏهه مائڪرو ميٽرن جي وچ ۾ - انساني وارن جي قطر جي ڏهين کان اڌ تائين. "گھسڻ واري صنعت ۾ ان جي موجوده استعمال کي توهان کي بيوقوف نه بڻجڻ ڏيو،" منهنجي ڪلاس ميٽ چيو، "ان ۾ اصل ۾ بهترين خاصيتون آهن: اعلي سختي، اعلي درجه حرارت جي مزاحمت، ڪيميائي استحڪام، ۽ حرارتي توسيع جو گهٽ گنجائش. اهي خاصيتون عملي طور تي ايرو اسپيس فيلڊ لاءِ ٺهيل آهن."
بعد ۾، مون ڪجهه تحقيق ڪئي ۽ ڏٺو ته اهو واقعي سچ هو. گرين سلڪون ڪاربائيڊ جي سختي هيرن ۽ ڪعبي بورون نائٽرائڊ کان پوءِ ٻئي نمبر تي آهي؛ هوا ۾، اهو آڪسائيڊائيز ڪرڻ کان سواءِ تقريباً 1600 °C جي اعليٰ گرمي پد کي برداشت ڪري سگهي ٿو؛ ۽ ان جي حرارتي توسيع جو ڪوفيشيٽ عام ڌاتو جي ڀيٽ ۾ صرف هڪ چوٿون کان ٽيون حصو آهي. اهي انگ ٿورو خشڪ لڳي سگهن ٿا، پر ايرو اسپيس فيلڊ ۾، جتي مادي ڪارڪردگي جون گهرجون انتهائي سخت آهن، هر پيرا ميٽر تمام گهڻو قدر آڻي سگهي ٿو.
II. وزن گهٽائڻ: خلائي جهاز جي دائمي جستجو
"ايئر اسپيس لاءِ، وزن گهٽائڻ هميشه اهم هوندو آهي،" هڪخلائيانجنيئر مون کي ٻڌايو. "هر ڪلوگرام وزن بچائڻ سان ٻارڻ جي وڏي مقدار بچائي سگهجي ٿي يا پيل لوڊ وڌي سگهي ٿو." روايتي ڌاتو مواد وزن گهٽائڻ جي لحاظ کان اڳ ئي پنهنجي حد تائين پهچي چڪا آهن، تنهن ڪري هر ڪنهن جو ڌيان قدرتي طور تي سيرامڪ مواد ڏانهن ويو آهي. گرين سلڪون ڪاربائيڊ مضبوط ٿيل سيرامڪ ميٽرڪس ڪمپوزٽس سڀ کان وڌيڪ اميد رکندڙ اميدوارن مان هڪ آهن. انهن موادن جي کثافت عام طور تي صرف 3.0-3.2 گرام في ڪعبي سينٽي ميٽر هوندي آهي، جيڪا اسٽيل (7.8 گرام في ڪعبي سينٽي ميٽر) کان گهڻو هلڪو آهي ۽ ٽائيٽينيم مصر (4.5 گرام في ڪعبي سينٽي ميٽر) تي واضح فائدو پڻ پيش ڪري ٿي. اهم طور تي، اهو وزن گهٽائڻ دوران ڪافي طاقت برقرار رکي ٿو.
"اسان انجن ڪيسنگ لاءِ گرين سلڪون ڪاربائيڊ ڪمپوزٽس جي استعمال تي تحقيق ڪري رهيا آهيون،" هڪ ايرو اسپيس انجن ڊيزائنر ظاهر ڪيو. "جيڪڏهن اسان روايتي مواد استعمال ڪريون ها، ته هن جزو جو وزن 200 ڪلوگرام هوندو، پر نئين ڪمپوزٽ مواد سان، ان کي تقريباً 130 ڪلوگرام تائين گهٽائي سگهجي ٿو. پوري انجن لاءِ، هي 70 ڪلوگرام گهٽتائي اهم آهي." اڃا به بهتر، وزن گهٽائڻ جو اثر ڪيسڪيڊنگ آهي. هلڪو ساختي جزا سپورٽنگ ڍانچي ۾ لاڳاپيل وزن گهٽائڻ جي اجازت ڏين ٿا، جهڙوڪ ڊومينو اثر. مطالعي مان ظاهر ٿيو آهي ته خلائي جهاز ۾، ساختي جزو جي وزن ۾ 1 ڪلوگرام گهٽتائي آخرڪار سسٽم جي سطح جي وزن ۾ 5-10 ڪلوگرام گهٽتائي جو سبب بڻجي سگهي ٿي.
III. اعليٰ درجه حرارت جي مزاحمت: انجن ۾ "اسٽيبلائيزر"
ايرو انجن جي آپريٽنگ گرمي پد مسلسل وڌي رهيو آهي؛ ترقي يافته ٽربوفين انجن ۾ هاڻي ٽربائن انليٽ گرمي پد 1700 °C کان وڌيڪ آهي. هن گرمي پد تي، ڪيترائي اعليٰ درجه حرارت وارا مصر به ناڪام ٿيڻ شروع ٿين ٿا. "انجڻ جا گرم حصي جا حصا هن وقت مادي ڪارڪردگي جي حدن کي ڌڪي رهيا آهن،" ريسرچ انسٽيٽيوٽ جي منهنجي ڪلاس ميٽ چيو. "اسان کي فوري طور تي اهڙي مواد جي ضرورت آهي جيڪي اڃا به وڌيڪ درجه حرارت تي مستحڪم طور تي ڪم ڪري سگهن." گرين سلڪون ڪاربائيڊ مرکبات هن علائقي ۾ اهم ڪردار ادا ڪري سگهن ٿا. خالص سلڪون ڪاربائيڊ هڪ غير فعال ماحول ۾ 2500 °C کان مٿي گرمي پد کي برداشت ڪري سگهي ٿو، جيتوڻيڪ هوا ۾، آڪسائيڊيشن ان جي استعمال کي 1600 °C تائين محدود ڪري ٿو. بهرحال، اهو اڃا تائين اڪثر اعليٰ درجه حرارت وارن مصر کان 300-400 °C وڌيڪ آهي.
وڌيڪ اهم ڳالهه اها آهي ته اهو اعليٰ گرمي پد تي اعليٰ طاقت برقرار رکي ٿو. هڪ مواد جي جاچ ڪندڙ انجنيئر وضاحت ڪئي ته "ڌاتو مواد اعليٰ گرمي پد تي 'نرم' ٿين ٿا، اهم رڙيون ڏيکاري ٿو." "پر سلڪون ڪاربائڊ ڪمپوزٽس پنهنجي ڪمري جي گرمي پد جي 70 سيڪڙو کان وڌيڪ طاقت کي 1200 ° C تي برقرار رکي سگهن ٿا، جيڪو ڌاتو مواد لاءِ حاصل ڪرڻ تمام ڏکيو آهي." في الحال، ڪجهه تحقيقي ادارا استعمال ڪرڻ جي ڪوشش ڪري رهيا آهنسائو سلڪون ڪاربائيڊنوزل گائيڊ وينز ۽ ڪمبشن چيمبر لائنرز جهڙن غير گھمندڙ حصن کي تيار ڪرڻ لاءِ ڪمپوزٽس. جيڪڏهن اهي ايپليڪيشنون ڪاميابي سان لاڳو ڪيون وڃن ٿيون، ته انجن جي زور ۽ ڪارڪردگي ۾ وڌيڪ بهتري جي اميد آهي. IV. حرارتي انتظام: گرمي کي "اطاعت" ڪرڻ
خلائي گاڏيون خلا ۾ انتهائي حرارتي ماحول کي منهن ڏين ٿيون: سج جي طرف وارو پاسو 100 °C کان وڌيڪ ٿي سگهي ٿو، جڏهن ته ڇانو وارو پاسو -100 °C کان هيٺ ٿي سگهي ٿو. هي وڏو گرمي پد جو فرق مواد ۽ سامان لاءِ هڪ سخت چئلينج پيدا ڪري ٿو. گرين سلڪون ڪاربائيڊ ۾ هڪ تمام گهڻي گهربل خاصيت آهي - بهترين حرارتي چالکائي. ان جي حرارتي چالکائي عام ڌاتوءَ کان 1.5-3 ڀيرا ۽ عام سيرامڪ مواد کان 10 ڀيرا وڌيڪ آهي. ان جو مطلب آهي ته اهو جلدي گرم علائقن کان ٿڌي علائقن ۾ گرمي منتقل ڪري سگهي ٿو، مقامي اوور هيٽنگ کي گهٽائي ٿو. "اسان سيٽلائيٽ جي حرارتي ڪنٽرول سسٽم ۾ سائي سلڪون ڪاربائيڊ مرکبات استعمال ڪرڻ تي غور ڪري رهيا آهيون،" هڪ ايرو اسپيس ڊيزائنر چيو، "مثال طور، گرمي پائپن جي ڪيسنگ يا حرارتي چالکائي سبسٽريٽس جي طور تي، سڄي سسٽم جي گرمي کي وڌيڪ هڪجهڙائي بڻائڻ لاءِ."
ان کان علاوه، ان جو حرارتي توسيع جو ڪوئفيشينٽ تمام ننڍڙو آهي، صرف 4×10⁻⁶/℃، جيڪو ايلومينيم مصر جي لڳ ڀڳ پنجون حصو آهي. ان جو سائز گرمي پد جي تبديلين سان تقريبن تبديل نه ٿيندو رهي ٿو، هڪ خاصيت جيڪا خاص طور تي ايرو اسپيس آپٽيڪل سسٽم ۽ اينٽينا سسٽم ۾ قيمتي آهي جنهن کي درست ترتيب جي ضرورت آهي. "تصور ڪريو،" ڊزائنر هڪ مثال ڏنو، "مرڪز ۾ ڪم ڪندڙ هڪ وڏو اينٽينا، سج جي سامهون ۽ ڇانو واري پاسن جي وچ ۾ سوين درجا سينٽي گريڊ جي گرمي پد جي فرق سان. جيڪڏهن روايتي مواد استعمال ڪيا وڃن، ته حرارتي توسيع ۽ ڇڪتاڻ ساخت جي خرابي جو سبب بڻجي سگهي ٿي، پوائنٽنگ جي درستگي کي متاثر ڪري ٿي. جيڪڏهن گهٽ توسيع وارو سائو سلڪون ڪاربائيڊ جامع مواد استعمال ڪيو وڃي، ته هن مسئلي کي تمام گهڻو گهٽائي سگهجي ٿو."
وي. چوري ۽ تحفظ: صرف "برداشت ڪرڻ" کان وڌيڪ
جديد ايرو اسپيس گاڏين ۾ اسٽيلٿ ڪارڪردگي تي وڌندڙ مطالبا آهن. ريڊار اسٽيلٿ بنيادي طور تي شڪل جي ڊيزائن ۽ ريڊار جذب ڪندڙ مواد ذريعي حاصل ڪيو ويندو آهي، ۽ سائي سلڪون ڪاربائيڊ ۾ پڻ هن علائقي ۾ ڪنٽرول ڪرڻ جي صلاحيت آهي. "خالص سلڪون ڪاربائيڊ هڪ سيمي ڪنڊڪٽر آهي، ۽ ان جي برقي ملڪيت کي ڊوپنگ ذريعي ترتيب ڏئي سگهجي ٿو،" هڪ فنڪشنل مواد ماهر متعارف ڪرايو. "اسان هڪ خاص فريڪوئنسي رينج اندر ريڊار لهرن کي جذب ڪرڻ لاءِ مخصوص مزاحمت سان سلڪون ڪاربائيڊ جامع مواد ڊزائين ڪري سگهون ٿا." جيتوڻيڪ اهو پهلو اڃا تائين تحقيق جي مرحلي ۾ آهي، ڪجهه ليبارٽريون اڳ ۾ ئي X-بينڊ (8-12 GHz) ۾ سٺي ريڊار جذب ڪندڙ ڪارڪردگي سان سلڪون ڪاربائيڊ تي ٻڌل جامع مواد جا نمونا تيار ڪري چڪيون آهن.
خلائي تحفظ جي لحاظ کان، سختي جو فائدوسائو سلڪون ڪاربائيڊاهو پڻ واضح آهي. خلا ۾ وڏي تعداد ۾ مائڪرو ميٽيورائيڊ ۽ خلائي ملبہ موجود آهن. جيتوڻيڪ هر هڪ جو وزن تمام ننڍو آهي، انهن جي رفتار انتهائي تيز آهي (في سيڪنڊ ڏهه ڪلوميٽر تائين)، جنهن جي نتيجي ۾ تمام گهڻي اثر واري توانائي پيدا ٿئي ٿي. "اسان جا تجربا ڏيکارين ٿا ته سائي سلڪون ڪاربائيڊ جامع مواد ۾ ساڳئي ٿولهه جي ايلومينيم مصر جي مقابلي ۾ تيز رفتار ذرڙن جي اثر جي مزاحمت 3-5 ڀيرا وڌيڪ آهي،" هڪ خلائي تحفظ محقق چيو. "جيڪڏهن مستقبل ۾ خلائي اسٽيشنن يا ڊيپ اسپيس پروبس جي حفاظتي پرتن ۾ استعمال ڪيو وڃي، ته اهو حفاظت کي خاص طور تي بهتر بڻائي سگهي ٿو."
خلائي ترقي جي تاريخ، هڪ لحاظ کان، مادي ترقي جي تاريخ آهي. ڪاٺ ۽ ڪينواس کان وٺي ايلومينيم مصر تائين، ۽ پوءِ ٽائيٽينيم مصر ۽ جامع مواد تائين، هر مادي جدت جهاز جي ڪارڪردگي ۾ هڪ ٽپو ڏنو آهي. شايد گرين سلڪون ڪاربائيڊ پائوڊر ۽ ان جا جامع مواد ايندڙ ٽپو لاءِ اهم محرڪ قوتن مان هڪ هوندا. اهي مواد سائنسدان جيڪي ليبارٽرين ۾ محنت سان تحقيق ڪري رهيا آهن ۽ ڪارخانن ۾ فضيلت لاءِ ڪوشش ڪري رهيا آهن، شايد خاموشي سان آسمان جي مستقبل کي تبديل ڪري رهيا آهن. ۽ گرين سلڪون ڪاربائيڊ، هي بظاهر عام مواد، شايد انهن جي هٿن ۾ "جادو پائوڊر" هجي، جيڪو انسانيت کي بلند، پري ۽ محفوظ اڏامڻ ۾ مدد ڪري ٿو.