Ученые Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) разработали новый недорогой конструкционный материал на основе алюминия. Из него можно создавать высокопрочные конструкции – например, для стенок космических аппаратов или быстровозводимых зданий (например, госпиталей для изоляции пациентов с коронавирусной инфекцией). Об этом ТАСС рассказала Ольга Квашенкина, директор одного из подразделений НЦМУ "Передовые цифровые технологии" СПбПУ.
Для крепления материалов ученые адаптировали созданную ранее в СПбПУ технологию сверхбыстрой холодной пайки "умная фольга". Ее модифицировали за счет создания цифровой модели процессов, которые происходят с материалом при его производстве. Благодаря этому стало возможно прогнозировать итоговые свойства материала еще в процессе его создания.
"Умную фольгу" применяют для сверхбыстрого монтажа электроники. Этот материал состоит из тысяч нанослоев различных металлов, которые могут взаимодействовать друг с другом в ходе самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. При такой реакции "умная фольга" за доли секунды нагревается, а затем также быстро остывает.
Температура нагрева этого материала может достигать 1,5 тыс. °С, благодаря чему его используют одновременно и в качестве источника тепла, и в качестве припоя. При этом процесс нагрева–охлаждения "умной фольги" настолько быстрый, что соединение элементов также проходит за доли секунды, и тепло не успевает распространится в глубоко в скрепляемые элементы.
Кроме того, такой способ крепления предполагает, в случае необходимости, возможность демонтажа элементов, то есть соединение оказывается разъемным. Исследователи отмечают, что, применяя "умную фольгу", производитель электроники за доли секунды получает качественное паяное соединение без риска повреждения элементов.
"Контролируемо меняя режимы работы оборудования по производству материала, мы можем регулировать целый класс свойств фольги. Как результат мы смогли найти новое применение нашей технологии. Так, например, мы применили ее для соединения конструкционных частей стенки космического аппарата", – сказала Квашенкина.
По словам специалиста, внутренняя часть конструкции состоит из металлических сот (ячеек с шестигранным основанием), которые объединены в "сэндвич" двумя тонкими листами алюминия. Получается очень легкий, но при этом прочный конструкционный материал, пригодный для использования в космосе.
В ходе исследования ученые выяснили, что масштабные конструкции, скрепленные с помощью такого материала, получаются не менее прочными, чем при соединении с помощью традиционных методов – сварки, пайки или склеивания. При этом стоимость продукта получается ниже, а скорость сборки – выше.
"Кроме того, существует возможность задать любой размер для панели. Поэтому такие стенки можно использовать не только для создания космических аппаратов, но и для строительства быстровозводимых конструкций гражданского назначения, например, коронавирусных госпиталей и даже для создания контейнеров для перевозки, поскольку такая конструкция в целом обладает отличной теплоизоляцией ", – отметила Квашенкина.
ТАСС
