2.7. Технологія дифузійних покриттів

До корозійної термічної зносостійкості матеріалів і виробів висуваються часом дуже високі вимоги, виконання яких здебільшого залежить від стану поверхні деталі. Часто дешеві матеріали, властивості яких покращені лише в локальних поверхневих зонах, з успіхом замінюють малопоширені і цінні. Для цього на практиці часто використовують плакірування, емалювання, лакування, гальванізацію і т. ін.

Дифузійний ефект, тобто спроможність атомів проникати в тверді тіла, ліг в основу одного способу обробки поверхонь — способу дифузійних покриттів. Для гартування сталі в промислових масштабах її поверхню збагачують вуглецем і азотом шляхом дифузійного процесу. В принципі існує можливість більш-менш збагатити всі метали і сплави будь-яким елементом в певній зоні поверхні, якщо основний матеріал при достатньо високій температурі привести в контакт з дифундуючими атомами. Виробляються покриття завтовшки від 0,01 до 2 мм, властивості яких залежать від складу та структури дифузійного шару, що утворився. Цим способом можна одержувати як шари з різноманітних сплавів, так і нітридні, карбідні, боридні. Крім того, можна змусити кілька елементів дифундувати одним за однин або водночас. Цим досягаються більш широкі комбінації властивостей. Для підвищення стійкості до корозії, зносу і нагрівання поряд з вуглецем і азотом сьогодні застосовуються також бор, хром, алюміній, цинк і кремній, що дифундують у металеві матеріали.

Всі названі способи виробництва активно включаються в процес подальшої інтенсифікації народного господарства. З їхньою допомогою при невеликих витратах основних і допоміжних матеріалів та малих виробничих витратах отримують високоякісну продукцію.

2.8. Біотехнології

Біотехнології— це використання природничих та інженерних наук у біоіндустрії для забезпечення біологічної спільноти потрібними продуктами та послугами.

Каталітично-ферментативний характер біохімічних процесів та великі поверхні контакту мікробів з живильними середовищами обумовлюють високу продуктивність і конкурентоспроможність біотехнологічних виробництв. Завдяки цьому біотехнології широко використовуються у сільському господарстві (високопродуктивні та стійкі сорти рослин, гербіциди, регулятори росту, вакцини та сироватки для лікування тварин, кормові білки).

Біотехнології є провідними в медицині при створенні антибіотиків, біологічно активних речовин і фармпрепаратів, інсуліну, гормонів росту та противірусних вакцин.

У харчовій, хімічній та гірничорудній промисловості, очищенні стічних вод та біозахисті довкілля широко використовуються біотехнології. За їх допомогою отримують багато цінних речовин — ферменти, амінокислоти, спирти, вина, пиво, кисломолочні продукти, кормові та медичні дріжджі, органічні кислоти та їх солі, ацетон.

Багато промислових технологій замінено на процеси з використанням ферментів та мікроорганізмів:

• біотехнологічні переробки руд кольорових металів, сільськогосподарських, промислових та побутових відходів;

• отримання біогазу та добрив.

В енергетиці біотехнології можна використовувати для підвищення ступеня вилучення нафти із родовищ, синтезу етанолу для автомобільного пального, розробки біопаливних елементів.

Високоселективні ферментативні біохімічні процеси швидко протікають при невисоких температурах і тисках, що обумовлює їхні економічні переваги.

Найважливішими стадіями мікробіологічного синтезу є:

• приготування та стерилізація живильного середовища;

• вибір високоефективних штаммів мікроорганізмів та їх розмноження у лабораторії;

• одержання належної кількості мікроорганізмів у цеху чистої культури;

• ферментація;

• виділення та очистка цільового продукту;

• пакування і зберігання продукції.

Білкові каталізатори — ферменти є ключовим фактором у визначенні можливостей практичної реалізації та економічних показників біотехнологічних виробництв. На останні суттєво впливають також технології концентрування субстрату та виділення цільового продукту.

Передові країни світу (США, Японія) проводять інтенсивні дослідження з наукових та інженерних проблем біотехнологічних виробництв. За обґрунтованими прогнозами, у XXI ст. біотехнологічні продукти складуть не менш як 20 % всього обсягу товарів світового ринку.

2.9. Нанотехнологіі

Нанотехнологія — галузь молекулярної технології, орієнтована на створення шляхом маніпуляцій з об'єктами Нанометричних розмірів, пристроїв, речовин та матеріалів із спеціальною структурою та комплексом фізичних, хімічних і біологічних властивостей.

Усі варіанти нанотехнологій засновані на локальному, з точністю до нанометрів і навіть до окремих атомів, управлінні атомно-молекулярними реакціями. Той, хто раніше оволодіє нанотехнологіями, займе провідне місце у техносфері майбутнього. Термін "нанотехнологія" введено в 1974 році Н. Танігучі для маніпуляцій з об'єктами розміром менше 1 мкм. Практична ж реалізація деяких нанотехнологічних процесів стала можливою лише після винаходів скануючих тунельного та атомно-силового мікроскопів у 1981 та 1986 роках.

Основні напрямки нанотехнологій:

• виготовлення електронних схем і нанокомп'ютерів з активними елементами атомно-молекулярних розмірів;

• розробка і виготовлення нанороботів, здатних працювати з об'єктами молекулярних розмірів;

• створення матеріалів з комплексом потрібних властивостей шляхом маніпуляцій атомами чи молекулами при перебудові існуючих структур або методом молекулярного збирання;

• розробка і виготовлення легких, композиційних, надміцних і високопровідних матеріалів;

• створення наноматеріалів для високоефективного виробництва і контролю якості продуктів харчування.

Вже зараз для технологічного контролю при виготовленні цифрових відео дисків використовують нанотехнологіі, а С. Деккер на основі нанотехнологій у 1998 році створив транзистор. Нанотехнологіі перспективні для військового використання при створенні спеціального обмундирування чи протидії невидимості літальних апаратів.

Нанотехнологіі можуть привести світ до третьої НТР — нової наноіндустріальної революції, яка радикально змінить не лише економіку, а й. життєве середовище людини. За науковими прогнозами, їх розвиток через 10—15 років дасть змогу створити нову галузь економіки з річним оборотом близько 15 млрд доларів США та 2 млн робочих місць.

Перехід до нанотехнологій — це якісний стрибок від маніпуляцій з речовинами до маніпуляцій з окремими атомами та молекулами. Розвиток нанотехнологій приведе до корінної перебудови практично всіх високотехнологічних галузей: кібернетики, електроніки, ядерної та лазерної техніки, біології, медицини, хіміндустрії, сільського господарства, екології.

Ідеологія нової НТР буде пов'язана з інтелектом людини, її інтересами і підвищеними потребами в освіті, свободі та самовираженні. Впровадження нанотехнологій, без сумніву, вплине на науково-технічний та соціальний розвиток світової спільноти.

Контрольні запитання

1. В чому полягає інтенсифікація виробництва?

2. Що таке прогресивна технологія?

3. Що таке технологічна система?

4. Які фактори впливають на ефективність технологічної системи?

5. Які сучасні технології виробництва ви знаєте?

6. Суть і найважливіші особливості (переваги) біотехнологічних процесів.

7. Нанотехнології — авангард технологічного розвитку.

Література

1. Антоненко Г.Я. Организация, планирование и управление предприятиями строительных изделий и конструкций: Учебник. — К.: Вища шк., 1988. - 376 с.

2. Бажал Ю.М. Економічна теорія технологічних змін: Навч. посіб. — К.: Заповіт, 1996. - 238 с

3. Деречин В.В., Дубровин Ф.Е., Павленко В.В. Системы технологий: основные промышленные отрасли: Учебн. пособие для вузов под ред. В.В. Деречина. — Ч. 2. — Одесса: Латстар, 2001. — 300 с.

4. Дичковська О.В. Системи технологій галузей народного господарства: Навч. посіб. - К.: ЮДО, 1995. - 312 с.

5. Збожна ОМ. Основи технології: Навч. посіб. — Вид. 2. — Тернопіль: Карт-бланш, 2002 - 486 с.

6. Красноштанова А.А., Крылов И.Н., Бабусенко Е.С. Основы биотехнологии: Учебн. пособие. — М.: Ростовский химико-технологический ун-т им. Д.И. Менделеева, 2001. — 84 с.