2.6. Ультразвукові технології

Ультразвукові хвилі є механічними коливаннями в діапазоні частот, що лежить вище 20 кГц. Вони, на відміну від електромагнітних хвиль, поширюються тільки в матеріальному середовищі. Енергія ультразвуку у дедалі більших масштабах використовується в промисловому виробництві.

Сучасне виробництво неможливо уявити, наприклад, без ультразвукового очищення. В промисловості можна зустріти ультразвукове свердлення деталей найрізноманітнішої форми з твердих і крихких матеріалів (свердлять дорогоцінне каміння, скло, ферити, кераміку, кремній, германій), а також ультразвукове зварювання металів і пластмаси.

Ультразвукове зварювання відкриває ще ширше коло можливостей для з'єднання матеріалів, що не піддаються звичайним способам зварювання або утворюють під впливом високих температур рідку фазу, що також перешкоджає традиційним способам з'єднання. В той час, як ультразвукове зварювання пластмаси протікає при підведенні тепла, у металів подібний спосіб не викликає утворення рідкої фази, і процес іде аналогічно холодному зварюванню тиском.

Починається використання ультразвукових способів у технології формування і при різанні. Ультразвукове різання дає високоякісні поверхні.

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 один за одним 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 обгрунтованими прогнозами, у XXI ст. біотехнологічні продукти складуть не менш як 20 % всього обсягу товарів світового ринку.