Тема 1.3. Перспективні технологічні процеси і науково-технічний прогрес План

1. Основні види і сутність перспективних технологічних процесів.

2. Високотемпературні процеси.

3. Каталітичні, електрохімічні та фотохімічні процеси.

4. Електроіскрова обробка матеріалів.

5. Радіаційнохімічні, лазерні та ультразвукові процеси.

6. Електронно-променева та плазмова обробка матеріалів.

Методичні поради

Мета самостійної роботи – засвоєння студентами знань про песпективні технологічні процеси, використання яких дозволяє створювати інноваційні, ефективні ресурсоенергозберігаючі, маловідходні та екологобезпечні технології здатні забезпечити науково-технічний прогрес – взаємопов’язаний поступовий розвиток науки і техніки, що створює інформаційну, матеріальну і технологічну базу для техніко-економічного розвитку суспільства.

З рекомендованої або підібраної самостійно літератури виписати у конспект сутність перспективних технологічних процесів з визначенням їх особливостей, переваг, перспектив і можливостей застосування.

Інтенсифікація виробництва включає:

• покращення використання наявного виробничого апарату;

• прискорення відновлення основних виробничих фондів;

• ефективне використання ресурсів;

• впровадження інноваційних процесів і технологій.

Ефективне використання ресурсів - ресурсозбереження включає:

• економію сировини, матеріалів, енегії, робочого часу і отримання на цій основі додаткової продукції;

• широке використання вторинної сировини, відходів виробництва і споживання;

• створення маловідходних технологій і застосування нової ресурсозберігаючої техніки, використання вторинних матеріалів тощо.

До сучасних технологічних процесів прогресивних, що знайшли широке використання, належать.

Технологія високошвидкісної обробки застосовується для обробки різанням спеціальних матеріалів ріжучими, високошвидкісного вибухового електромагнітного або електрогідравлічного формування, нанесення покриттів і з’єднання матеріалів або виробів. Носіями енергії можуть бути ударні або електромагнітні хвилі, які утворюються в різних середовищах (повітря, вода, пісок) за рахунок детонації вибухових речовин, згорання газу або порошкоподібного пального, розширення переохолодженних газів або іскрового розряду тощо.

Технологія обробки плазменним струмом використовує плазменні пальники, в яких гази можуть розігриватися до 50 000 К. При цих температурах атоми газу втрачають електрони і виникає іонізований електропровідний газ - плазма.

Висока щільність енергії, величина струму та теплофізичні характеристики плазми роблять цю технологію особливо ефективною для:

• різання високолегованих сталей і сплавів міді з алюмінієм, тобто матеріалів, які майже не піддаються автогенному різанню;

• обробки тугоплавких (вольфраму і молібдену), а також твердих і крихких речовин (карбідів, оксидів, нітридів, боридів і силіцидів);

• плазменного напилення на фасонні заготовки різного типу покриття для захисту від корозії, підвищення зносо- та ерозостійкості;

• зварювання особливо тонких деталей і при наплавленні корозійно-, жаро- та зносостійких матеріалів;

• використання плазменних плавильних печей, в яких високі температури і короткий термін плазменної плавки дають змогу підвищити якість виробів порівняно з вакуумною плавкою.

Електронно-променева технологія дає можливість використання електронних променів як джерела тепла за допомогою яких можна обробляти всі металеві і кристалічні матеріали, знімати поверхневі шари (стружку), різати, переплавляти, зварювати, досягаючи високої продуктивності та швидкості зварювання до 50 м / хв.

Легке фокусування електронних променів до діаметра в кілька мікрометрів зумовлює переваги їх застосування при надточній обробці, як того вимагають мікроелектроніка та техніка напівпровідників.

Елетронно-променеві плавильні печи застосовуються для плавлення тугоплавких металів, високоякісних сталей. В них легкоплавкі метали, подібні до алюмінію, випарюються і можуть використовуватись для антикорозійного захисного напилення на сталь.

Лазерна технологія використовує оптичні квантові генератори-світлопідсилювачі зі зворотним зв’язком.

Збудження у лазера з твердою активною речовиною (рубіновий монокристал, неодимове скло) або рідинною (розчини органічних фарбників) чи газом (аргон) здійснюється шляхом опромінення світлом імпульсної лампи, електричного розряду в газах, хімічної реакції, бомбардирдування електронним пучком тощо. Енергія збудження атомів, іонів або молекул активної речовини перетворюється в лазерах на світлову енергію прискореного лазерного випромінювання, що характеризується високою спрямованістю і великою щільністю.

Лазери використовують для:

- точних вимірювань;

- управління роботою верстатів, машин і механізмів;

- обробки різанням надтвердих матеріалів і тугоплавких металів та сплавів;

- зварювання та пайки матеріалів в специфічних умовах;

- свердління отворів малого і надмалого діаметру в надтвердих матеріалах;

- плавлення різноманітних речовин;

- термообробки матеріалів і локального гартування мікрозон поверхонь.

Хімічні та електрохімічні технології використовують процеси електрохімічного розчинення і поверхневого електролітичного нагрівання (гальванізація металів та пластмас, електростатичне та електрофорезне лакування, фотохімічне і електрофотографічне травлення та друк).

Перспективним є спосіб обробки поверхонь, що має назву електрополімерізація, який грунтується на принципах гальванотехніки і використовується для нанесення тонких ізоляційних або антикорозійних пластмасових захисних покриттів на використовують металеві деталі та вироби.

Ультразвукові технології використовують ультразвукові хвилі, які є механічними коливаннями в діапазоні частот, що лежать вище 20 кГц. На відміну від електромагнітних хвиль, вони поширюються тільки в матеріальному середовищі.

В промисловості застосовують процеси ультразвукового різання виробів найрізноманітнішої форми з твердих і крихких матеріалів (дорогоцінне каміння, скло, ферити, кераміка, кремній, германій), а також ультразвукове зварювання металів і пластмаси та ультразвукове формування.

Технології дифузійних покриттів використовують дифузійний ефект, тобто спроможність атомів хімічних елементів і сполук проникати в тверді тіла при їх контакті та оптимальних температурах і утворювати поверхневі покриття.

Цим способом створюють покриття завтовшки від 0,01 до 2 мм, комбінації властивостей яких залежать від складу та структури дифузійного шару, що утворився.

Цією технологією можна одержувати поверхневі шари виробів насичені різноманітними, в залежності від призначення, хімічними елементами або їх сполуками: металами, сплавами, нітридами, карбидами, вуглецем (цементація), азотом (азотування), бором, хромом (хромування), алюмінієм, цинком (цинкування), кремнієм тощо, а також здійснювати технологічні процеси плакірування, емалювання, гальванізації та ін.

Створені покриття підвищують антикорозійну стійкість, зменшують знос і нагрівання виробів.

Біотехнології широко використовуються:

• у сільскому господарстві (високопродуктивні та стійкі сорти рослин, гербіциди, регулятори росту, вакцини та сиворотки для лікування тварин, кормові білки);

- 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.

• в енергетиці 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.

Нанотехнології - галузь молекулярної технології, орієнтована на створення пристроїв, речовин та матеріалів зі спеціальною структурою та комплексом фізичних, хімічних і біологічних властивостей.

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;

- розробка і виготовлення нанороботів, здатних працювати з об’єктами молекулярних розмірів;

- створення матеріалів з комплексом заданих властивостей;

- зміни хімічної структури сполук.

Розвиток нанотехнологій приведе до корінної перебудови практично всіх високотехнологічних галузей: кібернетики, електроніки, ядерної та лазерної техніки, біології, медицини, хімічної індустрії, сільского господарства.