Műszaki Élet, 1975. január-június (30. évfolyam, 1-13. szám)
1975-01-03 / 1. szám
A MŰSZAKI ÉS természettudományi EGYESÜLETEK SZÖVETSÉGÉNEK LAP „IlIBMI Abrazív anyagok hazai gyártása és fejlesztése (OMFB tanulmány és koncepció) _____folyóirat osztály Pályázatunk eredménye — A papíripar problémái — Az ipar A szocialista országok szerkezete — Nagy változás Japánban ipara Felelősség az üzemi balesetért Köztudomású, hogy a gyémánt minden más anyagnál keményebb, de nincs egyértelműen megállapítva, mennyivel. A korund, a második legkeményebb anyag a Molis-skála szerint kis, egyötöd keménységű. A jeghemerryeon szintetikus anyag, a köbös bórnitrid keményebb korundnál, de keménysége csak mintegy fele a gyémánténak. A keménység meghatározása gesen előállítani, köztük a gyémántot is. Az első gyémántszintézist 1954-ben hajtotta végre H. Tracy Hall, Herbert M. Strong, Robert H. Wentorf és Francis P. Bundy, a General Electric kutatóközpontjában. Az eljárás: a karbont egyik il.,r,l egy másikba kell átvinni. A nyersanyag grafit, amelyet több, mint 50 000 atmoszféra nyomáson és kb. 1300 °C hőmérsékleten tartanak. Az olvadékban bizonyos fémötvözőknek is jelen kell lenniük; főleg vas, nikkel vagy kobalt alkalmas erre. Ezek nyilván katalizátorként dolgoznak, bár pontos szerepüket nem ismerik. Ezekből a kísérleti eredményekből egy iparág fejlődött ki, és ma már Dél-Afrikában, Írországban, Svédországban, a Szovjetunióban és Japánban gyárak vannak, amelyek ipari gyémántot állítanak elő forgácsoló szerszámokhoz. Az Egyesült Államokban az iparban használt gyémántnak ma már fele mesterséges. A bórnitrid kristályszerkezete hasonló a grafitéhoz, ez magyarázza, hogy a nagy keménységű köbös bórnitrid előállítása is hasonló a mesterséges gyémántéhoz. Itt azonban katalizátorként alkáli fémeket és azok nitridjeit is használhatjuk. Köbös bórnitridet Wentorf állított elő először 1956-ban. A természetes és mesterséges gyémántok, vagy a köbös bórnitrid vizsgálatához alkalmatlan a Mohs-skála. Mohs, a német mineralógus 1820-ban vezette be a róla elnevezett, 10 fokozatú skálát. Az egyes fokozatok keménységét egy-egy anyaggal jelezték. Csak az utóbbi években állították fel azt az összefüggést, hogy a Mohs-skála 1—9. fokozataiban az egymást követő lépcsők keménységaránya kb. 1,2. Így ebben a tartományban az összefüggés közelítően logaritmikus. A Mons-skam 9. és 10. fokozata között azonban kb. 5 a fokozati tényező. Az utóbbi évtizedekben megpróbáltak jobb keménységi skálákat felállítani. Ilyen volt pl. a Knopp-skála, amelyet a Bureau of Standards 1939-ben elfogadott. Ennek elve, hogy egy piramis alakú gyémántot fokozódó erővel nyomnak a vizsgált felületbe, és mérik az egységnyi nyom eléréséhez szükséges erőt. Ezen a skálán például a korund keménysége 2100 kpa négyzetmilliméterenként. Számos egyéb skálát is kidolgoztak. Köztük pl. Wooddell a Mohs-skála 9. és 10. fokozatát arányosította az előző fokozatokkal, így pl. egy adott dél-amerikai gyémánt a Mohs— Wooddell skálán 42,5 keménységű. A kötési energia Az 1960-as évek elején a cambridge-i Air Force Research Laboratory két munkatársa, Plendl és Gielisse a keménység és az egységnyi köbtartalomra eső belső kötési energia összefüggéseit vizsgálta. Vizsgálatuk során az elemzett anyagok két csoportraváltak: a kemény anyagokat tartalmazó „A” csoportban vegyérték szerinti kötést találtak, a lágy anyagokat tartalmazó ,,B” csoportban pedig ionos kötést. Erre példa a konyhasó, (Folytatás a 20. oldalony22a172 a Ha ezekről a dolgokról beszélünk, meg kellene határozni, mit értünk keménységen. Hosszú időn keresztül ezt csak tapasztalati úton határozták meg: az az anyag keményebb, amely meg tudja karcolni a másikat. Így alakult ki a JVlohs-skála is. Minthogy a gyémántot csak egyMQL másik gyémánt tudja karcolni, ~- ' és d gyémánt alkatrészek vélet- • Q len találkozása ritka, a gyémánt alkatrészek, pl. csapágyak élettartama elméletileg végtelen. A keménység meghatározásé- ' OOIIOL ' alaposabb módszere, ha ve- q P0002 nak gyi és kristályszerkezeti alapokból indulunk ki. Egy anyag keménysége, alakítással szembeni ellenállása attól az erőtől függ, amely atomjait a kristályszerkezetben helyükön tartja. Az atomközi erők ilyen vizsgálata segít megmagyarázni a szuperkemény anyagok, a gyémánt, és bórnitrid keménységének okait. A legutóbbi évtizedekig a nagy keménységű anyagok csak a természetben fordultak elő, és bányászati eljárással hozták őket a felszínre. Ma már számos anyagot tudnak más terse- CifX el m 750 w&w tofátrW<móar? letfMé&ene/ifi'e KCa(/'cm 1. ábra ,0mM06 ,00002 2. ábra Takarékoskodni ■ ésszerűen Legutóbbi pályázatunk igen nagy sikert aratott olvasóink körében, nem remélt mennyiségű cikkbe öntött javaslatot, bírálatot küldtek be. Ez azt bizonyítja, hogy Lapunk nagy olvasógárdája teljes kiadásával és tapasztalatával segíteni akarja irányítási rendszerünk fejlesztését, népgazdasági céljaink elérését. Mindezt a lelkesedést, a jó ügy iránti odaadást látva szerkesztőségünk úgy határozott, hogy új pályázatot ír ki, amelynek tárnája az élőmunkával, az anyaggal, az energiával való takarékosság, de az ésszerű takarékosság. Olyan lehetőségek és tartalékok feltárását várjuk, amelyek valóban segítik akár az egész népgazdaság, akár csak egy-egy iparág vagy egy-egy üzem hatékony gazdálkodását. A cikkek szólhatnak az eddigi eredményekről, de javaslatokat tartalmazhatnak új intézkedésekre, új eljárások bevezetésére. A párt és a kormány által meghirdetett gazdaságpolitika szerves része, hogy takarékosabban használjuk fel erőforrásainkat, s pályázatunk ezt a törekvést kívánja segíteni. A javaslatokat, leírásokat tartalmazó cikkek nem lehetnek hosszabbak 3 génért oldalnál (26 sor). A pályázatokat három példányban kérjük. A pályázat jeligés. Kérjük, hogy a pályázók nevét és címét csak a cikkhez mellékelt, lezárt borítékban közöljék. A közölt cikkekért természetesen a szokott honoráriumokat fizetjük, ezenkívül a legjobb cikkekért kiosztunk 1 db I. díjat 2 db II. díjat 3 db III. díjat A beküldési határidő: 1995. február 28. Várjuk olvasóink pályázatait. 3000 Ft 2000 Ft 1000 Ft Hidrogén- és nitrogénmotoros gépjárművek Ma már csak azt a gépjárműmotort nevezhetjük korszerűnek, amelyik gazdaságos üzemű és egyben „tiszta” is, tehát égéstermékei vagy egyáltalán nem, vagy csupán csekély mértékben szennyezik a bioszférát. Ezért a fejlődés nemállhat meg az Otto-, Diesel- és Wankel-motorok, valamint a gázturbinák állandó tökéletesítésénél, hanem új motorfajtákkal is kísérletezni kell. Valóban, a kutatóintézetek tucatjai, kutatók ezrei foglalkoznak a gőz-, a Stirling-, Anydine-, propán-bután gáz, folyékony földgázüzemű, hibrid jellegű, akkumulátoros-elektromos, tüzelőanyag-cellás, lendkerekes, napelem- stb. motorokkal, hogy közöttük találják meg az 1985—2000. évekre a maiaknál minden szempontból kedvezőbb erőforrásokat. Közben azonban egyre több szó esik a hidrogén- és nitrogénmotorról is, amelyeknek elméleti alapjait eléggé tisztázták ahhoz, hogy a közeljövőben néhány kísérleti példányt a siker reményében építhessenek meg belőlük. Most e két különleges motorfajtáról szólunk. Kétfajta hidrogénmotor igen nagy gyakorlatot szerzett az utóbbi évek során az amerikai Beech Aircraft Corp. folyékony földgáz tárolására szolgáló nyomástartó és kriogén — tehát igen alacsony hőmérsékletet hosszabb időn keresztül megőrző — edények, tartályok tervezésében és gyártásában. Ezeket az amerikai űrhajózás számára dolgozta ki a cég. Egy-egy ilyen edény —162,2 Celsius-fokon tárolja a folyékony földgázt, s földi viszonyok között3—4 napig, a Föld légkörén kívül pedig hetekig, hónapokig tartja ezt a hőmérsékletet. Ebben az állapotban 600-szor kisebb 11 földgáz térfogata, mint szobahőmérsékleten és atmoszférikus nyomáson. Kihasználva e kedvező lehetőséget, a Beech cég kidolgozta folyékony földgázzal működő dízelmotorját, s a kriogén tüzelőanyagtartályt, a csővezetékrendszert, a földgázkarburátort, a nyomásszabályozó regulátort, valamint az elgőzölögtető rendszert gyártja, sőt hálózatán keresztül árusítja is. Ezzel lehetővé vált, hogy egy hagyományos dízelmotort rövid idő alatt átállíthassanak földgázüzemre. A gyár azonban nem állt meg, tovább folytatja a kísérleteket a földgáznál is kedvezőbb tüzelőanyag megtalálására. Elsősorban a hidrogén jöhet szóba, amelyet a gépjármű kriogén tartályában már —252,7 Celsius-fokon, szintén cseppfolyós állapotban tárolnának. Hidrogént nagyenyiségben vízbontással lehet előállítani, s ezután mód van csővezetékes továbbítására. Kriogén állapotban eredeti térfogatának mindössze 0,08 részét foglalja el a hidrogén, vagyis az arány 33%-kal jobb, mint a földgáz esetében. Az elvi, elméleti alapok felhasználásával hamarosan megindulnak a kísérletek, előbb egy átalakított benzin-, később egy dízelmotoron. Szintén hidrogénmotor megalkotásával foglalkozik a haifai szilárdtest-fizikai központ egy tudóscsoportja. Ők azonban nem folyékony hidrogénre, hanem szilárd halmazállapotú hidrogén- kompaundra gondoltak. Ebből egyetlen blokk közel akkora méretű, mint egy négyszögletes, hagyományos tüzelőanyag-tartály, és egyszerűen konzolon is elhelyezhető. Ha „kimerül”, szinte egyetlen mozdulattal lecserélhető egy „töltött” kompaund blokkal. Az eddigi számítások szerint kb. 500 km hatótávra elegendő egy blokk. Itt tehát szükségtelen a kriogén tartály, vagyis a kriosztát, s ezért ez a megoldás még előnyösebb, mint a Beech-féle. Mindkét rendszernél kedvező, hogy az égéstermék kizárólag vízgőz. Még némi elméleti munka, s hozzákezdhetnek a prototípus tervezéséhez. Kétturbinás nitrogénmotor Nyilván a kriogén technikában elért sikerek serkentették az angol Randellt arra, hogy kidolgozza a nitrogénmotor elvét. Rendszere roppant egyszerű, folyékony, —184 Cels Kisfok hőmérsékletű nitrogént az atmoszféra hőjével melegít fel, s az így gázzá váló nitrogén hőenergiáját hasznosítja turbina hajtására. Ez úgy történik, hogy a kriosztátból tápszivattyú továbbítja a folyékony nitrogént az előgőzölögtető csőkígyóba, amelyet atmoszférikus nyomású és szobahőmérsékletű levegő vesz körül. Ennek hatására —42 Celsius-fokra melegszik fel a nitrogén, s közben gázhalmazállapotot vesz fel. Ezután közvetlenül a turbinába vezethető. (Folytatás a 20. oldalon) i aáfad •MtartrsazahmsrfimM 'krioxtáf nttrogmmía fasztyatyú •a áátór és káva tarám ripaadástjára szabadba 1. ábra. Egyszerű nitrogénmotor elvi sémája