2.000 Fahrenheit derecenin üzerindeki sıcaklıklar için bu malzemeler kavurucu işi halleder.
Yaz hemen köşeyi dönünce, ama hava çoktan başladı. , Cızırtılı ızgaraları güneş zalimce itibaren sıcak duygu (ve soğuma ) artık günlük öğütmek bir parçasıdır. PopSci , en yeni bilim, teçhizat ve akıllı DIY fikirleriyle en kavurucu mevsime girmenize yardımcı olmak için burada. Hot Month'a hoş geldiniz .
Mutfağınızdaki fırın, akşam yemeği pişirmek istediğinizde kolayca 400 derece Fahrenheit'e kadar ısınır, ancak dünya çok, çok daha fazla ısınan alanlarla doludur. Onları pek düşünmeyebilirsiniz, ancak eski bir ampuldeki filaman, bir jet motorunun içi ve bir uzay aracındaki ısı kalkanı çok daha yüksek sıcaklıklarla karşılaşır. Bu ortamlar, aşırı kızarmayı gidermek için özel malzemelere ihtiyaç duyar.
Bunlar, o yerlerin erimeden, yanmadan, parçalanmadan, alev almadan işlev görmesini sağlayan maddelerdir.
Seramikler şu anda çok sıcak
Malzeme bilimcileri, maddelerin üç farklı kategoriye girdiğini düşünüyor: seramikler, metaller ve polimerler (AKA plastikler). Seramikler ısıya en dayanıklı ve en az polimerlerdir, ancak mühendislerin görev için doğru malzemeleri seçerken elektrik iletimi veya ağırlık gibi diğer özellikleri de göz önünde bulundurması gerekir.
Ancak dünyanın en sıcak yerlerine gelince, seramik malzemeler her zaman gitmenin yoludur.
Northwestern Üniversitesi'nde malzeme bilimi ve mühendisliği profesörü olan David Dunand, "Seramikler en yüksek erime noktasına sahiptir" diyor. Seramikler, şu anda yüksek sıcaklıklarla iyi başa çıkmanın ötesinde, diğer seçenekler kadar çabuk bozulmadan uzun süreli ısıya da dayanır.
Seramik örnekleri için cam, tuğla ve çanak çömlek gibi yaygın eşyalardan başkasına bakmayın. Hatta mutfağınızda keskin ama kırılgan bir seramik bıçağınız bile olabilir.
Dirençlerinin anahtarı, malzemelerin atomik seviyede sahip oldukları bağlardır: kovalentler ve çok dayanıklıdırlar. (Lise kimyasını hatırlıyor musunuz? Üzgünüm.) Dunand, “Termal titreşimler atomlar arasındaki bağları koparmaz” diye açıklıyor.
Seramik malzemeler, çeliğin yapıldığı yüksek fırınlar gibi yerler için harikadır. Bu malzemelerin uzun mesafeler için 3.000 Fahrenheit dereceden daha yüksek olabilecek sıcaklıklara dayanması gerekiyor. Dunand, "Yüksek fırın - onu asla durdurmuyorsunuz," diyor. "Bir kez başlattığınızda, 365 gün çalışması gerekir, çünkü aksi takdirde tıkarsınız."
Seramik kategorisinin açık bir lideri var. Dunand, "En sıcak durumun en sıcak hali için aslında karbon kullanıyorsunuz," diyor. "Yüksek sıcaklıkta nihai seramiktir." Örneğin, bir uçağın frenleri veya bir uzay aracındaki ısı kalkanı bu malzemeyi farklı şekillerde kullanabilir.
Karbon, NASA'nın Parker Solar Probe'sini güneşten koruyan ısı kalkanında önemli bir rol oynar. NASA'ya göre , 3,000 Fahrenheit kadar sıcak sıcaklıklara dayanabilir, ancak gerçekte sadece 2.500 derece civarında sıcaklıklara maruz kalması gerekir .
Yine Northwestern Üniversitesi'nde malzeme bilimi ve mühendisliği profesörü olan Ian McCue, tipik olarak karbon fiber ve elementin başka bir formu olan, genellikle grafitin bir karışımı olan karbon-karbon adı verilen bir malzemeden bahsedildiğini duyabilirsiniz. Parker Solar Probe'un kalkanının iki katmanı karbon-karbondan oluşur. "Bu, herhangi bir yüksek sıcaklık uçağı için tercih edilen malzeme" diyor. "Savunma bunu kullanıyor; NASA bunu kullanıyor. "
Jet motorlarında yangın var
Seramiklerin yanında metaller vardır ve bunların özel bir sınıfı çok önemlidir: nikel bazlı süper alaşımlar. (Alaşım, metallerin birleşimidir.) Bu malzeme, türbin kanatlarının "yanan yakıtla doğrudan temas halinde olduğu" bir jet motorunun sıcak iç kısmında önemli bir rol oynar.
Bu metal karışımı sadece ısıya direnmekte iyi değil, aynı zamanda "sünek ve sert" diyor. Bu, şanssız bir kuş emilirse her şeyin parçalanmayacağı anlamına gelir.
Mühendisler oranın sıcak olmasını istiyor. “Gelecekte, insanlar motorların çalışma sıcaklığını artırmak istiyor - jet yakıtı aslında çok daha sıcak yanabilir” diye belirtiyor. "Yakıtı ne kadar sıcak yakarsan, yakıt için o kadar fazla enerji çıkarırsın."
Bu metaller genellikle yaklaşık 2.190 Fahrenheit veya daha düşük sıcaklıklara dayanır. Dunand, alaşımların on yıllar boyunca daha sıcak ve daha yüksek sıcaklıklarla başa çıkabilmek için "ince ayarlandığını" söylüyor. Genellikle, erime noktalarının yaklaşık yüzde 80'i olan bir sıcaklığa kadar mutlu bir şekilde çalıştırılabilirler.
Bir büyük, modern jet motoru olan GE9X sıcak iç hem metal ve seramik kullanır.
Başka bir jet motoru benzeri makine, bu nikel bazlı süper alaşımları kullanıyor: doğal gazı yakan elektrik jeneratörleri .
"Düşünürseniz, nikel bazlı süper alaşımlar elektriğimizin ve uçaklarımızın merkezinde yer alır - bu yüzden gerçekten modern yaşam, bildiğimiz kadarıyla, onsuz çok zor olurdu" diyor.
Bir başka özel metal de bir itirazı hak ediyor: sınıfındaki herhangi bir maddenin en yüksek erime noktasına sahip olan tungsten. Şaşırtıcı 6,192 Fahrenheit derecesinde erir, bu da onu bir akkor ampulün kontrollü ortamında filaman için iyi bir seçim haline getirir.
Son olarak, polimerler - veya polietilen gibi plastikler - ısıya direnmede çok iyi değildir. Örneğin, kolayca eritilebilen termoplastik bir şişe düşünün. Ancak bazıları hala dayanıyor : Kevlar , termosetler adı verilen bir polimer kategorisindeki sentetik bir üründür. Kurşun geçirmez yelekler ve bomba kıyafetleri gibi giysilerde kullanılan Kevlar çok güçlüdür. Dunand, "Güç, erime noktasıyla ilişkilidir" diyor. "Yüksek erime noktalı bir polimer olduğu için, onu yüksek sıcaklıklarda kullanabilirsiniz."
