Энциклопедический словарь по металлургии - космическая металлургия

Малое значение силы тяжести в условиях полета КА, а также нестабильность ее величины существенно сказываются на теплои массопереносе в расплавах, газовой и паровой фазах и, соответственно, на кинетике металлургических процессов, в частности кристаллизации. Становятся незначительными выталкивающие силы Архимеда. Снижена роль конвекции гравитационного типа. Основными становятся конвективные течения, вызванные капиллярными силами. В результате изменяется процесс фазообразования, микроструктура слитка, характер ликвации компонентов, сегрегации фаз по плотности в слитке и т. д. Все это отражается на свойствах сплавов и материалов. Невесомость открывает также широкие возможности бесконтейнерного удержания любых веществ в жидком состоянии и изменения формы расплава. В процессах формообразования расплавов действие межмолекулярных сил становится определяющим. Расплав в свободном состоянии принимает форму сферы. Другим внеземным фактором, который может быть использован в космической металлургии, является вакуум. На околоземных орбитах КА давление атмосферы 10^-4 — 10 Па. Вблизи КА оно на один-два порядка выше.

Практическое начало космической металлургии было положено экспериментом по плазменно-лучевой и дуговой сварке металлических заготовок в 1969 г. на борту космического корабля «Союз-6» Г. С. Шониным и В. Н. Кубасовым с использованием специализированной установки «Вулкан», спроектированной и изготовленной в Институте электросварки им. Е. О. Патона (г. Киев). Этот эксперимент позволил впервые осуществить и исследовать процессы плавления и затвердевания металла в сварном шве в условиях орбитального полета. В дальнейшем эксперименты по космической металлургии заняли прочное место в космических программах всех индустриально развитых стран.

Для металлургических процессов на борту КА использовались электротермические установки мощностью не более 1 — 1,5 кВт с температурами нагрева до 1500 °С. По мере того, как будут увеличиваться энергетические ресурсы на КА, будут расти и мощности, используемые для целей космической металлургии. Одновременно с проблемой энергопотребления решаются и вопросы регулирования температурного режима на борту КА созданием специальных систем отвода тепла в космическое пространство.

Установки для процессов космической металлургии проектируются так, чтобы в наибольшей мере автоматизировать выполняемые ими операции. На автоматической КА установки полностью автоматизированы. В космических печах приняты меры для предотвращения растекания расплавов, выхода из печей нагретых газов и т. п. Каждый металлургический процесс осуществляется в индивидульной герметической ампуле, капсуле или герметичной камере. Использование ампул и капсул облегчает транспортировку обрабатываемого веществ на КА и обратно.

Для углублубления исследования явлений, определения специфической особенности металлургических процессов в условиях космического полета, создаются специальные установки и приборы для научных исследований. например исследуются: поведение объемов жидкости, находящейся в контейнерах разной формы, в условиях действия внешних сил, которые могут появляться на борту КА; структура, устойчивость и интенсивность конвективных течений жидкости, в т. ч. вызываемых капиллярными силами; динамика процессов формообразования под действием капиллярных сил; способы управления структурой и интенсивностью конвективных течений; теплои массоперенос в расплавах и газах. Создаются соответствующие установки и изучаются такие фундаментальные свойства, как коэффициенты диффузии в расплавах и парогазовых средах, термодиффузия, поле переменного вектора ускорений, возмущений вектора микротяжести и конвекции из-за градиентов капиллярных сил. В условиях космического полета получено достаточно большое количество образцов металлических сплавов и интерметаллических соединений с полупроводниковыми, магнитными или сверхпроводящими свойствами.

Исходя из экспериментальных и теоретических исследований, а также технико-экономической целесообразности, предпочтение отдается развитию процессов получения в условиях космического полета монокристаллов и эпитаксиальных структур полупроводников: Si, Ga As, Cd Те и др.

Смотри также:

— Металлургия

— черная металлургия

— цветная металлургия

— порошковая металлургия

— металлургия полупроводников

— плазменная металлургия

— вакуумная металлургия

— бескоксовая металлугрия

— атомная металлургия

Энциклопедический словарь по металлургии. — М.: Интермет Инжиниринг.

Главный редактор Н.П. Лякишев.

2000.