Введение

Во все времена человечество стремилось создавать машины, устройства и механизмы, которые по своим возможностям, эффективности и качеству превосходили бы предшествующие. В наши дни эта тенденция проявляется особенно ярко. То и дело мы узнаем о полете самого быстрого самолета, прокладке наиболее мощного трубопровода, спуске на воду супертанкера, о появлении на дорогах супергрузовика... И это не простое увеличение размеров или мощностей. Можно построить очень большой комбайн, но это не значит, что он окажется работоспособнее и экономичнее уже существующих; можно поставить на грузовой автомобиль особо мощный двигатель - такой грузовик, возможно, не найдет применения.

Современные машины и механизмы - сложные комплексы с десятками тысяч деталей. Об их сложности свидетельствует хотя бы то обстоятельство, что для постановки новых изделий на производство на каждую тысячу деталей требуется разработать свыше 15 тыс. технических документов и изготовить 5 тыс. единиц разнообразных видов оснастки и инструмента. Как добиться такого высокого качества машин, механизмов, различных устройств, чтобы они по совокупности свойств удовлетворяли потребностям в соответствии со своим назначением?

В лучших образцах современной техники ученые и инженеры реализуют последние достижения науки. Именно такой путь наиболее плодотворен, особенно тогда, когда техника осваивает "сверхъявления". Достаточно вспомнить о сверхпроводимости, практическое использование которой обещает революционные преобразования в энергетике, электротехнике, на транспорте...

Настоящая брошюра рассказывает о "приобщении" к технике некоторых физических явлений, подходящих под определение "сверхъявлений". Но только ли к физическим явлениям подходит приставка "сверх"?.. Это просто решить, когда речь идет о сверхпроводимости или сверхпластичности. Труднее в других случаях, потому что специалисты в одних и тех же областях по- разному определяют наивысшую степень выражения какого-либо явления. Скажем, один автор в своей работе называет сверхвысоким давление в сотни тысяч атмосфер. Другой считает давление до полумиллиона атмосфер просто высоким, а сверхвысоким - в миллионы атмосфер. Солидный справочник относит к ультранизким температуры, близкие к абсолютному нулю. В монографии об использовании холода в машиностроении таковыми считаются температуры ниже 73 К. Подобных примеров можно привести много: понятием "сверхъявление" пользуются часто, но в большинстве случаев произвольно.

Несмотря на разноголосицу, выявилась одна закономерность. Приставку "сверх" употребляют главным образом тогда, когда имеются в виду наивысшие достижения в той или иной области техники, при создании которых использовались определенные явления. Композиционные материалы определяются как сверхматериалы, потому что по комплексу свойств им нет равных. Тепловые трубки называют сверхтеплопроводящими устройствами; они - верхняя ступень развития данной области. Температуры жидкого воздуха, водорода, гелия считают сверхнизкими ввиду того, что ниже их идет интервал температур, который промышленность пока не освоила.

Одним словом, сверхъявлением признают такое явление, благодаря которому современной технике удается достичь новых рубежей. Согласно такому принципу и определен круг тем, о которых рассказывает настоящая брошюра.

Первый раздел посвящен композиционным материалам, которые член-корреспондент АН СССР А. Т. Туманов называет материалами будущего (а многие специалисты считают, что эти материалы приведут к промышленной революции). Следующий знакомит читателя с тепловыми трубками, теплопроводность которых в тысячи раз выше, чем меди - одного из лучших проводников тепла. Далее повествуется о сверхнизких температурах: глубокий холод оказал большое влияние на развитие техники.

Брошюра о сверхъявлениях не могла не рассказать о сверхпроводимости, главным образом о том, что уже практически сделано по ее использованию. Понятие о сверхвысоких давлениях непрерывно меняется: сверхвысокие довольно быстро переходят в разряд просто высоких. Это свидетельствует о том, что техника уверенно осваивает новые интервалы давлений, заставляет работать на себя все более мощные усилия. С их помощью удалось, в частности, создать синтетические алмазы. Последняя глава брошюры - о сверхчистых веществах, сверхтвердых и сверхлегких материалах, сверхтекучих жидкостях, сверхнизком трении - кратка не потому, что они играют незначительную роль в современной технике, а в основном из-за недостатка места и желания представить читателю как можно больше "сверхъявлений".

Планирование повышения уровня качества опять-таки прежде всего предусматривает своевременное и наиболее полное использование достижений науки. Практика внедрения сверхъявлений убедительно доказывает, что во всех случаях их применение ведет к резкому повышению качества промышленных изделий. Так, например, накладки композиционного материала из алюминия и бора повышают жесткость ланжерона самолета в 1,5 раза. А жесткость - один из основных показателей качества этой детали. У композиционного материала с никелевой основой, армированной волокнами из вольфрама и молибдена, в 2 раза выше длительная прочность при температуре 1400 К, чем у самых жаропрочных никелевых сплавов: композит способствует долговечности двигателей, энергоагрегатов и тем самым делает их более качественными. Причем речь идет не о рядовом повышении качества, а о резком скачке, недостижимом традиционными способами.

Все производственные процессы нуждаются в энергии. Но ее потребление обязательно ведет к выделению тепла. Как избавляются от него сейчас? Главным образом с помощью различных циркуляционных систем. Сильно греющиеся элементы электронных устройств охлаждают, например, высоконапорными вентиляторами, ребристыми радиаторами, системами жидкостного охлаждения, которые часто больше и сложнее охлаждаемых устройств. Циркуляционные системы не очень надежны, это обычные механические устройства с недостатками, свойственными такого рода механизмам. Поэтому менее надежны и сами электронные приборы.

Применение тепловых трубок значительно повышает надежность теплоотвода. У них (трубок) нет подвижных деталей - нет механического износа. Перенос массы осуществляется благодаря перепаду давлений на их концах, а перенос тепловой энергии - из-за фазовых переходов при испарении и конденсации. Тепловые трубки работают на новом принципе, это не прежние механические устройства. Качество их работы связано с физико-химическими процессами, которые в этом смысле обладают несравненно большими достоинствами, чем процессы традиционной механики.

При сильном охлаждении повышаются износостойкость режущего инструмента, твердость штампов и пресс-форм, улучшается качество поверхности стальных деталей. Сверхглубокий холод позволяет достичь высокого качества запрессования валов и втулок в больших машинах. Соединение, полученное холодом, в 2,5 раза прочнее соединения, собранного под прессом. Во столько же раз возрастает и качество данного узла механизма. Сверхнизкие температуры помогают получать детали из резины точных размеров: качество их поверхности такое же, как у металлических деталей.

Сверхвысокое давление значительно повышает качество металлов. В любом металлическом образце имеются дефекты, в частности микротрещины, поры. При обжатии они как бы затягиваются, образцы становятся более качественными - такие трудно получить каким-либо другим способом.

Приведенные примеры - только часть тех, которые содержатся в брошюре. Но и они убедительно показывают, что практическое использование сверхъявлений будет иметь большое значение для осуществления планов десятой пятилетки - пятилетки эффективности и качества. В некоторых случаях использование их - единственный путь достижения новых рубежей этих показателей.

В небольшой книжке невозможно рассказать все, что известно о сверхъявлениях. Невозможно даже дать полное представление о тех, которым она посвящена. Издательство "Знание" будет, очевидно, специально рассматривать отдельные вопросы данной темы, чему свидетельство, например, брошюра Ф. Г. Патрунова "Использование криогенных температур". В данном же случае издательство и автор решили показать читателям мир техники, где практически реализуются новые знания о природе, те знания, предмет которых на сегодняшний день еще требует от нас увеличительной приставки "сверх".