Мы видим, что на Луне столько же титана и аллюминия, сколько на Марсе железа и на Земле кремния. В связи с этим возникает вопрос:
Скажите пожалуйста, насколько чистый кремний пригоден в качестве
заменителя железа/стали в машиностроении и строительстве?
Какими механическими свойствами он обладает в сравнении с другими металлами?
Насколько легко поддается обработке?
Ведь на других планетах, где не найти ни железа, ни титана, кремния всегда достаточно. Разлагая оксид кремния на кремний и кислород, мы получаем прекрасный материал для машин и кислород, которым можно дышать. Вопрос, насколько все-таки кремний прекрасный материал и каковы его недостатки по сравнению с железом?
Бронза является сплавом меди и кремния. Кремний также является компонентом некоторых сортов стали. Есть ли возможность создать полезные сплавы, в которых кремний будет составлять бОльшую часть?
Если я ничего не путаю, бронза - это сплав меди с оловом.
Очевидно, есть разные сорта. Еще распространены сплавы кремния с алюминием.
Мой вопрос в том, может ли кремний стать заменой железу на дальних планетах?
Рад приветствовать вас на этом сайте. ;-) На astronomy.ru я пишу под другим ником.
ЦитироватьКакими механическими свойствами он обладает в сравнении с другими металлами?
Кремний - неметалл. Уже из одного этого очевидно, что свойства его существенно отличны от свойств металлов
ЦитироватьКремний - неметалл. Уже из одного этого очевидно, что свойства его существенно отличны от свойств металлов
Только тем, что он является полупроводником? Ну электрические свойства для машиностроения не существенны.
Большая советская энциклопедия, 1970 год:
Физические и химические свойства. К. образует тёмно-серые с металлическим блеском кристаллы, имеющие кубическую гранецентрированную решётку типа алмаза с периодом а = 5,431
ЦитироватьК. хрупкий материал; заметная пластическая деформация начинается при температуре выше 800°C.
Тем не менее, входит в состав подшипниковых и пружинных сталей.
Собственно, речь не идет об использовапнии чистого кремния, а в составе сплавов, в которых кремний бы составлял бОльшую часть.
Кстати, Титан тоже хрупкий.
http://www.metalltorg.ru/analytics/color/?id=196
ЦитироватьНа первые позиции этого сектора мирового рынка металлов быстро выходят развивающиеся страны. Ведущие страны феррокремниевого производства это Китай, Россия, Украина, и Бразилия. Даже в производстве металлического кремния - Китай и Бразилия уверенно обогнали Францию, США и Норвегию.
Выделяется и очень агрессивен на мировом рынке Китай. Динамика роста производства кремния и феррокремния в Китае в последнее время превышает +20% год, а страна в целом уже контролирует более 35% мирового рынка этого металла. Причем, коньюктуру этого рынка Китай не просто отслеживает - он активно на нее влияет.
Если как составная часть сплавов, тогда возражение, разумеется, снимается
ЦитироватьВедь на других планетах, где не найти ни железа, ни титана, кремния всегда достаточно. Разлагая оксид кремния на кремний и кислород,
Для начала заметим, что там, где много кремния, не обязательно есть ОКСИД кремния.
ЦитироватьЕще распространены сплавы кремния с алюминием.
Например? Никогда не слышал.
ЦитироватьМой вопрос в том, может ли кремний стать заменой железу на дальних планетах?
Однозначно - нет. Хотя бы потому, что кремний - не конструкционный материал, и что-либо из него сделать - проблема еще та.
ЦитироватьДля начала заметим, что там, где много кремния, не обязательно есть ОКСИД кремния.
А в каком еще виде там быть кремнию? :-) Кроме как в SiO2 ?
В слитках, чтоли? :-) Песок есть везде :-) Еще силикаты встречаются - соединения кремния с кислородом и другими металлами.
ЦитироватьНапример? Никогда не слышал.
Ты что! Это одно из основных направлений. Алсил, например и т.д. Погугли "сплавы кремния", "silicon alloys".
ЦитироватьОднозначно - нет. Хотя бы потому, что кремний - не конструкционный материал, и что-либо из него сделать - проблема еще та.
А в чем именно проблема?
А что это за планеты, где "Не Найти Железа"? :)
Вообще, распространённость элементов в коре разных планет Весьма Одинакова, за исключением 1-й и 2-й группы, по понятным причинам. :)
ЦитироватьЦитироватьЕще распространены сплавы кремния с алюминием.
Например? Никогда не слышал.
Силумины это называется. Очень много чего из них делают.
В обычный дюраль кремний, как правило, входит. Хотя это и не назвать сплавом _кремния_ с алюминием... :)
ЦитироватьЦитироватьЦитироватьЕще распространены сплавы кремния с алюминием.
Например? Никогда не слышал.
Силумины это называется. Очень много чего из них делают.
В обычный дюраль кремний, как правило, входит. Хотя это и не назвать сплавом _кремния_ с алюминием... :)
Вот, наконец практик ответил...
Для сведения Никсера - силумин - это от бедности такой отстойный материал, главный плюс которого - относительная дешевизна. Он не варится, плохо отливается т.к. при этом "газит" и образует поры в толще отливок и поэтому при обработке дает поверхность с "раковинами". Короче - самый низкосортный из алюминиевых сплавов.
В дюраль входят следовые кол-ва кремния из-за того, что его выплавляют из алюмосиликатов и слишком дорого очищать от кремния полностью....
Пружинная сталь типа 65Г - да, действительно есть такое, но кремния там единицы процентов в лучшем случае, а то и вообще доли процента.... Как известно - пружинные стали свариваются плохо - в местах возможных сварок кремний принудительно "выгорают" и еще и вносят присадки всякие...
Так что...
Из кремния хорошо делать каменные кресала и транзисторы...
ЦитироватьВообще, распространённость элементов в коре разных планет Весьма Одинакова, за исключением 1-й и 2-й группы, по понятным причинам.
Да нет. Марс вон красный оот оксидов железа, а на Луне полно титана и алюминия, не знаю как алюминия, но титана в таких количествах на Зеле точно нет. Да и железа явно меньше, чем на Марсе.
ЦитироватьДля сведения Никсера - силумин - это от бедности такой отстойный материал, главный плюс которого - относительная дешевизна.
Это мы проверим. Но даже если так, можно ли говорить, что это характерно для всех сплавов кремния?
ЦитироватьПружинная сталь типа 65Г - да, действительно есть такое, но кремния там единицы процентов в лучшем случае, а то и вообще доли процента.... Как известно - пружинные стали свариваются плохо - в местах возможных сварок кремний принудительно "выгорают" и еще и вносят присадки всякие...
Вот. Вот это причина. Понятно - сваривается плохо... Значит, нужны другие способы соединения/сварки.
На счет утверждения, что на Луне чего-то нет, ничего сказать нельзя. То, что железа мало в поверхностных образцах не означает, что его нет глубже. Искать надо, бурить, копать.. На поверхности Земли тоже не просто найти железо. А кремний следует использовать для тех же целей, что на Земле и не пытаться заменить им металлы. К примеру изготавливать поликристалические покрытия для гибких солнечных батарей, а собраную энергию использовать в производстве на Луне и переправлять по микроволновому лучу на Землю или для разгона аппаратов с ЭРД.
ЦитироватьВот, наконец практик ответил...
Для сведения Никсера - силумин - это от бедности такой отстойный материал, главный плюс которого - относительная дешевизна. Он не варится, плохо отливается т.к. при этом "газит" и образует поры в толще отливок и поэтому при обработке дает поверхность с "раковинами". Короче - самый низкосортный из алюминиевых сплавов.
Специально для "практиков":
ЦитироватьОтливки из алюминиевых сплавов
Литейные свойства. Литейные алюминиевые сплавы разделяются на пять групп. Наилучшими литейными свойствами обладают сплавы 1 группы - силумины. Они имеют хорошую жидкотекучесть, небольшую (0.9-1%) линейную усадку, стойки к образованию трещин, достаточно герметичны. Эти сплавы склонны к образованию грубой крупнозернистой эвтектики в структуре отливки и растворению газов.
Сплавы 2 группы - медистые силумины. Эти сплавы обладают достаточно хорошими литейными свойствами и более высокой прочностью, чем силумины, менее склонны к образованию газовой пористости в отливках.
Сплавы 3 - 5 групп имеют худшие литейные свойства - пониженную жидкотекучесть, повышенную усадку (до 1.3%), склонны к образованию трещин, рыхлот и пористости в отливках. Получение отливок из этих сплавов требует строгого соблюдения технологии режимов, обеспечения хорошего заполнения формы, питания отливок при затвердевании.
Источник:
http://www.refine.com.ru/pageid-2042-2.html
В плане литья силумин, конечно, хороший материал. Но ни на что большее он практически не годиться. Увы.
Кирпичи делать. Силикатные.
Да, есть такие сплавы - силумины. Только все-таки основа там - алюминий, а кремния - 10-15 процентов, если не ошибаюсь. А вот из чистого кремния что-то строить - ощущение, что будет типа фарфора. Материал твердый, но хрупкий, и НЕТЕХНОЛОГИЧНЫЙ - пилить еще туда-сюда, а вот точить, или сверлить - лично я бы не взялся. А сплавы на ОСНОВЕ кремния - интересно, кто-нибудь этим занимался?
Далее. Хрупкость кремния означает чрезвычайную чувствительность к концентраторам напряжений. Чем это чревато, лекцию читать не буду.
Что касается заявления, что титан тоже хрупкий - извините, хрупкость хрупкости рознь.
ЦитироватьДа, есть такие сплавы - силумины. Только все-таки основа там - алюминий, а кремния - 10-15 процентов, если не ошибаюсь.
До 40%
Кстати, относительно того, что добавление кремния ухудшает сварные качества стали, советую "практикам" почитать вот это: http://rusmet.ru/press.php?act=press_show_publication&publication_id=252
Не... Кремний сам по себе или как основа сплавов, ИМХО, бесперспективен.
Другое дело - сами силикаты, кварц, керамики и стекла на их основе. Вот это, ИМХО, очень перспективно и на Луне, и на Земле. По причинам:
-- исключительной дешевизны сырья;
-- исключительной дешевизны сырья;
-- исключительной дешевизны сырья;
-- относительно небольшой энергоемкости производства;
-- возможности добиться высокой твердости и прочности;
-- отличных изоляционных свойств при низких температурах;
-- отличных характристик в композитах, при наличии налаженной и успевшей стать традиционной технологии;
-- прозрачность в оптическом диапазоне + возможность широко варьировать коэфициент преломления и спектр пропускания;
-- относительно небольшой Z кислорода и кремния + слабая активируемость;
-- широкий диапазон рабочих температур;
Но самое главное - первые четыре пункта.
Кислорода нам и без того хватит, тем более, что его можно использовать в замкнутом цикле...
Не надо отказываться от силикатов. Это очень хороший и перспективный конструкционный материал.
Тем более - в пользу кремния... который - не очень хороший конструкционный материал. :)
ЦитироватьКирпичи делать. Силикатные.
Именно!
В том числе и.
Не, ну, я сразу как замену железу-металлу подумал - типа, шпанггоуты там замутить, оболочки, болты всякие... :D Не, ну, если кирпичи, то я чо, я ничо, согласен, типа, кирпичи - это путем... :lol:
ЦитироватьЦитироватьДа, есть такие сплавы - силумины. Только все-таки основа там - алюминий, а кремния - 10-15 процентов, если не ошибаюсь.
До 40%
Кстати, относительно того, что добавление кремния ухудшает сварные качества стали, советую "практикам" почитать вот это: http://rusmet.ru/press.php?act=press_show_publication&publication_id=252
Никсер !!! Да ты зря так реагируешь!! Мы все в чем-то своем практики. Ну сталкивались просто с чем-то чаще, с чем-то реже. Я не хотел своей фразой хоть как-то умалить ваши знания и опыт вообще, а просто рассказать о своих частных впечатлениях/опыте. Ну честное слово - сплавы с кремнием - не самый лучший для сварки материал, хотя практики на заводах варят и силумин (по заказу варили лопнувшую детальку и место сварки потом подвергалось нагрузкам и все было нормально - больше не трескалась) и варят даже чугун и разрезают автогеном нержавейку.... Но это великие мастера на заводах.... Не нам чета... Через десять лет такое здесь уже никто не сможет (кроме, возможно, китайцев :). А в 1942-1945 годах немцы при производстве А-4 вообще в (1)ручном режиме (2)газовой сваркой (!!!) варили двигатели и баки (!!!) - теперь это вообще никто не возьмется кроме единиц "художников", да и то... А вот в "массовом порядке" силумины варятся отвратно все таки. А что касается ссылок - ну посморел я эти статьи... первая - это вообще реферат студента, который лихо про линейную усадку написал что 1% - это ГУТ, а вот 1.3% - это БЭД... Не.. ну я не спорю... Усадка вообще считается по объему и считается что 5% это еще нормально... корень кубический из 5 дает примерно 1.7 ... ну не знаю... а вторая статья - там про сварку я чего-то не увидел ничего. Там речь вообще о модифицировании стали причем в соотношениях единицы кг (модификатора, куда много чего входит) на ТОННУ стали. И чего? Не... я не против - сварить можно все... Не оскорбляйтесь за "практиков" - в конце концов иногда действительно надо останавливаться и спрашивать себя: "а вот так можно?- нет? - а почему?" - это нормальный путь. И, кстати, не обязательно кремний. В конце концов среди астероидов много чего можно найти и как это приспособить для нужд космонавтики надо задумываться. Так что все правильно вы здесь народ тормошите.
Двигаться есть куда - металокерамика, кремнеорганика ....
Но это сложное производство - для Луны не годиться на начальных этапах.
ЦитироватьКирпичи делать. Силикатные.
То, что из соединений кремния можно делать кирпичи - это как бы не новость :wink:
ЦитироватьА что касается ссылок - ну посморел я эти статьи... первая - это вообще реферат студента, который лихо про линейную усадку написал что 1% - это ГУТ, а вот 1.3% - это БЭД... Не.. ну я не спорю... Усадка вообще считается по объему и считается что 5% это еще нормально... корень кубический из 5 дает примерно 1.7 ...
Ну вы и фокусник из 5% корень кубический извлекать :-)))))
Таких выкрутасов давно не наблюдал :-)))
А если серьезно, то согласно всем источникам, которые мне попадались, силумины обладают прекрасными литейными свойствами.
ЦитироватьТак что все правильно вы здесь народ тормошите.
8)
ЦитироватьНу вы и фокусник из 5% корень кубический извлекать :-)))))
Таких выкрутасов давно не наблюдал :-)))
Типа уел ????????????????????? :roll:
_Доказательство правильности цифирок_
Пусть объемная усадка 5% И отливаем явно не ЛИСТОВУЮ деталь.
Пусть начальный объем (детали, формы, расплава) = V, тогда после усадки будет 0,95*V Это правильно??
Это можно переписать используя некое общее соображение что объем есть третья степень от линейного размера. Поскольку детали до усадки и после нее геометрически подобны, то нам это вообще на руку. Итак: V=L^3 После усадки объем будет 0,95*L^3 =l^3 где через малое "l" обозначен этот самый характерный размер детальки после усадки. Если извлечь из левой и правой части куб.корень, то получим соотношений между линейными размерами детали ДО- и ПОСЛЕ усадки. Получим что l = 0.983*L Другими словами, что относительное изменение линейного размера и будет 1-0,983=0,017
:P
Согласен - это чистое совпадение что около 5% так себе ведет...
:oops:
Ну что вы хотите от практика??? :wink:
ЦитироватьДвигаться есть куда - металокерамика, кремнеорганика ....
Но это сложное производство - для Луны не годиться на начальных этапах.
А если энергетика :?: На Марсе кремния завались и азота мала мала есть.
Очевидно, присутствующий в емкости чистый азот тоже был вовлечен во взаимодействие. Возникла реакция, которая противоречила всему опыту обращения с таким инертным элементом, как азот. Но факт остается фактом: реакция произошла, и в день, когда на фабрике "закипел" кремний, пришлось приложить немало сил, чтобы успокоить "вскипевшую" пыль.
Как выяснилось, кремний способен весьма энергично соединяться с азотом. Стартовая температура для начала реакции - 500 градусов; второе условие: кремний должен быть тонко измельчен. Окисел же меди играет роль катализатора.
Ценность этого случайного открытия не подлежала сомнению. Если кремний так легко горит (а он - составная часть песка), не станет ли этот элемент главным топливом человечества в будущем? Во-первых, наша планета богата песками, а во-вторых, горение в азоте не сопровождается выделением в атмосферу парниковых газов, прежде всего - двуокиси углерода. Новое горение оставляет после себя тот же песок, только не на кислородной, а на нитратной основе.
В идеале можно представить себе такую картину: человек отказывается от использования угольных и нефтяных запасов, электростанции получают кремниевую пыль, автомобили этой же пылью заправляются на станциях и там же выгружают мешки с золой.
По материалам научной печати
--------------------------------------------------------------------------------
http://www.vorstu.ac.ru/vstu/ftf/ab_gaz/FTF_news_000002_mod.htm
Цитироватьhttp://www.vorstu.ac.ru/vstu/ftf/ab_gaz/FTF_news_000002_mod.htm
На дату посмотрите. :D
=Радиоактивная батарейка эксплуатирует дырки от кремния= http://www.membrana.ru/articles/inventions/2005/05/11/212100.html
Кремний весьма распространённая лигатура, ну что вы спорите. :)
Но в чистом виде почти не применяется как конструкционный материал.
ЦитироватьНо в чистом виде почти не применяется как конструкционный материал.
Почти? А где применяется?
ЦитироватьЦитироватьНо в чистом виде почти не применяется как конструкционный материал.
Почти? А где применяется?
Даже не знаю где. :)
Кстати, по силуминам. - Они Очень Разные И Очень Чувствительны К "Металлам-Отравителям". :)
Обычный, "хороший" силумин - сплав АК-12, так вот он бывает в виде АК-12Ч, АК-12ПЧ и т. п.
Причём эти буквы лимитируют "сорные примеси", которые Очень Ухудшают Литейные Свойства. :)
Силикаты - рулят. :)
ЦитироватьЦитироватьЦитироватьНо в чистом виде почти не применяется как конструкционный материал.
Почти? А где применяется?
Даже не знаю где. :)
В наномашинах.
ЦитироватьВ наномашинах.
И только благодаря изначальному наличию развитой технологии заточеной на полупроводники.
Ну еще разве что применяется где-то здесь :
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/content/numbers/244/17.shtml
Иммигрируй в Европу и получи в подарок бейсболку: http://cernis.cz
Лети на Марс - получишь скафандр!
Соскучишься - возвращайся! :D