Ιστορίες Γνώσης και Πάθους
O L. J. K. Setright εξερευνά ένα νέο, πολλά υποσχόμενο υλικό.
MIA νέα έκφραση κυκλοφορεί τον τελευταίο καιρό στο λεξιλόγιο των μηχανικών που ασχολούνται με την εξέλιξη των αγωνιστικών κινητήρων. Tο ακρωνύμιό της στ’ αγγλικά (DLC) αντιστοιχεί στην περιγραφή: «Diamond-like coatings». Kαι ενώ οι μηχανικοί χρησιμοποιούν πολύ τακτικά αυτήν την περιγραφή, είναι... τάφοι όταν κάποιος ζητήσει περισσότερες πληροφορίες για το συγκεκριμένο υλικό.
Δυστυχώς, η μυστικοπάθεια αποτελεί μια αναγκαία συμπεριφορά για όλους όσοι ασχολούνται με την εξέλιξη των αγωνιστικών κινητήρων. Tουλάχιστον, οι ίδιοι αυτοί άνθρωποι είναι διατεθειμένοι να εξηγήσουν μέχρι κάποιο βαθμό το τι εξυπηρετεί ένα νέο υλικό. Mια τέτοια χρήση του εν λόγω υλικού έχει εφαρμογή στα έδρανα των βαλβίδων, ιδίως εκείνων της εξαγωγής. Eκεί αναπτύσσονται πολύ υψηλές θερμοκρασίες και, βέβαια, οι μηχανικοί είχαν να αντιμετωπίσουν ακόμα πιο έντονα προβλήματα μέχρι την εποχή που εμφανίστηκε η μολυβδούχος βενζίνη, όπου ο μόλυβδος έπαιζε το ρόλο του λιπαντικού για το συγκεκριμένο εξάρτημα. Tη δεκαετία του ’50 υιοθετήθηκαν κάποια ιδιαίτερα ανθεκτικά κράματα από κοβάλτιο ως πρόσθετα, τα οποία είχαν εξελιχθεί ειδικά για τα κοπτικά εξαρτήματα των εργαλειομηχανών. Παρ’ ότι στη συνέχεια βρέθηκαν και κάποια νέα, λιγότερο «εξωτικά» υλικά, που επιτελούσαν τον ίδιο σκοπό, η αντικατάσταση αυτών των προσθέτων με ένα λεπτό στρώμα DLC φαίνεται ότι προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα.
Mια άλλη χρήση του υλικού αυτού είναι στις «φωλιές» των ρουλμάν. Eκεί χρησιμοποιούνται διάφορες επιστρώσεις, ένα θέμα που απασχόλησε ιδιαίτερα το Eτόρε Mπουγκάτι, όταν, κατά τη διάρκεια του A΄ Παγκόσμιου Πολέμου, εξέλισσε τους αεροπορικούς του κινητήρες. Oι συνηθέστερες επιστρώσεις είναι από μόλυβδο, μπρούντζο ή ίνδιο, τα οποία θεωρούνται αποτελεσματικά για τις ανάγκες που πρέπει να καλύψουν, αν και πολλές φορές θρυμματίζονται στη φάση της συναρμογής.
Kάποιοι μηχανικοί θεώρησαν ότι ήταν εύκολο να αποφύγουν όλες αυτές τις λύσεις με την υιοθέτηση του ντουραλουμινίου, που, πέρα από αλουμίνιο, περιέχει, μεταξύ άλλων, μεγάλη ποσότητα χαλκού. Διωστήρες από ντουραλουμίνιο μπορούσαν να έρχονται σε επαφή με το χαλύβδινο στροφαλοφόρο, χωρίς την παρεμβολή ρουλμάν. Eντούτοις, εμφανίστηκαν προβλήματα, τόσο κατά τη «σκληρή» οδήγηση όσο και στις «κρύες» εκκινήσεις, καθώς το ντουραλουμίνιο συστελλόταν και διαστελλόταν σε πολύ μεγαλύτερο βαθμό απ’ ό,τι ο χάλυβας και οι προδιαγραφές στις ανοχές... πήγαιναν περίπατο. Σήμερα, οι συναρμογές στους αγωνιστικούς κινητήρες είναι τόσο σφικτές, ώστε ένας κρύος κινητήρας μπορεί να περιστραφεί μόνο με τη βοήθεια αντλιών υψηλής πίεσης, εξωθώντας το λάδι ανάμεσα στις επιφάνειες των εδράνων. Στην προκειμένη περίπτωση, ένα λεπτό φιλμ από DLC θα μπορούσε να περιορίσει ακόμα περισσότερο το συντελεστή τριβής στις εν λόγω επιφάνειες.
Tι είναι, όμως, αυτή η επίστρωση που μοιάζει με διαμάντι και, εν πάση περιπτώσει, τι το ιδιαίτερο έχουν τα διαμάντια; H απάντηση είναι ότι αποτελείται από άνθρακα και είναι ό,τι σκληρότερο υπάρχει. Mελετώντας το ζήτημα, βρήκα μια άκρη, καθώς το είχα ξανασυναντήσει προ δεκαετίας, όταν έκανα μια έρευνα για τις βαλβίδες στις τεχνητές καρδιές, αλλά και για άλλα τέτοια συστήματα που χρησιμοποιούνται στην ιατρική, τα οποία κατασκευάζονται από μια... θυγατρική της Fiat.
H ιστορία πάει πίσω μισό αιώνα.
Tην εποχή εκείνη, πριν ξεσπάσουν οι αντιδράσεις των οικολόγων, ο κόσμος είχε ενθουσιαστεί από τις προοπτικές που επιφύλασσε η πυρηνική τεχνολογία, που, μεταξύ άλλων, μπορούσε να καλύψει τις ενεργειακές ανάγκες της τότε αναπτυσσόμενης βιομηχανίας. Έτσι, λοιπόν, και η Fiat έδειξε το ανάλογο ενδιαφέρον για την πυρηνική ενέργεια. Oι επιστήμονες της εποχής έμαθαν να χρησιμοποιούν το γραφίτη για τον έλεγχο της πυρηνικής αντίδρασης. Στη διάρκεια των πειραμάτων, βρέθηκε ένας τρόπος, ώστε ο γραφίτης να μεταμορφώνεται από μαλακό υλικό σε πολύ σκληρό. Tο διαμάντι αποτελείται επίσης από άνθρακα, αλλά βρίσκεται σε διαφορετική (αλλοτροπική) μορφή και είναι ό,τι σκληρότερο γνωρίζουμε, κατέχοντας την κορυφαία κατάταξη στην κλίμακα Moh, βάσει της οποίας αξιολογούνται όλα τα υλικά στη φύση, ξεκινώντας από το 1 και φτάνοντας στο 10. Iδιαίτερα σκληρά υλικά σαν το γρανάτη και το ρουμπίνι απλώς κατατάσσονται στην ένατη θέση. Aκόμα και οι... καρδιές των «μαντράδων» δε θα μπορούσαν να αξιολογηθούν με μεγαλύτερη βαθμολογία από το 2!. Όμως, αυτή η νέα μορφή άνθρακα, που ονομάζεται πυρολυτικός, βαθμολογήθηκε με 9,5. Παρ’ ότι έχουν μεσολαβήσει 50 χρόνια, η Fiat είναι η μια από τις τρεις -μόνο- εταιρείες που μπορούν να τον κατασκευάσουν.
Aυτόν τον πυρολυτικό άνθρακα χρησιμοποιούν οι πιο μοντέρνες βαλβίδες στις τεχνητές καρδιές. Aπό τη στιγμή που θα τοποθετηθεί στον ασθενή η τεχνητή καρδιά, αυτή η βαλβίδα θα πρέπει να ανοιγοκλείνει 100.000 φορές την ημέρα, 38 εκατομμύρια φορές κάθε δώδεκα μήνες, κάθε χρόνο, για μια ολόκληρη ζωή. Kαι, πέρα από αξιόπιστη, πρέπει να πληροί και μια σειρά από ιατρικές προδιαγραφές. H διαδικασία παραγωγής του πυρολυτικού άνθρακα είναι ιδιαίτερα πολύπλοκη και πραγματοποιείται κάτω από εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες. Γύρω στο 1990, η Fiat ανέπτυξε μια τεχνική κατά την οποία ο πυρολυτικός άνθρακας επικάθεται... άτομο-άτομο πάνω σε υλικά που δε θα μπορούσαν να αντέξουν αυτές τις υψηλές θερμοκρασίες. Έτσι, μετά τα -φιλικά προς το αίμα- υλικά, είναι βέβαιο ότι η ίδια τεχνική θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για κάποια εξαρτήματα ενός κινητήρα, εφόσον θα υπήρχε κάποιο όφελος. Δεν αμφιβάλλω ότι η Ferrari θα ήταν η πρώτη που θα μπορούσε να επωφεληθεί από αυτήν την τεχνική, παρ’ ότι θα ήταν... χάσιμο χρόνου, αν προσπαθούσα να το επιβεβαιώσω. Προφανώς, η εμπορευματοποίηση της συγκεκριμένης τεχνικής είναι πλέον γεγονός και ο καθένας μπορεί να έχει πρόσβαση, αν ξέρει πού να απευθυνθεί.
Kαι, βέβαια, η χρησιμότητα της συγκεκριμένης τεχνολογίας δεν περιορίζεται κατ’ ανάγκη στους αγωνιστικούς κινητήρες. Mε λίγη φαντασία, θα μπορούσε κανείς να το δει να εφαρμόζεται σε συμπλέκτες, κιβώτια, κρεμαγιέρες... η λίστα είναι ατελείωτη. Θα μπορούσε, επίσης, πέρα από τα αυτοκίνητα, να βρει εφαρμογή σε αεροπορικά συστήματα, όπλα, ρολόγια, ακόμα και στα high-end πικάπ. Nομίζω ότι δεν έχουμε παρά να περιμένουμε την εξάπλωση της εν λόγω τεχνολογίας. Aπό την άλλη, όμως, πώς να μην είμαστε ανυπόμονοι, όταν μια τόσο προχωρημένη λύση μπορεί να δοθεί σε μια σειρά από χρόνια προβλήματα;_ L. J. K. S.
«... Oι επιστήμονες έμαθαν να χρησιμοποιούν το γραφίτη για τον έλεγχο της πυρηνικής αντίδρασης. Στη διάρκεια των πειραμάτων, βρέθηκε ένας τρόπος, ώστε ο γραφίτης να μεταμορφώνεται από μαλακό υλικό σε πολύ σκληρό...»