Журнал Наука и жизнь, 2000 № 04

Уникальная технология сушки — акустическая — разработана в Институте теоретической и прикладной механики Сибирского отделения РАН.

Сушка — один из наиболее распространенных технологических процессов, поскольку высушивать приходится самые разнообразные предметы и материалы. Иногда при этом возникают проблемы, связанные главным образом с длительностью процесса перераспределения влаги от центра вещества к его поверхности. Процесс этот можно ускорить нагреванием, но оно, к сожалению, не всегда допустимо. Древесина, скажем, при нагревании коробится и растрескивается, зерно теряет биологически ценные свойства, а многие лекарственные препараты просто приходят в негодность. Поэтому качественную древесину (например, для музыкальных инструментов) сушат в течение многих лет, а в фармацевтической и пищевой промышленности используется дорогостоящая вакуумная сушка, тоже, впрочем, не всегда эффективная.

И все же ускорить процесс сушки можно и без нагрева. Еще полвека назад было обнаружено, что капиллярно-пористые вещества способны терять влагу под действием сильного звука. Тогда же попытались, оснастив сушилки звуковыми излучателями, подобрать интенсивность и частоту звуковой волны, действенные для осуществления сушки. Но даже от звука, подобного реву реактивного двигателя, было больше проблем для окружающей среды, чем толку.

Конструкция сушилок, созданных в Институте теоретической и прикладной механики, разрабатывалась специально — с тем расчетом, чтобы энергия от источника звука использовалась максимальным образом. Полученная в результате пилотная установка позволяет высушивать материалы с куда меньшими энергозатратами, чем традиционная.

Акустическая сушка представляет интерес и как своеобразное физическое явление. Распределение влаги в древесине в процессе такой сушки было исследовано в международном томографическом центре СО РАН. Оказалось, что влага, изначально сконцентрированная в светлых частях годичных колец, почти сразу распределяется по всему объему доски и довольно быстро диффундирует к ее поверхности.

Что же касается экономии энергии, то она, по всей видимости, определяется при акустической сушке тем, что вода с поверхности образца удаляется не за счет испарения, требующего значительных энергозатрат, а в виде аэрозоля — мельчайших брызг, которые возникают в результате возбуждаемой звуком вибрации.

Центр порошкового напыления создан в г. Обнинске Калужской области для внедрения нового способа нанесения слоя металла практически на любой материал. В основе способа — эффект, обнаруженный когда-то новосибирскими учеными при исследовании обтекания тел сверхзвуковыми воздушными потоками. Оказалось, что многие из присутствующих в воздухе мельчайших пылевых частиц намертво закреплялись на лобовой поверхности обтекаемого тела.

Группа обнинских физиков нашла способ получать, используя этот эффект, высококачественные покрытия. Для реализации этой цели было создано ручное оборудование, в котором струю сжатого горячего воздуха разгоняют до сверхзвуковых скоростей, а затем впрыскивают в нее определенную порошковую смесь. Поверхность, на которую направлена такая струя, постепенно покрывается слоем металла, причем свойства слоя могут быть заданы заранее — подбором параметров струи и состава смеси. Этим способом можно легко наносить металлические покрытия на любые металлы, стекло или керамику, герметизировать течи и сварные швы, восстанавливать изношенные или поврежденные детали. Его применяют в ракетостроении для герметичного соединения несвариваемых материалов (например, нержавеющая сталь — алюминий) и для герметизации микротечей в изделиях из термоупрочненного алюминия. А в микроэлектронике наносят таким способом токопроводящие слои на керамику, в том числе — на пьезоэлектрическую. И, наконец, он просто незаменим там, где надо восстановить локально нарушенное антикоррозийное покрытие — в частности, в авторемонте.

Ведь, строго говоря, срочного ремонта с комплексом противокоррозионных мер требует любая царапина, а там, где защищенные от коррозии металлами (Al, Zn и т. п.) детали приходится сваривать, проблем возникает еще больше. Сварка разрушает антикоррозийное покрытие вокруг шва, нанесенное электролитическим способом, который при ремонте не всегда применим. Новый же не требует даже предварительной зачистки: сверхзвуковая газопорошковая струя успевает содрать ржавчину, краску, влагу и масло прежде, чем начнет создавать покрытие. Позволяет этот способ производить и такой ремонт узлов автомобиля, который раньше был просто невозможен, — например, герметизировать трещины двигателя и даже течи в выполненных из тонкого алюминия автомобильных кондиционерах.