Új Szó - Vasárnapi kiadás, 1988. július-december (21. évfolyam, 26-52. szám)
1988-07-15 / 28. szám
szú /II. 15. TUDOMÁNY TECHNIKA JELÁTALAKÍTÁS Az információ akkor érték, ha eljut oda, ahova kell, gyorsan és sokszor nagy távolságokra. Ezért nélkülözhetetlen a távközlés. Az információ hordozója valamilyen fizikai folyamat, rádióhullámok vagy fény. A kettőt valahogyan össze kell hozni, hogy a rádióhullámok alkalmasak legyenek az inforn\áció szállítására. Ezt szolgálja a moduláció, amely a vivőhullám valamelyik jellemzőjének a változtatásával rejti el az információt. Az amplitúdómoduláció (AM) a rezgések amplitúdóját, a frekvenciamoduláció (FM) azok frekvenciáját változtatja a közlendő információtól függően. Noha a moduláció kiszélesíti az átviteli csatorna frekvenciasávját, a sokasodó átviteli igények hamar kimerítették a korábban használt hosszú- és középhullámú tartományok lehetőségeit. Ez egyre inkább a rövidebb hullámok és a nagyobb frekvenciák felé kényszerítette a fejlődést, az ultrarövid és milliméteres hullámok felé, egészen a 30 GHz frekvenciáig, sőt, még azon túl is. Itt sokkal több csatorna elfér egymás mellett, ami oldja a korábbi zsúfoltságot. Ugyanez a gondolat vitt azután tovább még nagyságrendekkel nagyobb frekvenciák felé, a fotonika, a fénysugárra bízott hírátvitel területére. A televízió sokkal nagyobb jelátviteli igénye eleve csak az ultrarövid hullámokon él meg. Ahogy az már lenni szokott, miközben egy probléma megoldódik, születik helyette egy másik. Az ultrarövid hullámok több csatorna elhelyezését engedik meg, de ugyanakkor érzékenyebbek a légköri körülményekre. A levegő oxigén- és vízgózmolekulái bizonyos meghatározott frekvenciákon elnyelik a hullámokat, ez úgynevezett rezonáns elnyelés. Kis időkéséssel ugyan kisugárzódik újra a hullám, de a tér minden irányába, az irányítás és a koherencia megszűnése csillapításként érvényesül. A csapadék - zivatar, eső, hó - a növekvöfrekvenciával növekvő mértékben szórja szét a rádiójeleket és okoz csillapítást. Míg az oxigén hatása alig változik, és jól számításba vehető, a csapadék szeszélyesen alakul térben és időben. A tervező nem tehet mást, a jelszintet olyanra választja meg, amely például az adásidő 95 százalékában garantálja a kielégítő vételt. A tervezéshez szükséges adatok a hosszú időn át folytatott megfigyelések statisztikája alapján 40 GHz frekvenciáig a CCIR (Nemzetközi Rádió Tanácsadó Bizottság) genfi adatbankjában megtalálhatók. A Rutherford Appleton Laboratory child- boltoni kísérleti állomása pedig a nagyobb frekvenciatartományokra terjeszti ki megfigyeléseit az adatbank bővítése érdekében. Hogy itt nem lényegtelen csillapítások is előfordulhatnak, arra egy adat: heves zivatarban 97 GH frekvencián a csillapítás elérheti a 30 dB/km értéket, ami más szóval azt jelenti, hogy a kisugárzott jel 0,1 százaléka marad meg 1 km után. Viszont a szemerkélő eső legfeljebb néhány százalék csillapítást okoz. A számítástechnika és a híradástechnika kölcsönhatásának könyvelhető el a digitális technika egyre mélyülő behatolása az átvitel technológiájába. A digitális technika az időben folyamatos analóg jelet - beszédet, zenét - ugyanúgy jelpontokra bontja fel, mint a képátvitel a képet képpontokra. Az ehhez szükséges jelsúrúség műszaki lehetőségét az elektronika teremti meg. A digitális technika óriási előnye, hogy általa ‘ minden megfogalmazható, alakba önthető információt - legyen az beszéd, zene, írás, grafika, álló vagy mozgókép, szám, vezérlőjel - egységes módon lehet előállítani, feldolgozni és továbbítani. Ezzel a külön-külön fejlődő híradástechnikák, a távíró, a telefon, a telex, a facsimile, a rádió, a tévé egy csatornába futnak össze, ami a szolgáltatások kombinálására is tág lehetőséget teremt. A mikroelektronika eredményeit magába építő digitális technika kevesebb helyen elfér, megbízhatóbb és nagyobb teljesítményt biztosít. IMPULZUS Az az idő, amikor a tárgyak felületi bevonása csak az esztétikai igényeket, esetleg a korrózióvédelem szükségleteit elégítette ki már visz- szavonhatatlanul a múlté. A felvitt védőrétegektől ma összehasonlíthatatlanul többet várunk. Ugyanakkor néhány terméknél a csupán dekoratív bevonat sok esetben már luxusnak számít. A nyersanyagok és az energia növekvő árai, a tárgy várt élettartamának rövidülése, ezek mind a többcélú bevonatok alkalmazását részesítik előnyben. A legérdekesebb technológiák egyike, amely vitathatatlanul nagy jövő előtt áll, a vékony, meghatározott tulajdonságú rétegek felvitele vákuumban. Azt mondjuk, hogy az atomkorban élünk és az elektronika korában, de a jelen időszak a technológiák forradalmának kora is. Az alapkutatás első pillanatban talán meghökkentő eredményeit a következő napokban már az új gyártási technológiákban alkalmazzák, így alapvetően megváltoztatva a gyártást és a gyártmányok jellemzőit. Tipikus példa erre az elektronika viharos fejlődése, de nem kisebb jelentőségű mondjuk az új gépipari anyagok kifejlesztése sem. A technológiák között megjelent egy további figyelemreméltó irányzat, a meghatározott tulajdonságú bevonatok kialakítása. A neve nem jelzi csak sejteti, hogy a felületi bevonat átveszi az alkatrész bizonyos funkcióit. Létrejön tehát az anyag- bevonat-rendszer, amikor az alapanyag vékony burkoló része speciális tulajdonságai miatt (keménység, hő- és kopásállóság) az egész termék használati értékét megadja. Ennek a gyártási módszernek tipikus példája a vákuumban történő bevonás. KÉT IRÁNYZAT Már régebben is készítettek fémbevonatot vákuumban úgy, hogy a fém alacsony nyomásnál felmelegedett, gáz képződött belőle, majd az lecsapódott és bevonatot alkotott a tárgy felületén. így készülnek a reflektorok csillogó alumíniumfelületei, vagy a műanyagokat díszítő fémes felületek. Ezeknél a klasszikus hőkezelési módszereknél a gáz halmazállapotú fém molekulái és a felület közötti interakció teljesen véletlenszerű, nem irányított, s ezzel arányos a felület minősége is. Csak a vákuumtechnika fejlődése és a minőségileg új folyamatok kidolgozása hozott ezen a területen messzemenő változásokat. Ma alapvetően két módszert különböztetünk meg a PVD - (Physical Vapo- ur Deposition) tehát a fizikális interakcióval történő vákuumos módszert, és a CVD (Chemikal Vapour Deposition) vagyis a vákuumos vegyi felületképzést. Ismerkedjünk meg a fizikai módszerrel, amelyet jóval gyakrabban alkalmaznak. Ez egy alacsony hőmérsékletű (500 °C) hulladékmentes technológia, ami azt jelenti, hogy nem befolyásolja döntően az alapanyag szerkezetét. A fizikai megjelölés elárulja, hogy a bevonóanyag a felületre fizikai kölcsönhatás útján kerül rá. Noha, sok változata van, a technológia mégis csak néhány alapelvre támaszkodik. Ez a gőzölés. és a porítás vagy mindkettőnek az ionos változata. A módszerek tulajdonképpen csak abban különböznek, hogy milyen módon juttatjuk a bevonatot képző anyagot gázállapotba, és hogy ez az anyag az interakció megindulásakor milyen töltést nyer. Közös jellemzője mindegyik módszernek az erős vákuumot előállító készülék. A nyomás, amelyen a bevonat kialakul néhány pascalnyi, de tisztításkor akár ennek csak tízezred része is lehet. A MÓDSZEREK A klasszikus vákuumgőzölési eljárásoktól a mai folyamatok elsősorban a tisztítási és az üzemi nyomás nagyságában különböznek. A kamrában lejátszódó nyomásváltozások jelentős mértékben befolyásolják a felület minőségét. Az anyagot a gőzölésnél felhevítik, s így az alacsony nyomáson gyorsan elpárolog. Leginkább az elektromos ellenállás hőjét használják hevítésre, de egyre gyakrabban alkalmaznak koncentrált hőforrást, - elektronsugarat -, amely szelektívebben melegít, és nem befolyásolja a bevonandó felületet. A porítás módszerénél az anyag nem párolog el, szilárd halmazállapotú marad. Tulajdonképpen - a folyamatban - a magasfeszültségű energiaforrás katódjaként szerepel. A bevonandó tárgy ugyanezen áramkör anódja. A kamrában általában munkagáz van, például argon. Ezt a negyfeszültség ionizálja, s a gázionokat a katód magához vonzza. Ezek nagy energiával bombázzák a bevonóanyag, a target felületét. Abból részecskéket szabadítanak fel, amelyek viszont az anód- ra, tehát az előkészített tárgyra rakódnak, tapadnak rá. A porítás tökéletesebb változata a magnetronos megoldás, amelynek lényege az, hogy az anód és a katód között, tehát az ionizált részecskék útjában, mágneses teret gerjesztenek, amely eltéríti a részecskék pályáját. így csökken a szórás, nő az ionizáció foka, növekszik a részecskék - a porrészecskék - sűrűsége, és sebessége. Az előző módszerekről az ionos gőzölés és porítás abban különbözik, hogy ekkor a bevonandó tárgyra kötik a feszültség negatív pólusát, (5 kV körül) s most a védőréteget képző anyag ionizálódik. Ekkor a tárgy körül kisülési zóna is keletkezik, amely tisztítja a képződő védőréteget, amely ezáltal jobban tapad és jobb lesz a szerkezeti összetétele is. NEMCSAK FÉMEK A leírt módszerekkel a vákuumkamrában csak tiszta fémbevonatokat képezhetünk. A mai igények azonban keramikus és fém- keramikus felületek létrehozását is megkövetelik, mivel ezek a tulajdonságok sokkal szélesebb körét biztosítják. Ilyen esetekben a módszer reaktív változatait alkalmazzák. Ekkor a kamrába a munkagázzal együtt még reaktív gázt (metánt, nitrogént, oxigént) is engednek, amely az elgőzölt fémmel reakcióba lép, és a tárgy felületén így karbid, nitrid, vagy oxid felületet képez. A vákuumkamra elrendezése különböző lehet, a bevonandó tárgyak formájától függően. A bevonat is két különböző anyagból tevődhet össze, s így kevert vagy rétegezett felületet kapunk. A sorozatos fémbevonást mindig tesztelések előzik meg, amelyek során beállítható a tárgy optimális elhelyezése, a target helyzete úgy, hogy a bevonat egyenletes legyen. Be kell hangolni a folyamat technológiai paramétereit is, a hőmérsékletet, a nyomásviszonyokat, a target és a tárgy távolságát. Ezeknek kombinációjával egyenes arányban függ a művelet eredménye. A tesztek folyamán vizsgálják a képződött felület vastagságát, keménységét, tapadását, színét, mikroszerkezetét, és felületi finomságát. ALKALMAZÁS A GYAKORLATBAN Az ilyen vákuumban felvitt vékony rétegeket a kompakt lemezek gyártásától kezdve az atomreaktorok alkatrészeinek készítéséig sok helyen alkalmazzák. A minőségtől, tulajdonságoktól és a létrejött felületek adta lehetőségektől függően az alkalmazásnak különböző területei jöttek létre. A kemény, a kopásnak és lemo- sódásnak ellenálló felületeket egyre gyakrabban kihasználják a gépiparban. Ezeknek tipikus képviselői a titánnitrid, titánkarbid, krómnitrid, vagy volfrámnitrid bevonatok 1,5-tól 5 mikrométer vastagságban. Ilyen felületet kapnak a vágó és alakítószerszámok, az ütöszerkezetek, a turbinalapátok, vagy a vegyiparban alkalmazott berendezések. Ezek magas élettartamot és kopás- állóságot mutatnak. Alkalmazásukkal növelni lehet a forgácsolás sebességét, az alakításnál a nyomást, ritkábban kell cserélni őket, s ebből következik gazdasági hasznuk is. Az ilyen bevonatú vágószerszám-lapocskák nélkül nem volna lehetséges az automata szerszámgépek nagyarányú elterjedése. Ugyanilyen típusú, de vékonyabb rétegű (0,3-2 mikrométer) használatos az ékszerek gyártásánál, a szemüveglencsék keményítésénél, vagy a tollhegyek készítésénél. Itt a kopásállóság és e vegyi anyagokkal szembeni ellenállás mellett érvényesül a bevonat esztétikus, csillogó látványa is. Az érintkező, dörzsölödő alkatrészek kenésére vékony bronz, réz, vagy műanyag rétegeket használnak. Nagy jelentősége van a vékony rétegeknek az elektronika fejlődésében. A félvezető alkatrészek vázaira ezzel a módszerrel viszik fel a nagyon vékony arany, germánium, arzén, szilícium vagy tantál rétegeket. Az élelmiszeriparban a csomagolás- technika fejlődését tette lehetővé a vákuumban kezelt vékony alumínium fólia. Ennek felületét védi a nagy hőmérsékletváltozások, illetve a víz és a levegő hatásai ellen a nagyon vékony tiszta alumínium vagy mú- anyagbevonat. .._M. DÍSZTÁRCSÁHOZ ALKALMAS MŰANYAG A múlt évben forgalomba került Renault 21 -es kocsik kerekein a dísztárcsák egy hőre lágyuló, Minlon márkanevű műanyagból készültek. A Minlon a DuPont cég 30 százalék ásványi töltőanyagot tartalmazó, módosított poliamid műanyaga, amely - tulajdonságai révén - különösen alkalmas erre a fel- használásra: jó a hőállósága, a fékezéskor keletkező hő hatására nem deformálódik; szívós és ütésálló, tehát a felvert kövek nem ártanak neki; teljesen korrózióálló a sózott utakon, és nem támadja meg a véletlenül ráömlö üzemanyag sem. A dísztárcsák aerodinamikai kialakítása olyan, hogy menet közben hatásosan hútse a fékrendszert. Ilyen anyagból készülnek az idén forgalomba kerülő Renault 25 TS, GTS és Espace modellek dísztárcsái is. ÚJABB SZERVES SZUPRAVEZETŐ Az amerikai energiahatóság (Department of Energy, Washington) kutatóinak sikerült egy újabb szerves vegyületról megállapítaniuk, hogy - légköri nyomáson - már 5 K-nál szupravezető. A tetratiofulva- len egy származékáról van szó, egy olyan vegyületról, amely már eddig is feltűnt jó elektromos vezetőképességével. A vegyület különböző klórozott fématomokkal van komplex kötésben. A kísérletek szerint ehhez arany, ezüst, tantál, rubidium vagy palládium alkalmas. A szerves szupravezetőket tekintve igen magasnak számító 5 K°-os átmeneti hőmérsékletet aranykomplexen mérték. A fulval olyan vegyületek csoportja, amely tipikus töltésátmeneteket mutat, elektromos tulajdonságai nagy elektronmozgékonyságával függnek össze. TOMOGRÁF AZ OLAJKUTATÁSBAN Az orvosi bajmegállapításban használatos számítógépes rönt- gentomográf, amellyel három kiterjedésű kép készíthető az agyról vagy a törzs részeiről, a kőolajmezőkből származó kőzetmintáknak a vizsgálatára szintén alkalmas. A tomográfnak e célra átalakított változatát a British Petroleum cégnek London mellett, Sun- buryban levő kutatóközpontjában helyezték el. Vele vizsgálják majd a kőzetek szerkezetét, azt, hogy bennük a kőolaj hol helyezkedik el, s arra vonatkozólag is várnak tőle adatot, hogy gazdaságosnak igérkezik-e kitermelni egy-egy kőolajmezőt. MEZÖVÉDÓ ERDŐSÁVOK A mezőgazdászok jól tudják, hogy a megművelt földek között húzódó erdősávok milyen védelmet jelentenek a természeti elemekkel szemben, például a termőföld széleróziótól való megóvásában. Az USA-beli Crookston-i kísérleti állomás vadmegfigyelói két évig tartó vizsgálatuk során megállapították, hogy az erdősávok előnyeit a vadon éló állatok is élvezik. A madarakat védi a széltől és fészekrakás! lehetőséget nyújt. A vizsgált 31 fafaj közül a szibériai szilfa volt a madarak kedvence. Kiderült, hogy rőt- vadak szempontjából is fontosak a szántóföldeket behálózó erdősávok: leginkább fedezéknek használják, és itt alakítják ki vonulási útvonalaikat. Ebből a szempontból már egyetlen fasor jókény hatása is kimutatható, de a múvelt területek vadállományszámá- nak gyarapításához elengedhetetlen az erdős részek magasságának és szélességének növelése. A holnap technológiája FELÜLETBEVONÁS VÁKUUMBAN A közös, csehszlovák - lengyel fejlesztésű rádiómagnó múanyagdobozára a csillogó fémes felület is vákuumos eljárással kerül fel (Lőrincz János felvétele)