Выслушав объяснения Курта Ябо, Чан Хаонань тоже подошёл и заглянул в окуляр микроскопа.
И действительно, обнаружил, что вокруг точки абляции на пластине CFRP поверхность ткани из углеродного волокна уже была немного неровной, но из-за чёрного фона было невозможно разглядеть более чётко:
— Похоже на обугливание… а ещё есть вытягивание и растрескивание?
Если бы проблема была только в обугливании, то её было бы довольно легко решить.
Можно было бы просто использовать опыт сварки и проводить обработку в среде инертного газа.
Но если это сопровождается растрескиванием, значит, проблема в тепловых свойствах самого материала, и даже обработка в вакууме не поможет.
Остаётся только рассмотреть решение проблемы на фундаментальном уровне.
— При визуальном осмотре видно именно это, — кивнул Курт Ябо.
— Кроме того, я также измерил механические свойства и обнаружил, что статическая прочность, особенно анизотропная прочность на растяжение, значительно снижается, поэтому я подозреваю, что внутри материала также есть проблемы с расслоением из-за разрушения связующего вещества, но это можно увидеть только с помощью зонда, я записался на следующую неделю.
Когда в лаборатории нет оборудования, приходится обращаться в общие испытательные центры, что, конечно, влияет на эффективность.
Однако эта проблема пока не имеет решения, поэтому Чан Хаонань решил сначала сосредоточиться на других аспектах.
— А что, если использовать лазер меньшей мощности?
Он взял со стола пластину CFRP и спросил Курта Ябо.
Подобно тому, как некоторые дефектные процессоры продаются как модели более низкого класса с отключёнными несколькими ядрами, если неудачно обработанный T700 можно было бы использовать как T500, то даже при больших потерях это было бы приемлемо.
Однако последний сразу же дал отрицательный ответ:
— Тоже не годится, степень ухудшения свойств очень нестабильна, иногда даже в разных местах одной и той же пластины можно измерить сильно различающиеся параметры свойств, по крайней мере, в аэрокосмической отрасли точно нельзя так рисковать.
— Тогда, похоже, действительно нет никакой практической ценности…
Чан Хаонаню пришлось отказаться от этой компромиссной идеи.
В 2000 году Китай всё ещё стремился от черты бедности к общему достатку, и такие продукты, как велосипеды или удочки из углеродного волокна, явно не находили рынка.
В этот момент он внезапно вспомнил об электроэрозионной обработке на заводе «Рассвет», где изначально тоже сталкивались с подобной проблемой.
Жаль только, что углеродное волокно гораздо более хрупкое, чем металл, и такие проблемы, как растрескивание и расслоение, явно невозможно исправить полировкой или шлифовкой.
Однако можно было позаимствовать подход.
— Рассматривали ли вы возможность использования более тонкого лазерного луча, а затем постепенного создания отверстия с помощью кольцевой или спиральной траектории? — предложил Чан Хаонань.
— Таким образом, лазер не будет непрерывно воздействовать на одну и ту же точку, и эффект абляции должен немного уменьшиться.
— Я пробовал, — Курт Ябо взял с соседней полки с образцами другую пластину CFRP и передал её Чан Хаонаню.
По сравнению с теми, что последний только что видел, эта пластина была намного тоньше.
Её скорее можно было назвать «пластинкой», чем «плитой».
Чан Хаонань на глаз оценил, что толщина, вероятно, не достигала и одного миллиметра…
В буквальном смысле тонкая, как крыло цикады.
Однако, если предыдущие образцы можно было назвать лишь прогрессом, то то, что он держал в руках, можно было считать настоящим достижением.
Конечно, практическая ценность — это отдельный вопрос.
— На пластинах толщиной 0,5 мм или тоньше это действительно работает, — сказал Курт Ябо, осторожно забирая тонкую пластину из рук Чан Хаонаня и поднося её к лампе на потолке лаборатории.
Она была даже слегка прозрачной.
И только затем продолжил:
— Однако для таких тонких пластин даже механическая обработка очень проста, и сами по себе такие тонкие пластины почти не имеют практической ценности, даже для обшивки самолёта они слишком тонкие.
— Но если пластина толще, например, до 5 мм или даже 1 см, то ни кольцевая, ни спиральная резка не позволяют завершить обработку за один цикл, а если повторять многократно, то тепловой эффект будет накапливаться, и конечный результат будет примерно таким же, как вы видели раньше.
— Кроме того, если нужно просверлить отверстие, а не просто удалить лишний материал основы, то такой способ резки позволяет обрабатывать отверстия диаметром не более 2 мм, будь то болты или заклёпки… Хотя нет, композитные материалы не обладают пластичностью, поэтому заклёпки ставить неудобно… В общем, последующая обработка тоже очень сложна, и в конечном итоге проще использовать специальные режущие инструменты для механического удаления.
Именно так, применение углеродного волокна сложно расширить, главным образом потому, что способы обработки углеродного волокна почти не отличаются от обработки металлов.
Однако свойства углеродного волокна таковы, что использование обычных режущих инструментов легко приводит к разрыву материала, вытягиванию волокон и чрезмерным остаточным напряжениям.
Поэтому стоимость и трудоёмкость обработки деталей из углеродного волокна, особенно конструкционных элементов, остаются очень высокими, и даже дорогие и высокорентабельные дальнемагистральные широкофюзеляжные самолёты не могут позволить себе их массовое использование.
Вплоть до того, что спустя более двадцати лет самым распространённым способом обработки композитных материалов по-прежнему остаётся механическая обработка, просто благодаря многолетнему огромному практическому опыту и невероятным усилиям в области расчётов механики инженеры значительно снизили потери при обработке.
Однако для Китая 2000 года оба этих способа были явно недоступны.
Поэтому Чан Хаонань и предложил Курту Ябо сосредоточиться на каких-нибудь хитроумных методах.
Например, лазерной или гидроабразивной резке.
От последней, после изучения некоторых материалов, стратегически отказались.
Таким образом, остался только один путь — лазерная обработка.
Вот только, судя по результатам экспериментов Курта Ябо, текущий эффект был, пожалуй, даже хуже, чем при механической обработке.
По крайней мере, у последней не было теплового эффекта…
Впрочем, Чан Хаонань не слишком торопился.
Согласно первоначальной временной шкале, реальное «масштабное» применение углеродных композитов в аэрокосмической отрасли, особенно в отношении конструкционных элементов, началось только после 2010 года.
Поэтому он немного утешил расстроенного Курта Ябо:
— Ничего страшного, твой проект начался меньше месяца назад, впереди ещё много времени… — сказал Чан Хаонань, нашёл стул, сел и полушутя продолжил:
— Более того, с твоими нынешними результатами ты, пожалуй, можешь напрямую подавать статью в Nature…
На самом деле он хотел сказать, что можно подать статью в крупный дочерний журнал Nature — Nature Materials, но, начав говорить, вспомнил, что этот журнал был основан только в начале 21 века.
Поэтому осёкся на полуслове.
— В Nature, наверное, слишком сложно…
Курт Ябо решил, что Чан Хаонань говорит о самом журнале Nature, и тут же покачал головой:
— Идея использовать лазер для обработки углеродного волокна была предложена ещё четыре или пять лет назад, я лишь немного продвинулся вперёд, к тому же обработка сверхтонких пластин не имеет практической ценности.
Чан Хаонань махнул рукой:
— Именно потому, что нет практической ценности, я и говорю тебе публиковать что угодно, а если бы это действительно можно было использовать, то нужно было бы регистрировать патент…
Затем, не вдаваясь в дальнейшие объяснения, он сразу же вернулся к теме диссертации:
— Ты можешь сделать ещё несколько динамических симуляций в TORCH Multiphysics или Materials Studio, точность результатов не так важна, главное, чтобы качественно объяснить, тогда можно будет опубликовать статью в JACS, или подождать и опубликовать в нашем собственном JCAS…
Materials Studio — это программное обеспечение для численных расчётов, разработанное компанией Accelrys в начале 2000 года. Поскольку оно специализируется на расчётах молекулярной динамики, а также заимствует некоторые элементы из TORCH Multiphysics, его производительность в этой области не уступает последнему.
Однако на этот раз Курт Ябо не стал продолжать разговор в русле, заданном Чан Хаонанем, а внезапно сменил тему:
— Кстати, о симуляциях, учитель, я ранее действительно использовал TORCH Multiphysics для моделирования воздействия тепловой абляции на материалы CFRP.
— И каков результат?
Что касается точности моделирования неметаллических композитных материалов, Чан Хаонань не питал особых надежд.
Курт Ябо к этому времени уже вернулся к компьютеру:
— По традиции, чтобы ускорить вычисления, мы моделируем эффект абляции только на протяжении 10 мс, и, как вы и говорили, точность для углеродного волокна очень низкая.
— Однако несколько дней назад, перед сном, я ошибся при вводе продолжительности моделирования и ввёл 1000 мс, то есть 1 секунду, и только на следующий день обнаружил, что компьютер считал всю ночь. В результате точность моделирования оказалась намного выше, чем раньше.
— Позже я провёл ещё несколько различных тестов по группам и обнаружил, что в целом, чем больше время моделирования, тем выше точность по сравнению с результатами экспериментов. Я предполагаю, что, возможно, существует некий очень случайный механизм, который более заметен на коротких промежутках времени, но сглаживается на больших…
Чан Хаонань уже собирался уходить.
Но, услышав слова Курта Ябо, тут же остановился.
Обновлено: 07.04.2026