Сделал Самый ТЕРМОСТОЙКИЙ Материал на Земле!

Всем привет! Вот смотрю, какие сейчас огромные ракеты строятся и удивляюсь. Мало того, что такая махина высотой в 50 метров, так она еще и умеет сама возвращаться на Землю и даже выдерживает огромные температуры при обратном вхождении в атмосферу на скорости более 17 тысяч километров в час. Видимо, для преодоления таких жестких условий у нее на корпусе закреплены какие-то супер огнеупорные материалы. Интересно, из чего сделана тепловая защита у такой ракеты и можно ли ее сделать самому? Что ж, давайте разбираться. Кстати, если вам не нравится подолгу ждать моих выпусков, то у меня есть для вас отличная новость. Теперь познавательный контент со мной можно смотреть еще чаще на канале Российского общества знания. Там каждую неделю выходит шорт с моим участием, где мы вместе разбираемся в интересных вопросах, которые волнуют многих людей. К примеру, в первом выпуске мы узнали, что воздух может быть твердым и даже жидким. А впереди еще много увлекательных тем и вопросов, которые точно помогут расширить ваш кругозор. Присоединяйтесь к просмотру и узнавайте новое каждую неделю вместе со мной. Для того, чтобы выяснить, из чего же делают ту самую обшивку новых ракет, я решил сначала поискать информацию в интернете. Оказывается, она сделана из диоксида кремния, который по сути является обычным песком. Но если поискать фото такой обшивки в сети, то она как-то не особо похожа на песок. Скорее всего, тут диоксид кремния в какой-то другой форме. Для того, чтобы узнать наверняка, было бы неплохо раздобыть ту самую обшивку от ракеты для изучения. После нескольких неудачных запусков той ракеты, в мире находили обломки ее обшивки и продавали на аукционах. Но их стоимость как-то меня не особо порадовала. Поэтому придется выяснять ее состав каким-то другим методом. То есть, скорее всего, методом тыка. Для начала давайте посмотрим, какие вообще бывают термостойки и теплоизоляционные материалы, в составе которых есть диоксид кремния, и какой из них лучше бы всего подошел для изготовления из него обшивки ракеты. Самый известный и распространенный это обычный шамотный кирпич, который изготавливают из огнеупорных глин, имеющих в своем составе около 40% оксида алюминия и 50% оксида кремния. Остальное приходится на различные примеси. Температура плавления этих компонентов превышает 1500 градусов по Цельсию, от чего полученный материал выходит довольно устойчивым к нагреву. Хотя, все же при некоторых условиях он может и расплавиться, как в одном из моих предыдущих опытов. Здесь мы пытались расплавить цирконий с помощью кислородной горелки, но в итоге цирконий так и не расплавился, а вот шамотный кирпич под ним уже немного потек. Но все же шамотные кирпичи, хотя и довольно жаростойкие, но вместе с тем очень тяжелые, так что обшивку ракеты из них не сделать. Кроме кирпичей, в магазине продается и так называемая калийновая вата, которая также выдерживает очень высокие температуры, без расплавления и потери своих свойств. Состоит она как и шамотный кирпич, и смесь расплавленных оксидов алюминия и кремния. Проблема лишь в том, что она сама по себе очень непрочна и легко разваливается в руках. Вряд ли такой материал выдержит огромную скорость при вхождении ракеты в плотные слои атмосферы. В поисках еще каких-то огнеупорных материалов я уже решил обратиться и к довольно странным. Мало ли они тоже могут подойти в качестве обшивки ракеты. В 80-х годах 20 века некий Маурис Вальд изобрел необычный огнеупорный материал, названный Starlight. С виду он очень даже похож на те же растойкие плитки, поэтому я решил попробовать и его сделать. Благо компоненты для изготовления этого материала можно купить в любом магазине, а именно обычный крахмал, сода и клей ПВА. Для начала нужно в определенных пропорциях, которые вы видите на экране, смешать крахмал и соду, а потом хорошенько перемешать в сухом виде. После этого в такую смесь я приливаю клей ПВА и придаю такой субстанции консистенцию обычного теста. Заняло это немало времени, и по идее материал уже готов. Его можно использовать. И в качестве первого демонстрационного теста я решил взять обычное куриное яйцо и облепить ее Starlightом с одной стороны, после чего начал жечь его горелкой в течение полутора минут. Интересно, что при нагревании такого материала он начал образовывать что-то наподобие угольной пены, по моему предположению, играющую роль теплозащиты. Но как же там пожевать яйцо спустя полторы минуты жесткого нагревания мощной горелкой? Удивительно, но оно оказалось даже чуть теплым, и его содержимое осталось жидким. Для еще одной проверки я положил немного Starlightа на руку, после чего начал жечь ее той же горелкой. Да, секунд двадцать продержаться можно, но потом все же этот материал начинает нагреваться, и уже становится некомфортно. Но моя рука все же абсолютно не пострадала. В принципе, тот же Starlight можно высушить, но использовать его как обшивку ракеты вряд ли получится, так как он легко размокнет на влажном воздухе, да и при вхождении в атмосферу он скорее всего просто сгорит. Но для демонстрации да, материал довольно интересный. В конце концов я устал тыкать пальцем в небо и решил поискать на аукционах что-то подобное тем жаропрочным плиткам американской ракеты для изучения. К сожалению, от самой ракеты плиток не было, но все же мне улыбнулась удача, так как кто-то из Канады продавал жаропрочные плитки с самого Бурана, советского многоразового космического челнока, который, к сожалению, летал всего один раз. По сути, теплозащита что у ракеты, что у Бурана должна иметь схожие свойства. Интересно, конечно, как жаропрочные плитки от Бурана оказались в Канаде, но не суть. Покупаю. Спустя несколько недель мне пришла посылка. Та самая жаропрочная плитка с Бурана. Оказалось, она не с самого челнока, а с его то ли макета, то ли копии, так как продавец указал, что она с некоего Бурана 2.0. Но, скорее всего, она должна обладать теми же свойствами, что и оригинальные плитки от Бурана, летавшего в космос. Думаю, что ради науки можно и немного поиздеваться над этим куском истории с помощью мощной газовой горелки. Да, видимо, это та самая теплозащита, так как такая плитка без труда выдерживала минуту при температуре в 1200 градусов по Цельсию, да еще и остывала просто мгновенно, что даже заметно на термальной камере. После остывания я еще решил проверить, как эта плитка будет прогреваться от достаточно мощной газовой горелки, для чего начал нагревать ее с обратной стороны и следить за температурой по термальной камере. Время нагрева составило 2 минуты, после чего плитка все же начала постепенно прогреваться, но всего на несколько градусов. Вот это я понимаю, теплозащита. Несмотря на свои большие размеры, весит такая плитка около 200 грамм, что достаточно мало для ее большого объема. Если посмотреть с обратной стороны, то становится виден материал, из которого изготовлена такая тепловая защита. По ощущениям и звуку она напоминает очень легкое дерево, хотя, скорее всего, это какая-то форма вспененного диоксида кремния. Думаю, нужно попробовать найти в интернете состав такой теплозащиты. Поискав еще раз в интернете на русском языке, я только смог найти, что белая часть такой плитки, которая и является основным теплоизолятором, состоит из сверхтонких и чистых кварцевых волокон. Интересно, но на первый взгляд эта белая субстанция никак не напоминает волокна. Видимо, тут существует какая-то технология, о которой на русскоязычных сайтах мало сказано. После некоторых размышлений я решил, что, по сути, Буран был улучшенной копией американского Шаттла, у которого была схожая конструкция, да и теплозащита была такая же. Поэтому я решил поискать технологию изготовления жаропрочных плиток у Шаттла. Думаю, они не особо бы отличались от той же теплозащиты у Бурана. И спустя пару часов поисков на американских сайтах я нашел вот этот патент 1976 года, в котором крайне подробно описывалась технология изготовления той самой белой части теплозащиты от Шаттла. На первый взгляд тут ничего сложного. Осталось лишь найти подходящие материалы, на что у меня на самом деле ушло несколько месяцев. Самым сложным было найти и купить вот эту сверхчистую кварцевую вату, которая, по сути, и является теми микроволокнами, использующиеся в изготовлении жаропрочной защиты Бурана и Шаттла. Производятся они только в нескольких странах мира и стоят совсем недешево. Килограмм такого волокна стоит 120 евро. На ощупь она напоминает очень качественную вискозную хлопковую вату, и на первый взгляд никогда не подумаешь, что этот материал способен выдерживать температуру до 1600 градусов по Цельсию. Что ж, после того, как я раздобыл это редкое кварцевое волокно, можно попробовать сделать из него ту самую обшивку для Бурана. Для начала, согласно патенту, нужно отмерить определенное количество кварцевой ваты. Я взял 115 грамм. Сначала я думал оторвать ее небольшими кусочками, но из-за образования большого количества не очень-то полезной кварцевой пыли я решил уже отрезать ее ножом. После того, как я отвесил нужное количество кварцевого волокна, его необходимо растворить или хотя бы как-то равномерно распределить в воде. Задача эта не самая простая, так как кварцевые волокна здесь довольно длинные и прочные, поэтому я решил попробовать измельчить их с помощью погружного блендера. На мое удивление, этот метод сработал просто блестяще, и после пары минут измельчения у меня получилось что-то наподобие кварцевой пульпы. Теперь в нее, согласно патенту, нужно добавить связующие вещества, одним из которых является коллоидный диоксид кремния. Благо, в отличие от 1976 года, сегодня это вещество можно легко найти даже в аптеке в качестве адсорбента. Для моего опыта его потребуется 13 грамм, которые я отвешиваю в стеклянный стакан. Кроме этого, в качестве первичного связующего мне еще нужно добавить 9 грамм обычного крахмала, содет и картофельный. Чтобы эта смесь лучше перемешалась с кварцевой пульпой, я в нее добавляю еще немного воды и перемешиваю тем же погруженным блендером. Интересно, что изначально густая смесь при перемешивании стала гораздо жиже. Видимо, коллоидный диоксид кремния при таком перемешивании лучше связывается с молекулами воды. Осталось только соединить кварцевую пульпу со связующими компонентами, и кухонный блендер здесь снова просто незаменим. После этого остается лишь избавиться от лишней воды, что я сделал с помощью обычной марли и дуршлага. В результате у меня получился вот такой комок кварцевого волокна вместе со связующим. Что ж, дальше, согласно патенту, ой, кажется я заработался и пропустил важный этап, подчелочить полученную смесь с помощью аммиака. Ну что ж, ладно, придется все разбавить водой и добавить в полученную смесь еще немного нашатырного спирта. После перемешивания я проверяю уровень pH с помощью индикаторной бумаги, и согласно инструкции он не должен быть выше чем 10. Ну, в принципе, подойдет. Теперь осталось снова избавиться от лишней воды, но просто голыми руками у меня не получается выжать много влаги из этого комка. Нужно что-то наподобие пресса. Хорошо, что заранее в моей новой лаборатории я решил сделать подобие самодельной и самой примитивной пресс-формы из-под нестандартной жестяной бутылки. Для начала мне нужно отклеить дно у этой емкости, что я решил сделать с помощью дремеля, так как болгарки под рукой не было. В комплекте с дремелем шли диски по металлу, но если бы я знал насколько они низкого качества, лучше бы я одолжил болгарку у знакомых. Спустя время с горем пополам я как-то отпилил нужную часть бутылки, в которую я еще сделал несколько отверстий для отвода воды. Осталось только убрать заусенцы, и вуаля, примитивная пресс-форма готова. В нее я теперь и закладываю свою кварцевую пульпу, перекладывая все марлей. На первых порах я выжимал лишнюю воду просто рукой, а в конце уже решил спрессовать все как можно лучше, благодаря своему весу. Заодно и почти вся вода вышла. Теперь осталось только вытащить полученную заготовку из пресс-формы, благо с помощью марли сделать это не так уж и сложно. Единственное, что меня смутило, так это то, что я в процессе изготовления потерял много связующего, которое частично вымылось при первом отжиме, когда я еще забыл добавить в смеси мяк. Поэтому из остатков кварцевого волокна я решил сделать еще партию кварцевой пульпы, на этот раз четко следуя всем указаниям из руководства к патенту. В конце, после удаления лишней влаги, у меня вышло еще два таких кругляша, которые получились даже немного лучше, чем предыдущие. Сейчас эти заготовки нужно хорошенько просушить, так как сейчас все они весят больше 200 грамм, что означает, что в них все еще находится очень много воды. Сушить полученные кругляши я решил в обычной духовке, при температуре 125 градусов по Цельсию, в течение 15 часов. Что ж, увидимся завтра. Спустя время сушки и охлаждения, заготовки стали гораздо легче, что хорошо видно на весах. Сейчас эти кругляши уже очень легкие, но все же еще не совсем однородные. И для того, чтобы они стали настоящей высокотемпературной теплозащитой, их нужно запечь. И не в простой духовке, а в муфельной печи, при температуре в 1200 градусов по Цельсию. Для этого я заранее, в течение нескольких месяцев, подготавливал свою новую лабораторию. Заказывал вытяжку-печь, о чем вы, мои подписчики, и так все знаете из моего телеграмма. А если нет, то не забудьте подписаться, там сейчас сезон воспоминаний. Я выкладываю свои старые фото из университета и вообще делюсь тем, чем я занимался до активной деятельности на YouTube. Тем не менее, мне сейчас нужно запечь мои заготовки из кварцевого волокна. Для того, чтобы сделать все быстрее и сэкономить на электричестве, я решил их запечь все вместе, просто переложив калий-новой ватой. Для начала, согласно патенту, нужно постепенно прогревать заготовки, чтобы из них успела выпариться остаточная влага и не образовалась трещина. Поэтому я сперва прогреваю их до 500 градусов по Цельсию и держу так в течение получаса. В это время из заготовок начинает потихоньку выгорать крахмал, от чего они немного чернеют. После этого я поднимаю температуру до 700 градусов по Цельсию и снова хорошенько прогреваю заготовки в течение 30 минут. Сейчас они уже побелели, значит крахмал полностью выгорел. Осталось только поднять температуру до 1200 градусов по Цельсию и держать так заготовки в течение двух часов, чтобы кварцевое волокно спеклось друг с другом с помощью коллоидного диоксида кремния в качестве связующего вещества. Что ж, на двухчасовой отметке я выключаю печь и даю заготовкам остыть. Интересно, что во время остывания печи я заметил, как у неё не слабо так потрескалась изоляция при высокотемпературном обжиге. Не думаю, что так должно быть. Видимо сейчас китайские печи не очень-то качественные. Напишите в комментариях, что вы думаете по этому поводу. После остывания печи я вынимаю заготовки и, по-моему, они получились просто идеальными. При спекании все трещины просто исчезли и полученные образцы теплозащиты вышли очень легкими, без внутренних пустот и довольно ровными. Сейчас они действительно напоминают по ощущениям ту белую изоляцию у плитки от бурана. Сейчас их желательно обработать, чтобы придать им более ровную форму. Для этого я сначала отпиливаю от них тонкий слой с помощью полотна-отпилки по металлу. Тут много силы не требуется, так как этот материал пилится довольно легко. Ну и, конечно, делаю я это всё под вытяжкой, чтобы не дышать кварцевой пылью. После грубой обработки я шлифую полученные заготовки обычной салфеткой. Благо, материал этот очень мягкий и податливый, от чего обрабатывать его даже легче, чем пенопласт. Одну из заготовок я решил придать квадратную форму, наподобие той плитки от бурана. Конечно же, толщина моей самодельной теплозащиты не такая, как в оригинале, но всё же, пока что я доволен результатом. Единственное, что отличает сейчас мои самодельные образцы от оригинальной теплозащиты, так это покрытие, вернее его отсутствие. Насколько я понял, для облицовки нижней части что шаттла, что бурана использовали жаропрочные плитки с каким-то чёрным покрытием, видимо, для лучшего отвода тепла. Интересно, как же сделать это покрытие? И вновь мне на помощь приходят американские патенты. В одном из них я нашёл, как сделать специальную жаропрочную чёрную краску для той белой теплозащиты, что я делал ранее. Для этого сначала мне понадобится порошок боросиликатного стекла, который я решил сделать из нескольких старых термостойких пробирок. Кроме стекла ещё понадобится полтора грамма диборида кремния, такого чёрного соединения, играющего роль высокотемпературного лигирующего агента. Помимо этого, ещё в смесь нужно добавить 20 грамм десилицида молибдена, который будет создавать теплоэмиссионный слой. Простыми словами, будет лучше отводить тепло от перегретой поверхности теплозащиты. Осталось только хорошенько измельчить все компоненты, для чего я взял обычную кофемолку. Да, этой пылью лучше не дышать. Согласно патенту, эту смесь лучше наносить с помощью пульверизатора, однако такого у меня нет. Поэтому я просто перемешал полученную смесь с этиловым спиртом и начал наносить её на кварцевую заготовку с помощью обычной кисточки. Теперь осталось лишь запечь это покрытие в моей уже разваливающейся печи при температуре в 1200 градусов по Цельсию в течение часа. Интересно, что даже при быстром открытии печи видно, насколько быстрее начинает оставать покрашенная теплозащита в сравнении с белыми стенками камеры. Всё из-за того, что чёрное тело лучше излучает тепло, чем белое. Поэтому нижнюю часть что у шаттла, что у бурана покрывали именно чёрными жаропрочными плитками, чтобы они успевали остыть при вхождении в плотные слои атмосферы. После охлаждения моей покрашенной теплозащитной плитки можно рассмотреть её поближе. Как видно, хотя бы с одной стороны покрытие получилось достаточно ровным. Хотя всё же после спекания такая плитка немного скукожилась. Видимо, часть кварцевого волокна сплавилась с чёрным покрытием. Интересно, насколько быстро она будет остывать при нагреве её газовой горелкой. Да, как видно, происходит это довольно быстро, о чём можно свидетельствовать по показаниям тепловизора. Особенно если смотреть с обратной стороны плитки. Такая же только белая плитка оставает немного дольше, хотя из-за большей толщины не так сильно прогревается. Кроме круглой жаропрочной плитки я решил сделать ещё и маленькую квадратной формы, также покрасив её чёрным покрытием, после чего запёк её в печке. Если сравнить, как мои самодельные плитки ведут себя по сравнению с оригинальной от Burano, то разница не особо заметна. Чёрное покрытие очень хорошо переизлучает остаточное тепло, а кварцевая начинка не даёт теплу глубоко проникать внутрь такой теплозащиты. В конце я так поверил в свою самодельную теплозащиту, что решил защитить ей свою руку от жаркого пламени моей довольно мощной газовой горелки. В принципе, в секунд 30 она спокойно держится, и я не ощутил ни малейшего тепла на обратной стороне такой самодельной теплозащиты. Мало того, даже моя маленькая плиточка и та может защитить руку от горячего пламени горелки. Так что, в принципе, я считаю, что у меня получилась та самая жаропрочная плитка от американских ракет, ну или от космического челнока Буран. Что ж, думаю, после просмотра этого видео вы узнали, как можно в полукустарных условиях сделать настоящую обшивку для шаттла, или же для той американской ракеты. Но если вам понравилось это видео, как всегда, не забудьте поставить ему лайк и подписаться на канал, чтобы узнать ещё много нового и интересного.