Алуминий - първият материал от космическата епоха

Материали

Понастоящем титанът, въглеродните влакна и тефлонът се считат за материалите, които транспортират човечеството във въздуха и в космоса. Преди около сто години обаче алуминият е имал тази репутация - първият високотехнологичен материал.

Много неща, които някога са били извънредни, са станали нормални с течение на времето. Това се отнася както за автомобила, така и за телефоните, телевизорите и не се спира и на материалите. Днес по-голямата част от всички кутии за напитки, произведени в целия свят, са направени от алуминий. Алуминиеви профили в различни дължини и форми може да се поръча по интернет - и няколко държави вече са използвали лекия метал, за да секат монети от него. Без съмнение алуминият е напълно нормален материал, който се произвежда и използва в милиони тонове годишно, като ниското му тегло и висока якост са първият избор за безброй приложения.

Но това отдавна не е така. От гледна точка на изследванията на материалите, само преди няколко десетилетия алуминият беше толкова нов и вълнуващ, че може да се говори за тенденционен метал - който беше на части по-ценен от златото и без който човечеството вероятно нямаше да излети във въздуха в същата степен.

Млада звезда в небето на материалите

Има материали, които са били известни и използвани от хилядолетия - бронзът например е бил използван 3000 години преди началото на нашата ера. Ефектна находка на меден меч едва наскоро отново подкрепи тази теза.

Алуминият, от друга страна, е изключително млад. Въпреки че е третият най-разпространен елемент в земната кора (след кислород и силиций). Едва през 1782г Антоан Лоран дьо Лавоазие презумпцията за съществуването на метала - френският химик проверява „стипца земя”, открита от немския му колега Андреас Сигизмунд Маргграф през 1754 г. и приема, че това е оксидът на неизвестен преди това елемент. И едва през 1807 г. британецът Хъмфри Дейви, който също правеше изследвания в тези посоки, изобрети името алуминий, което е известно днес, като производно на латинската стипца форма "алумен".

Проблемът в тази ранна фаза: Въпреки че алуминият вече е известен, вече се появяват различни приложения. Единственото, което липсваше, беше производственият процес. До средата на 1800-те процесът на редукция на Wöhler е оптимизиран, производството е било възможно само на лабораторно ниво и дори след това е останало незначително. Доходността беше съответно ниска, а цената висока. Около средата на века (имперската) лира струваше 18 000 долара според днешната стойност. През 1852 г. цената за унция е 34 долара (валутата по това време), като в същото време същото количество злато се нарича само 19.

През 1855 г. дванадесет алуминиеви пръти бяха представени за пръв път на широката световна публика на Световното изложение в Париж. И неговият външен вид, подобен на сребро, съчетан с теглото, нечувано за металите по това време, буквално вдъхнови масите. Наред с други неща, геният на научната фантастика Жул Верн го обработва в своите произведения, създава съществуващи летателни машини и безброй други приложения от него, докато в реалния свят, наред с други неща, от него се правят бижута. В тази фаза, която вече се характеризираше с ново начало и вяра в бъдещето, имаше огромен шум за метала.

Внесете повече алуминий!

Съответно втората половина на 1800-те се характеризира и с факта, че безброй изследователи и индустриалци се възползват от новия „чудесен материал“. В зависимост от фабриката, производствените обеми нарастват до около един тон годишно и цените бързо падат.

Най-добрият начин да се демонстрира престижът на алуминия от онази епоха, въпреки спадащите цени, е с два примера:

Когато САЩ продължават и завършват дълго паузното строителство на паметника на Вашингтон през 1880-те, те увенчават почти 170-метровата стела с ключов камък, направен от три килограмово парче отлят алуминий - по това време най-голямото парче, което някога е било отливано.
През 1894/95 г. Вилхелм принц цу Вийд яхта с алуминиев корпус направете Алуминия. Малко преди това той притежаваше лодка от същия материал и беше абсолютно възхитен от нея.

Такива приложения също са възможни, тъй като в края на 19-ти век с процеса на Хол-Еро и процеса на Байер са измислени два важни нови начина за масово производство на алуминий - два метода, които се изграждат един върху друг, при които завършеният алуминий се получава от боксит става; така правим и до днес.

Съответно през последните две десетилетия на 1800 г. лекият метал се превръща в материал, който се използва практически в целия свят, от който се правят не само бижута и подобни престижни предмети, но и оптични инструменти и като цяло безброй компоненти, за които ниското тегло е от централно значение - не на последно място автомобилът, започнал по това време. Алуминият обаче преживя най-големия си пробив след началото на века.

Във въздуха

Първите твърди дирижабли са построени през последните няколко години на 1800-те. Едната е построена в Хърватия през 1896 г. от търговеца на дървен материал Дейвид Шварц и е унищожена при първия полет година по-късно; втората е построена от Фердинанд Граф фон Цепелин през 1900 г. - и също е повредена в канавка по време на първия си полет.

Но: И двата дирижабля са построени със силна подкрепа от алуминиевата индустрия. И за дизайнерите, и за индустриалците беше ясно, че пилотираната авиация трябва да се основава на материала. Появи се силна взаимна подкрепа - която беше крайно необходима в случая с граф фон Цепелин, тъй като по това време мнозина го смятаха за своеобразен „луд изобретател“ и изпитваше затруднения при получаването на средства. Съответно бяха „неравен“ първите години на дирижаблите от Боденското езеро.

През 1903 г. братята Райт за първи път летят с мощен обект, който е по-тежък от въздуха - обаче, основната конструкция на Райт Флайър е направена от смърч. Три години по-късно германският химик открива Алфред Вилм но един метод, за значително увеличаване на якостта на алуминия. Резултатът беше сплавът „Дуралуминий” - с десет пъти по-голяма якост на опън от чистия алуминий.

Това беше правилният материал в точното време: През няколко години след полета на Райт стана ясно, че само дървото не е достатъчно за все по-мощните самолети - и че нормалният алуминий също достига своите граници поради нарастващия размер на дирижаблите.

По този начин алуминият установява не по-малко от възрастта на полета. Практически всички бъдещи твърди дирижабли са построени върху основна рамка от него; Самолетите го използват и в точки, които са критични по отношение на теглото и натоварването - въпреки че Първата световна война, която започна малко след това и даде на авиацията гигантски тласък, разчиташе на покрити с тъкани тръбни стоманени конструкции с предимно дървени крила по съображения за доставка.

Но вече към края на войната самолетът показа Юнкерс J7, какво може да направи и тук алуминият - ловната машина се състои от дюралуминиева тръбна рамка със същата дъска. Една година след войната Юнкерс използва натрупания опит по този начин за работа с Модел F13 за производство на първия самолет в монококова конструкция - алуминиевата обвивка поема едновременно и носеща функция, а бастунът вече не е необходим като подструктура.

Успехът на тази малка машина, заедно с дирижаблите, които също бяха напълно развити след войната, не само осигуриха голям бум в гражданската авиация, но и издълбаха алуминия завинаги като централен материал за авиацията - и до днес той е там най-важният материал и само когато достига своите граници, той се допълва или заменя с титан или композитни материали.