Институт Инновационного Проектирования | Триз в материаловедении
 
Гл
Пс
Кс
 
Изобретателями не рождаются, ими становятся
МЕНЮ
 
   
ВХОД
 
Пароль
ОПРОС
 
 
    Слышали ли Вы о ТРИЗ?

    Хотел бы изучить.:
    Нет, не слышал.:
    ТРИЗ умер...:
    Я изучаю ТРИЗ.:
    Я изучил, изучаю и применяю ТРИЗ для решения задач.:

 
ПОИСК
 
 



 


Все системы оплаты на сайте








ИННОВАЦИОННОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
сертификация инноваторов
инновационные технологии
БИБЛИОТЕКА ИЗОБРЕТАТЕЛЯ
Это интересно
ПРОДУКЦИЯ
 

 


Инновационное
обучение

Об авторе

Отзывы
участников

Программа
обучения

Вопрос
Ю.Саламатову

Поступить на обучение

Общественное
объединение



Молодому инноватору

FAQ
 

Сертификация
специалистов

Примеры заданий

Заявка на
сертификацию

Аттестационная
комиссия

Список
аттестованных
инноваторов

Инновационное
проектирование

О компании

Клиенты

Образцы проектов

Заявка
на проект

Семинары

Экспертиза проектов

   

Книги и статьи Ю.Саламатова

Теория Решения Изобретательских Задач

Развитие Творческого Воображения

ТРИЗ в нетехнических областях

Инновации 
в жизни науке и технике

Книги по теории творчества

Архивариус РТВ-ТРИЗ-ФСА

Научная Фантастика
 
 
Статьи о патентовани
   

Наука и Техника

Политика

Экономика

Изобретательские блоги 

Юмор 
 
Полигон задач

ТРИЗ в виртуальном мире
медиатехнологий
       

Книги для
инноваторов

CD/DVD видеокурсы для инноваторов

Програмное обеспечение
инноваторов

Покупка
товаров

Отзывы о
товарах
           

Триз в материаловедении

 

А. Кынин

Все предметы, которые нас окружают, сделаны из каких-либо материалов. В принципе, история техники может рассматриваться не только как развитие различных устройств, но и с точки зрения изменения используемых в этих устройствах материалов. Недаром периоды человеческой деятельности получили свои названия в честь материала, применяемого в это время для изготовления орудий труда: Каменный, Бронзовый, Железный... Новый материал вызывал прогресс в производстве орудий труда, а совершенствование орудий труда, в свою очередь, вызывало требования к совершенствованию используемых материалов и создания новых материалов. В классическом ТРИЗ материалам уделено заметное место, то же время их отдельное рассмотрение отсутствует. Целью представленной работы было определить особенности материалов, как технических систем, показать применимость к ним основных понятий и инструментов ТРИЗ и объединить ранее опубликованные статьи автора в единое направление ТРИЗ-материаловедение.
Все предметы, которые нас окружают, сделаны из каких-либо материалов. Этот факт настолько важен, что изучению их свойств посвящена наука "Материаловедение", которая, в том числе, включает любимый всеми студентами предмет "сопромат". Однако что же такое "материал"? В первую очередь определимся, что именно мы будем понимать под этим словом. Очень любопытно, но такого термина не удалось обнаружить ни в одной из имеющихся энциклопедий. В энциклопедии приведено только определение вещества: Вещество? - форма материи, в отличие от поля, обладающая массой покоя. В химии принято разделять все объекты изучения на индивидуальные вещества (иначе - соединения) и их смеси. Под индивидуальным веществом понимают абстрактное понятие, обозначающее набор атомов связанных друг с другом по определенному закону
[1].
Тем не менее, термины "вещество" и "материал" используются нами для обозначения разных понятий. Рассмотрим подробнее взаимосвязь вещество-материал. Вещество обладает комплексом физических свойств. Однако эти свойства напрямую не отражают возможность удовлетворить какую-либо нашу потребность. Пока камень лежал на земле, то свойства вещества камня никого не интересовали. Когда человек взял камень и оценил, что его твердость позволяет разбить этим камнем кость и вкусно пообедать - он интуитивно выбрал для своего примитивного орудия именно этот подходящий материал.
Следовательно, материал - это то, из чего состоит используемый объект. В таком случае введем следующее определение: Материал - это обработанное вещество, или комбинация веществ, из которых состоит рассматриваемый объект. Свойства материала должны быть достаточны для выполнения объектом его полезного предназначения. При использовании такого определения мы четко ограничиваем круг веществ, пригодных для изготовления того, или иного объекта, способностью обеспечивать его применимость. Так, мы можем сделать нож из пластилина, но этот предмет не будет резать, то есть не будет ножом, так как свойства вещества - пластилина не позволяют его применить как материал для изготовления ножа, поскольку такой "нож" нельзя будет использовать по его назначению. Другими словами, некое вещество становится материалом для изготовления устройства, если свойства этого вещества позволяют устройству удовлетворять потребности человека. Как правило, материал - это искуственно созданное вещество, не существующее в природе. Исключением является камень в каменном веке и небольшой период использования самородной меди в начале бронзового века. Кроме того, материал - это вещество, которое было обработано человеком. Можно возразить, что в этом случае выпадает период использования нашими предками необработанных камней. Но можно считать, что этот период предшествовал появлению человеческой цивилизации.
Как уже было сказано история техники может рассматриваться с точки зрения развития материалов. Причем, роль материалов в растет. По некоторым прогнозам доля рынка материалов, созданных с использованием нанотехнологий, может составить до 30%
[2]. Недаром одним из важнейших направлений развития науки в XXI веке признано "Создание новых материалов" [3].
Когда в работах Альтшуллера идет речь о Технических Системах (ТС), то, как правило, "по умолчанию" принимается, что ТС являются только различные устройства и механизмы. Различные вещества выступают, обычно, в виде ресурсов для достижения поставленной цели. В то же время, как бы "за кадром" остается очень серьезная проблема: а из чего именно эти устройства сделаны? Причем, если вспомнить, что ТРИЗ родился на основе анализа патентного фонда, то это весьма странно, так как в патентной классификации очень четко разделены классы "Устройства", "Материалы" и "Способы". В самой ТРИЗ эта неопределенность понятий выражена в том, что среди 40 Принципов, большая часть из которых относится к устройствам и процессам, имеются 8 принципов, непосредственно связанных именно со свойствами материалов, из которых эти устройства сделаны. Это Принципы: №3 (Местное Качество), №27 (Дешевая недолговечность), №31 (Пористые материалы), №33 (Однородности), №35 (Изменение физико-химических параметров), №36 (Использование фазовых переходов), №37 (Тепловое расширение) и №40 (Композиционные материалы). Кроме того есть еще два Принципа, в которых в качестве Инструмента выступают непосредственно вещества. Это Принципы №38 (Сильные окислители) и №39 (Инертная среда). То есть, пусть неявно, но автор дал понять, что материалы являются такими же полноправными техническими системами, как и устройства
[4].
В связи с этим стоит провести анализ составных частей ТС - материал. Во-первых, что же является главным элементом системы? Естественно, что это Инструмент (Рабочий Орган), который взаимодействует с Обрабатываемым Объектом. Следовательно, материал определяет функциональные возможности Инструмента. Собственного Источника Энергии и Двигателя у материала, как правило, нет, а Орган Управления находится в Надсистеме. Поэтому на долю материала остается только Инструмент и Трансмиссия. Причем, эффективность и Инструмента и Трансмиссии определяется именно свойствами составляющего их материала. Естественно, что использование материалов не ограничивается только изготовлением Инструмента и материал также может выполнять другие функции. Он может быть:

  • Трансмиссией (волны передаются через материалы.)
  • Двигателем (магнитный материал в магнитном поле.)
  • Органом Управления (некоторые "умные материалы" [5].)
  • Источником Энергии (ТВЭЛы атомных станций, термит, дерево.)
  • любыми комбинациями... (Метал с памятью формы - это Инструмент + Трансмиссия + Двигатель + Орган Управления. Материал для Самораспространяющегося Высокотемпературного синтеза (СВС) - это и Источник Энергии и Трансмиссия и Инструмент [6] ).

Однако, на данном этапе, ограничимся рассмотрением только материалов для производства Инструмента, как наиболее важной части ТС.
Теперь рассмотрим развитие ТС - материал более подробно, чтобы определить особенности материала, как Системы. Причем будем рассматривать только материалы, имеющие широкое потребление и определяющие развитие цивилизации. Наиболее важной характеристикой для выполнения функций Инструмента является прочность материала. Однако, прочность, как таковая, определяет только возможность использования материала, в то время, как для построения кривой развития ТС нам необходимо рассматривать повышение идеальности системы, то есть отношение суммы выполняемых полезных функций к сумме факторов расплаты
[4].
Примем в качестве нежелательного для нас явление вес материала. Действительно, всегда удобнее использовать более легкий инструмент. Поэтому будем рассматривать не прочность, а ее отношение к плотности материала, то есть, так называемую удельную прочность. Этот параметр не является физической величиной, но часто используется в технике
[7]. Для практики этот параметр настолько важен, что иногда его называют коэффициентом качества конструкций [8]. Кстати, одним из путей снижения веса материала является введение в него пустоты, то есть создание различных ячеистых и пористых материалов [9]. Свойства различных материалов и результаты расчетов удельной прочности представлены в Таблице.
По сути, человеческая цивилизация началась с каменного века (начало палеолита около 8300 г. до н.э., конец неолита около 8-3 тыс.до н.э.), когда вещество - камень, который валялся на дороге, стало материалом, из которого состояло орудие (инструмент). Однако, этот период для нас все-таки не столь интересен, так как человек использовал природный материал. Кстати, и в период каменного века шло совершенствование не только методов обработки, но и используемых материалов. Так описание борьбы за обладание месторождения тогдашнего булата - кремня, очень увлекательно описано Дж. Рони в книге "Борьба за огонь".
Следующим этапом стал медный век (энеолит). Однако этот этап еще не в полной мере соответствует развитию материалов, как искусственных систем. Каким-то образом человек обратил внимание на то, что в кострах при их горении иногда образуются блестящие камни, которые при обработке не ломаются. Но, самое главное, человек сопоставил появление этих камней с применением для устройства очага кусочков медной руды. Однако это все еще не было реальным изобретением, так как был создан материал, только повторяющий природное вещество. Видимо, из них около 10 тыс. лет назад были изготовлены первые металлические орудия труда. Распространению меди способствовали такие ее свойства, как способность к холодной ковке и относительная простота выплавки из богатых руд. Медный век длился около тысячи лет - вдвое меньше, чем бронзовый. К сожалению прочностные характеристики меди невелики: предел прочности 17 кг/мм2. Не отличается она и твердостью: медь, правда, тверже, чем золото и серебро, но в полтора раза мягче железа (соответственно 3,0 и 4,5 по 10-балльной шкале). В данном случае мы будем рассматривать медный век как первый этап бронзового.
Таблица. Свойства конструкционных материалов.


№ п/п

Материал

Предел прочности при растяжении, МПа

Источник

Плотность, г/см3

Источник

Удельная прочность, МПа*см3/г

1.

Кремень

21

10

2,6

10

8

2.

Медь

150

11

9

12

17

3.

Бронза оловянная

200

11

8.91

13

22

4.

Бронза
АЖМц10-3-1,5

610

14

8.9

14

69

5.

Латунь
ЛАЖМц66-6-3-2

650

14

8.9

14

73

6.

Железо

324

11

7.9

13

41

7.

Низкоуглеродная сталь

489.5

11

7.9

13

62

8.

Литая сталь

650

11

7.9

13

82

9.

Инструментальная сталь

1600

15

7.9

15

203

10.

Легированная сталь 03Н18К9М5Т

1750

15

62

15

222

11.

Алюминий

96

11

2.7

13

36

12.

Дюралюминий

379.2

14

2.9

14

131

13.

Алюминиевый сплав В95

700

14

2.9

14

241

14.

Титан

700

14

4.5

14

156

15.

Титановый сплав ВТ6

1500

15

4.5

15

333

16.

Полиэтилен

350

11

0,91

1

385

17.

Кевлар

410

16

1,45

16

283

18.

Углеродное волокно

150

16

1,8

16

83

19.

Оксид aлюминия

240

16

3,95

16

61

20.

Карбид кремния

400

16

3,4

16

118

21.

Бор

345

16

2,6

16

133

22.

Углепластик

210

17

1,2

17

175

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Бронзовый век (конец IV-начало I тыс. до н. э.) ознаменовался широким распространением этого сплава. Но он имел одну характерную особенность. Человек ВПЕРВЫЕ полностью перешел от использования материалов природного происхождения (камень, самородная медь) к созданию новых веществ - сплава меди и олова. Открытие бронзы произошло, по-видимому, случайно, однако большие твердость и плотность, а также относительная легкоплавкость (добавка 15% Sn снижает температуру плавления меди с 1083 до 960°C) позволили бронзе быстро вытеснить медь из многих производственных сфер. Характерно, что в Греции культура меди зародилась позже, чем в Египте, а бронзовый век наступил раньше. Дело в том, что руда, из которой выплавляли медь египтяне, не содержала олова. Грекам в этом отношении повезло больше. Они добывали "оловянный камень" иногда там же, где и медную руду. Но сколько сил и времени потратили древние металлурги на поиск камешков, совместное использование которых приводило к появлению первого в истории человечества сплава? Мы не знаем действительной истории создания бронзы, но она, наверняка, могла бы послужить сюжетом для захватывающего романа. Причем, роль олова была настолько очевидна всем, что в его честь даже получили название британские острова - Касситериды (касситерит - оловянная руда) [18].
Рассмотрим развитие материала бронза. К сожалению, данные о росте прочности бронзы в течение бронзового века отсутствуют. Однако можно с большой долей уверенности предположить, что прочность этого материала росла от значения прочности чистой меди до предельной прочности медно оловянного сплава. Это связано с тем, что оптимальное соотношение компонентов было достигнуто не сразу, а в результате долгой систематической работы древних металлургов. Это действие можно рассматривать, как применение Стандарта 5.1.1. Обходные пути: 4. Ввести в очень малых дозах особо активную добавку или Тренд Развития Систем моно-би-поли.
При рассмотрении кривой развития следует обратить внимание на некоторые интересные особенности, отличающие развитие системы-материала от системы-устройства. В ТРИЗ постулируется, что старая система после достижения своих предельных возможностей и появления новой системы умирает, или переходит в разряд развлечений. Причем, свойства системы при этом ухудшаются, по сравнению со временем ее расцвета. Для материала ясно видна другая закономерность: при появлении новой системы старая система занимает свою, вполне определенную нишу. Так, после прихода Железного века бронза отнюдь не исчезла. Например, во II...I вв. до н.э. оружие римлян (Инструмент) делалось уже в основном из железа, но в производстве предметов домашнего обихода все еще преобладали бронза и медь. Одной из причин такого "долгожительства" является то, что бронза, проигрывая железу по одному из критериев - прочности, существенно превосходит его по другим параметрам: способности к отливке в форму, устойчивости к коррозии и, наконец, красоте. Недаром памятники до сих пор предпочитают делать именно из бронзы. Да и медь, благодаря своим уникальным свойствам, например исключительной вязкости, ковкости и теплопроводности, применяется для изготовления различных предметов. До сих пор можно встретить медные чайники и самовары.



Рис. 1. Изменение удельной прочности материалов


Но со временем старая система не только продолжает существовать, но и совершенствуется! Причем, при сравнении с древними образцами прочность современной бронзы заметно выросла. Например, бериллиевые бронзы сочетают очень высокую прочность (до 120 кгс/мм2) и коррозионную стойкость с повышенной электропроводностью
[19]. После закалки свойства бериллиевой бронзы: σв= 500 МПа, δ=30%, после старения - σв=1200 МПа, δ= 4% [20]. Кроме того, бронзовый инструмент занял весьма важную специфическую нишу - из бронзы делают инструмент для работы в опасных условиях, поскольку бронза при ударе не дает искр. В целом, кривая развития медных сплавов представляет собой плавную линию с длительным начальным участком, соответствующим чистой меди и достаточно плавным повышением до предельного значения в наши дни (См. Рис.1).
Теперь рассмотрим, как развивалась новая ТС материал-железо. Железный век наступил в I тысячелетии до н. э. Особенностью данного этапа является отсутствие этого вещества в природе (за исключением метеоритного железа). Следует отметить, что система - железо практически сразу стала развиваться как комбинированная, поскольку чистого железа в природе не существует. Развитие системы происходило по линии, в основном соответствующей S - образной кривой (См. Рис.2).



Рис. 2. Изменение удельной прочности материалов на основе железа

Однако здесь мы видим новую особенность поведения материалов. Свойства системы не росли равномерно, а сопровождались резкими скачками прочности, локализованными во времени и в пространстве. Такими скачками были изобретение закалки, которую можно рассматривать, как применение Принципа: №3 (Местное Качество) и Стандарта (5.1.1. Обходные пути: 3. Вместо внутренней добавки используют добавку наружную), создание композиционных японских мечей - катана и всем известный пример с дамасскими клинками. Причем, иногда такие линии прерывались, что связано с особенностями создания системы-материала. Ведь секреты производства материала передавались от отца к сыну и, иногда, пропадали. Так был утрачен секрет булата, который был воссоздан только в XIX веке Амосовым в Златоусте [17]. Действительно, если кто-то сделал ТС - устройство, например меч новой формы, с криволинейной режущей кромкой в виде персидского акинака или турецкого ятагана, то любой желающий, увидев это, может ее повторить. Но найти режим закалки лезвия вашего меча будет очень не просто. Кстати, для систем-устройств также известны факты длительного забвения некогда изобретенных замечательных устройств. Это и различные древнегреческие автоматы, бронзовые арифмометры [21] и, наконец, галльская жатка, история которой прекрасно описана нашими коллегами [22].
Следует также отметить, что любое улучшение основной характеристики материала сопровождается какими-либо издержками. Так, сменив бронзу на железо, мы получили в виде приложения проблему сохранения железа от коррозии. Например, на окраску Эйфелевой башни сейчас уже затрачены средства, значительно превосходящие затраты на ее постройку. Исключительная прочность японских мечей сопровождалась их большой хрупкостью. Между прочим, нунчаки появились именно как средство борьбы с мечами, а вовсе не для того, чтобы ломать руки. При удачном ударе нунчак по лезвию катаны меч ломался.
Сейчас, после создания в XIX веке литых сталей, свойства крупнотоннажных, общеупотребимых сталей, выросли за прошедший век не столь значительно. То есть процесс развития системы железо практически завершен. Развитие идет, в основном, в сторону создания специальных видов сталей и сплавов, имеющих ограниченное применение. Несмотря на это, железный век продолжается. До сих пор примерно 9/10 всех используемых человечеством металлов и сплавов - это сплавы на основе железа. Железа выплавляется в мире примерно в 50 раз больше, чем алюминия, не говоря уже о прочих металлах.
Следующим материалом, который получил всемирное распространение, хотя и не заменил железо полностью, стал алюминий. Созданный в конце XIX века этот металл из дорогого экзотического материала (известен факт подарка весов, одна чашка которых была из платины, а другая из алюминия) стал поистине "народным" материалом. До сих пор в любом доме можно найти алюминиевую ложку, или миску. Главным достоинством алюминия является то, что он легок. Его плотность 2,7 г/см3 - почти в 3 раза меньше, чем у стали, и в 3,3 раза меньше, чем у меди.
[18]. Однако, что тоже необычно для систем-устройств, алюминий значительно уступал по прочности предыдущей системе - стали. Поистине революцией стало создание "алюминиевой стали" - дюралюминия. Это позволило применить алюминий для изготовления самолетов, поскольку продолжая уступать обычным сталям по прочности сплавы алюминия стали превосходить их по удельной прочности (см. Таблица). То есть, в отличии от меди, алюминий практически сразу стал би-полисистемой.
Вслед за алюминием появился титан и его сплавы, обладающие еще более высокими характеристиками (см. Таблица). Сейчас большое внимание уделяется сплавам магния и сплавам, содержащим литий. То есть тенденция уменьшения удельного веса конструкций продолжает оставаться актуальной.
Следующим этапом развития материалов явилось появление веществ-полимеров и созданных на их основе материалов-пластмасс. Еще более значительно, чем алюминий, уступая по прочности стали, пластмассы превосходят их по легкости и удобству использования (Принцип №27 Дешевая недолговечность). Для пластмасс справедливы все те же основные закономерности развития, что и для прочих материалов. Да, в наше время они чаще всего выполняют в различных конструкциях второстепенную роль, а если уж их в соответствии с традицией пытаются ввести в ранг "незаменимых заменителей", то чаще они заменяют цветные металлы, а не черные. На замену стали идут лишь несколько процентов потребляемых нами пластиков. Эти материалы стали общеупотребимыми. В то же время нельзя говорить о том, что полимеры однозначно уступают металлам. Так уже сейчас серийное волокно кевлар
[23] превосходит сталь по удельной прочности в 1,5 раза, а сверхориентированный полиэтилен теоретически может превзойти сталь [24] в 2 раза. К сожалению, эти материалы существуют только в виде волокон, они анизотропны, то есть их свойства проявляются только в одном направлении. В данной работе мы не будем подробно анализировать волокна и полимеры, так как это может быть темой отдельного рассмотрения.
Недостаточная анизотропная прочность полимеров привела к новому скачку в материаловедении - созданию композиционных материалов (Принцип №40 Композиционные материалы). С другой стороны, создание волокносодержащих композитов можно рассматривать, как реализацию тренда линия-объем или тренда "Переход в надсистему" и "Согласования частей системы" при объединении систем, выполняющих одну функцию, но имеющих различные характеристики.
Здесь надо сделать несколько существенных терминологических оговорок. Сплавы мы не будем считать композитами, поскольку это материалы на основе смеси индивидуальных веществ. По определению: Композиционный материал (композит) представляет собой неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов, среди которых можно выделить армирующие элементы, обеспечивающие необходимые механические характеристики материала, и матрицу (или связующее), обеспечивающую совместную работу армирующих элементов
[1]. То есть, под композиционным материалом будем понимать только такой материал, в котором имеется граница раздела между составляющими его материалами.



Рис. 3. Взаимосвязь удельной прочности и удельного модуля упругости некоторых неармированных и композиционных материалов, армированных волокнами [50 об. %]: 1 - алюминий; 2 - титан и сталь; 3 - титан, армированный бериллиевой проволокой; 4 - титан, армированный волокнами SiC; 5 - титан, армированный волокнами борсика (SiC/B/W); 6 - алюминий, армированный борными волокнами; 7 - эпоксидная смола, армированная волокнами графита; 8 - эпоксидная смола, армированная борными волокнами
[15].


Вообще-то, создание композитов не является достижением исключительно современной техники. Композитами, по сути, являлись и обмазанные глиной ветки и, даже дамасская сталь (поскольку в ней наблюдается граница фаз между различными типами стали). А в строительстве уже много веков используется бетон (композиция вяжущего раствора и камня) и его логическое продолжение - железобетон. Но только в XX веке композиты приобрели широкое распространение. Сейчас используются композиты, содержащие в качестве армирующих элементов сверхпрочные бездефектные волокна (см. Рис.3).
На смену традиционным композитам приходят так называемые "нанокомпозиты", то есть материалы, где размеры включений другого компонента имеет размеры, соизмеримые с размерами небольших агрегатов молекул
[25]. При таких размерах становится сложным определить понятие "раздел фаз". Такие материалы показывают исключительно высокие характеристики. Но с точки зрения развития системы, это, все таки, продолжение развития композитов. Нанокомпозиты также можно рассматривать, как применение Стандартов (5.1.1. Обходные пути: 5. Вводят в очень малых дозах обычную добавку, но располагают ее концентрированно) или тренда "Переход на микроуровень".
Зависимости удельной прочности от времени создания для всех рассмотренных материалов, начиная от применения камня, удовлетворительно описываются так называемой "огибающей кривой", подобной зависимости скоростей транспортных средств от времени
[4] (см. Рис.1).
Рассмотрим влияние ТС - материалы на процесс развития ТС - устройства и, таким образом, на прогресс цивилизации. Это взаимодействие является комплексным. С одной стороны повышенные требования к Устройству вызывают поиск новых Материалов, которые будут соответствовать этим требованиям. С другой стороны появление нового Материала позволяет создавать новые Устройства, обладающие более высокими характеристиками. Интересно также применение новых материалов в совершенно неожиданных областях. Так волокно капрон было создано для парашютов, чтобы заменить дорогой шелк. Но при развитии его производства серьезным потребителем капрона стало производство дамских чулок.
Давайте немного пофантазируем. Известно, что крушение феодального строя в значительной степени было обусловлено тем, что бронированная лавина рыцарской конницы оказалась беззащитной перед аркебузами и мушкетами городской пехоты. Предположим, что некий изобретатель смог создать сорт стали, которая выдерживала удар свинцовой пули. Это не так уж невероятно, поскольку прочностные характеристики сталей дамасских или толедских клинков вполне отвечали поставленной задаче, но из них нельзя было сделать латы. Каким бы путем пошла тогда наша история?
С другой стороны, появление полимерных волокон на основе ароматических полиамидов (кевлар, СВМ и т.д.) вернуло к жизни забытую, казалось бы, идею защиты человека от пуль. Современные бронежилеты выдерживают попадание пистолетной пули, а специальные конструкции, содержащие керамические вставки спасают от автоматных и винтовочных пуль.
Из этого простого примера следует, что при появлении новых материалов с экстремальными свойствами можно проверить - нет ли среди уже предложенных Устройств таких, которые не были реализованы только по причине отсутствия подходящего материала. Такой ретроспективный поиск может принести очень интересные результаты.
Таким образом, удалось показать, что развитие Технических Систем - материалов в основных чертах соответствует развитию Технических Систем - устройств и подчиняется основным Трендам развития Систем, в том числе росту главной характеристики материалов по S - образной кривой развития (см. Рис.2.).
Кроме того, необходимо отметить, что для материала очень сложно сформулировать Технические Противоречия, поскольку все параметры, описывающие такое противоречие, являются экстенсивными. Это связано с тем, что материалы являются неполными системами. Зато Физические Противоречия часто выводят именно на свойства материалов.
В заключение необходимо обобщить закономерности, найденные для класса систем - материалов:

  1. Материал - это обработанное человеком вещество, или комбинация веществ, предназначенная для создания некого Объекта, выполняющего полезную функцию.
  2. Материал это ТС, включающая, как правило, Инструмент и Трансмиссию.
  3. Развитие материала (повышение идеальности) происходит по S - образной кривой, причем крутизна наклона кривой каждого нового материала растет быстрее.
  4. Развитие материала не прекращается с появлением нового материала и сопровождается продолжением повышения его свойств.
  5. На кривой развития материала есть локализованные в пространстве и времени скачки, которые вызваны получением материалов с исключительно высокими свойствами, но не получивших всеобщего распространения.
  6. Индивидуальные кривые развития всех материалов, имеющих массовое применение, могут быть интегрированы единой огибающей линией, которая соответствует развитию системы "материалы для изготовления Инструмента".
  7. Появление новых материалов соответствует основным закономерностям и описывается такими инструментам ТРИЗ, как Принципы и Стандарты
  8. Для материалов сложно сформулировать Технические Противоречия, но можно найти Физические Противоречия.
  9. Для описания развития материалов применимы следующие Тренды Развития Технических Систем: Повышения Идеальности, Переход в надсистему, Переход на микроуровень и Согласования частей системы.

1.Викпедия
2.http://nanonewsnet.ru/index.php?module=pagesetter&func=viewpub&tid=6&pid=70
3.Promising Industries of 21st Century, Hydrogen News, Korea Herald 3/13/2000
4. Альтшуллеp Г.С., Злотин Б.Л., Зусман А.В. ПОИСК HОВЫХ ИДЕЙ: ОТ ОЗАРЕHИЯ К ТЕХHОЛОГИИ Кишинев, "Каpтя Молдовеняскэ" - 1989.
5. Кынин А. Т. "КАК "УМНЫЕ ВЕЩЕСТВА" МОГУТ ПОМОЧЬ ИЗОБРЕТАТЕЛЮ". Тезисы статьи размещены на сайте "Методолог" и представлены в материалах конференции "5th ETRIA Conference "TRIZ Future-2005", University of Leoben - Austria, Nov. 16-18, 2005 Graz AUSTIA."
6.ТВЕРДЫЙ ОГОНЬ СВС
7.http://enc.mail.ru/article/1900459187
8.http://www.architector.ru/spr/teploizol/33.asp
9. Кынин А. Т. ""ПУСТОТА" В МАТЕРИАЛАХ" Статья в журнале ТРИЗ №1, 2005, С.53-58. Тезисы статьи размещены на сайте "Методолог" и представлены в материалах конференции "4th European TRIZ-Conference 29.6.-1.7.2005, IHK Frankfurt a. Main Germany".
10.http://www.abraziv.net/ref_material.asp
11. Мэттьюс Клиффорд. Справочник инженера - Инженерная механика. - М.: Изд-во АСВ, 2003, 280с.
12.Популярная библиотека химических элементов
13.http://www.sci.aha.ru/ALL/b7.htm
14.http://www.nauka.kiev.ua/
15.http://naukaspb.ru/Demo%20Metall/
16.http://www.inventors.ru/index.asp?mode=4204
17.Дамасский узор на стали
18.http://n-t.org/ri/ps/pb029.htm
19.http://britikov.temator.ru/cont/1519/3.html
20.http://naukaspb.ru/Demo%20Metall/3_15.htm
21. Джеймс П., Торп Н. Древние изобретения. Минск: Попурри. 1997. - 768 с.
22.http://smi.kuban.info/article/17513/1014/hot_news/
23.http://www.inventors.ru/index.asp?mode=4204
24.http://www.engineering.ru/faq.php
25.www.info-ua.com/equipment/37/et_37_18.html


Записаться на тренинг ТРИЗ по развитию творческого, сильного мышления от Мастера ТРИЗ Ю.Саламатова >>>

Новости RSSНовости в формате RSS

Статьи RSSСтатьи в формате RSS

Рейтинг – 1049 голосов


Главная » Это интересно » Теория решений изобретательских задач (ТРИЗ) » Триз в материаловедении
© Институт Инновационного Проектирования, 1989-2015, 660018, г. Красноярск,
ул. Д.Бедного, 11-10, e-mail
ysal@triz-guide.com, info@triz-guide.com
 
 

 

Хочешь найти работу? Jooble