КУРС НА ИКР

    Недавно произошла такая история. Один инженер занимался металлоплакирующей смазкой. Это обычная смазка, в которую добавлено несколько процентов тонкоизмельченного металлического порошка. В процессе работы частицы металла оседают на трущиеся поверхности и защищают их от износа. Чем меньше зазор между поверхностями, тем мельче должны быть частицы металла в смазке. Возникает техническое противоречие: чем мельче частицы металла, тем лучше смазка, но тем труднее ее приготовить.
    Как бы поступили мы с вами? Прежде всего, представили бы себе идеальный конечный результат (ИКР), то есть ответили бы на вопрос: что хотелось бы получить в самом идеальном случае? ИКР — фантазия, мечта. ИКР недостижим. Но он прокладывает путь к решению.
    Каков идеальный конечный результат для задачи о смазке? Ответить нетрудно: идеально было бы измельчить частицы металла до предела, до отдельных атомов. Предлагается, как видите, парадоксальная подсказка: «Трудно получать мелкие частицы металла? Значит, будем получать сверх-сверх-сверхмелкие частицы — это намного легче.
    Для следующего шага уже нужна химия.
   Масло  с  крупными  частицами  металла  —  это  механическая  взвесь.  Если раздробить частицы металла, получим коллоидный раствор. Наконец, если измельчить металл до атомов или ионов, получится истинный раствор. Теперь можно уточнить ИКР: идеально было бы иметь раствор металла в масле, то есть масло, а в нем отдельные атомы металла.
    К сожалению, такой ИКР недостижим. Еще алхимики знали: подобное растворяется в подобном. Масло — вещество органическое, в нем хорошо растворяются органические вещества. А металлы, увы, не принадлежат к органическим веществам. На пути к ИКР возникает физическое противоречие: атомы металла должны быть растворены в масле (надо стремиться к ИКР!) — и не должны быть растворены (нельзя нарушать законы химии!). Отступим чуть-чуть от ИКР: пусть в масле будут растворены не атомы, а молекулы, содержащие металл. Мы использовали уже знакомый вам прием «сделать чуть меньше требуемого»: не удается измельчить вещество до атомов, ладно, пусть частицы вещества будут чуть крупнее — не атомы, а молекулы. И противоречие сразу исчезает. В масле нет атомов металла (есть молекулы) — и в масле есть атомы металла (они входят в молекулы, «спрятаны» в них).
     Остается решить один вопрос: какие именно молекулы взять? Тут единственная и очевидная возможность. Молекулы должны содержать металл и должны быть органическими. Следовательно, нужно взять металлоорганическое соединение. Оно легко растворится в масле (органическое вещество легко растворяется в органическом веществе) и будет содержать атомы металла.
     Чтобы решить задачу, пришлось использовать несколько простых приемов (ИКР, физическое противоречие, прием «сделать чуть меньше требуемого») и одно очень простое правило из химии (подобное растворяется в подобном). Правда, задача еще не решена до конца. Молекулы металлоорганического вещества содержат атомы металла, но ведь нам нужно, чтобы атомы металла были не в соединении, а отдельно... Тут снова придется вспомнить химию. Чтобы атом металла выделился из молекулы, молекулу нужно разложить. Как это сделать? На уроках химии вы ставили такие опыты: нагревали вещество и при определенной температуре оно разлагалось. Масло в процессе работы нагревается от трения. Если мы возьмем металлоорганическое вещество, разлагающееся при повышении температуры, задача будет полностью решена.
     А теперь посмотрим, как решалась эта задача на самом деле.
    Инженер сначала искал решение методом проб и ошибок. Он пробовал самые различные способы измельчения металлов, ставил опыты, пытался найти решение в литературе... Шли годы, и вот однажды в книжном магазине инженер услышал, как кто-то из покупателей попросил продавца дать ему справочник по металлоорганическим соединениям. Инженер задумался. Металлоорганические вещества включают металл — раз; они — органические вещества, значит, растворяются в масле — два... Но ведь именно такое сочетание и требуется! Инженер купил справочник, полистал его и сразу же нашел подходящее вещество — кадмиевую соль уксусной кислоты.
     В рассказах об изобретениях часто приводятся такие случаи. Они типичны при работе методом проб и ошибок. Человек ищет решение наугад и даже не догадывается, что к задаче можно подойти научно: сформулировать ИКР, определить физическое противоречие. Задача не поддается, и человек пытается использовать все, что он видит или слышит. Хорошо, что кто-то попросил в магазине справочник по металлоорганическим веществам. Если бы не эта случайная подсказка, кто знает, сколько еще лет продолжались бы поиски...
     В предыдущей главе мы сформулировали прием: «Если в какое-то вещество надо ввести добавку другого вещества, но по каким-то причинам этого нельзя сделать, следует использовать в качестве добавки имеющееся вещество, немного его изменив». Что значит «немного изменив»? Изменения могут быть физические: нагреть, охладить, взять вещество в другом агрегатном состоянии и т. д. И химические: взять вещество не в чистом виде, а в виде соединения, из которого оно может выделиться, или, наоборот, взять простое вещество, а потом, когда оно сыграет свою роль, перевести его в химическое соединение.
     Приведу еще один интересный пример использования этого приема. Кристаллы окиси алюминия выращивают из очень чистого расплава. Нельзя даже плавить окись алюминия в платиновом тигле: в расплав могут попасть атомы платины. В сущности, это изобретательская задача с четким физическим противоречием: сосуд должен быть, чтобы расплав не разлился, и сосуда не должно быть, чтобы расплав не загрязнился. Придется плавить окись алюминия в... окиси алюминия.
     Возьмем любой сосуд, наполненный окисью алюминия, и будем нагревать окись так, чтобы расплавилась только центральная часть. Получится расплав окиси алюминия в «тигле» из твердой окиси алюминия. Для нагрева надо использовать электромагнитную индукцию: источник энергии при этом не соприкасается с нагреваемым веществом.
     Все прекрасно, но твердая окись алюминия — диэлектрик, она не проводит электрический ток. Значит, нет и электромагнитной индукции. Правда, расплавленная окись — проводник. Но для плавления нужен нагрев, а нагрева не будет, поскольку твердая окись — диэлектрик...
     С задачами так бывает часто: осилишь одно противоречие, возникает другое, третье... Как в беге с препятствиями — преодолел один барьер, а за ним еще барьер и еще...
     Итак, физическое противоречие: в окись алюминия необходимо добавить кусочки металла, чтобы возникала электромагнитная индукция,— и нельзя добавлять кусочки металла, потому что загрязнение окиси недопустимо. Изобретение, позволившее преодолеть это противоречие, оказалось удивительно простым. В окись алюминия перед началом плавки вводят кусочки алюминия. Алюминий хорошо проводит электрический ток, поэтому под действием индукции он быстро нагревается сам и нагревает окись алюминия — она начинает плавиться. Теперь алюминий не нужен, расплавленная окись сама проводит ток. И алюминий исчезает: при высокой температуре он просто-напросто сгорает, превращаясь в окись алюминия. А окись, естественно, не загрязняет окиси...