© Альтшуллер Г.С., "Техника и наука", 1981, №2. – C.17-18
ФИЗЭФФЕКТЫ - ИНСТРУМЕНТЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ТВОРЧЕСТВА

ФЕПОЛИ МОГУТ ВСЕ

2.1. ВВЕДЕНИЕ

2.1.1. Задача о том, как оригинальное сделать еще более оригинальным. Если испачканную масляной краской кисть положить в воду, на ее поверхности вскоре образуется тончайшая пленка с причудливыми узорами. Пленка легко пристает к цементу, металлу, дереву. Можно закрепить рисунок на материале, подсушив его и покрыв прозрачной мастикой (а. с. № 282127). Оригинальный способ, не правда ли? А теперь вопрос: как его усовершенствовать?

Не спешите читать дальше. Поищите решение. Предложите задачу своим коллегам, не знающим ТРИЗ. Скорее всего, вы услышите: "Кто же так ставит задачу? Ведь не указано, что плохо и что надо улучшить..."

2.1.2. С позиций ТРИЗ все предельно просто: в системе нет управляемых элементов, следовательно, такие элементы надо ввести, чтобы управлять "узорообразованием". Читатели "ТиН" уже знакомы со стандартным приемом: в вещество - постоянно или на время - добавляют ферромагнитные частицы и управляют поведением вещества с помощью магнитного поля.

2.1.3. В вепольной форме подобные системы выглядят так:

Магнитное поле Пм действует на ферромагнитные частицы В2, управляющие веществом В1. Иногда действие осуществляется через внешнюю среду В3.

В статьях о ТРИЗ, помещенных в "ТиН", упоминалось, что такие системы получили название феполей, приводились примеры. Теперь мы продолжим знакомство с феполями и посмотрим, на что они способны.

2.1.4. На феполях хорошо видна суть современного подхода к проблеме использования физэффектов при решении новых технических задач. Раньше предполагалось, что достаточно иметь перечень физэффектов. Попытки организовать практически пригодный "банк физэффектов" не прекращаются и по сей день. Но ключи к трудным задачам - не физэффекты "в чистом виде", а сложные сочетания эффектов,
приемов и технических хитростей. Для решения трудных задач нужен "банк физструктур", т. е. систем, овеществляющих ту или иную группу эффектов. Типичным примером является феполь, имеющий самые различные конкретные воплощения и позволяющий использовать не только физэффекты и комбинационные приемы, но и целый "букет" физических свойств разных веществ. В физике сложились традиционные разделы: механика, теплота и т. д. Поэтому "привязка" эффектов к структурам может показаться странной. Но, решая задачу, инженер не знает, в каком из традиционных разделов искать нужный эффект. Удобнее, когда эффекты "привязаны" к структурам, имеющим определенный спектр функций.

2.2. ПЕРЕМЕЩЕНИЕ - ГЛАВНАЯ СПЕЦИАЛЬНОСТЬ ФЕПОЛЕЙ

2.2.1. Феполи весьма разнообразны. Объясняется это тем, что каждый элемент, входящий в общую формулу феполя, может иметь множество разных значений. Так, частицы В2 могут отличаться по размерам, форме, материалу, расположению и т. д. В3 - по составу, агрегатному состоянию, способу взаимодействия с В2. Изделие В1 вообще может быть любым, тут мыслимы бесчисленные варианты. Но при всей многоликости феполей действие В2 (или сочетания В2 и В3) на изделие В1 почти всегда включает перемещение. Простейший пример: для транспортировки немагнитных деталей в них засыпают ферромагнитный порошок (а. с. 751778).

2.2.2. Оригинальнее идея в а. с. 535258: для декоративной отделки глиняных изделий, поверхность обрабатывают смесью феррозерен и красителя; с помощью феррозерен краситель буквально вгоняют в изделие, после чего зерна извлекают магнитным полем. Такое же решение реализовано недавно в Японии для безводной и непрерывной окраски тканей. Поскольку ткань - более деликатный материал, чем глина, японцы применяют не зерна, а мелкий порошок. Постепенное уменьшение частиц - одна из главных тенденций в развитии фепольных систем. Если раздробить феррочастицы до десятой части диаметра хлопкового волокна, можно на время омагнитить хлопок и резко упростить процессы прядения и ткачества.

2.2.3. Одно из самых остроумных применений феррочастиц для передвижения предложено В. X. Подойницыным и В. В. Подойницыным (а. с. 234862). Рисунок для мультипликационного фильма делается из омагниченных нитей, что позволяет легко менять его контур и легко перемещать по планшету. Здесь та же простая физика ("Феррочастицы тащат то, что к ним прицеплено"), но сначала надо было додуматься отделить линии от бумаги; кусочки краски, составляющие линию, всегда мыслились "вросшими" в бумагу...

2.2.4. Обратное применение: сделать подвижное неподвижным. В защитное порошкообразное покрытие, применяемое при сварке, добавлены феррочастицы. В магнитном поле такой порошок не улетает даже при ветре в 8 баллов.

2.2.5. Особый случай передвижения - ориентирование: изделия остаются на месте, но поворачиваются. При изготовлении шлифовального инструмента надо расположить алмазные зерна, имеющие форму пирамидки, вершиной вверх. Для этого наносят на зерна тонкий слой феррочастиц (патент Франции 2299122). Другой пример: ориентация отрезков проволоки при изготовлении сталеиглобетона (а. с. 464449, 647425, 718268). При изготовлении древесностружечных плит можно ориентировать стружку, перемешав ее с ферропорошком (а. с. 307912).

2.3. ВСЕ, ЧТО СВЯЗАНО С ДВИЖЕНИЕМ

2.3.1. Феполи можно эффективно применять и в тех чрезвычайно многообразных случаях, когда перемещение нужно не само по себе, а для выполнения того или иного вторичного действия. А. с. 647343 предлагает использовать поток феррочастиц вместо охлаждающей жидкости. В а. с. 256634 и 329333 ферропорошок управляет движением потока жидкости или газа, выполняя функции клапана. По а. с. 156133 и 319325 феррочастицы пропускают поток газа, работая как фильтр.

2.3.2. Многие технические решения основаны на способности феполей, передвигаясь, смешивать сыпучие и жидкие материалы. Примеры найдите в а. с. 220094, 261372, 373032, 546648, 624903 и др.

2.3.3. Если в один из компонентов смеси заранее ввести феррочастицы, можно легко осуществить разделение смеси (а. с. 430888).

Типичная фепольная система. В классификаторе сыпучих материалов нужно постоянно очищать сита, расположенные над бункерами. В а. с. 716631 предложено ввести внутрь классификатора феррошарики и приводить их в колебательное движение электромагнитами. Шарики не дают материалу зависать на ситах.

2.4. ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТЕЙ

2.4.1. Феррочастицы, передвигаясь, способны шлифовать и полировать поверхность изделий (патент Франции 1499276).

2.4.2. Если магнитное поле достаточно сильно, феррочастицы очищают поверхность от окалины (а. с. 333993) или накипи (а. с. 625124).

2.4.3. Разогнав феррочастицы еще сильнее, можно "обкатывать" различные зерна. Пример: способ овализации хрупких зернистых материалов (а. с. 319460).

2.4.4. Обратное применение: феррочастицы облепляют намагниченную деталь, например задвижку, защищая ее поверхность от абразивного действия внешней среды (а. с. 529327).

2.5. СОЗДАНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ, ДЕФОРМАЦИЙ, ДРОБЛЕНИЕ

2.5.1. Введя феррочастицы внутрь изделия, можно управлять напряжениями и деформацией. Простейшие примеры: ферропорошок внутри пластмассовой модели при изучении поведения детали (а. с. 263240) и ферронаполнитель при гибке труб (а. с. 523742).

2.5.2. Разумеется, деформировать изделия можно и действуя снаружи (ферропорошковый способ бесфильерного волочения проволоки по а. с. 499912).

2.5.3. Феррочастицы, колеблющиеся или вращающиеся в магнитном поле, используют для дробления мелких подвижных объектов- зерен, частиц, капель и т. п. (а. с. 387570, 413170 и др.).

2.5.4. Обратное применение: феррочастицы, введенные в различные материалы, существенно повышают их прочность. Примеры: а. с. 294928 и 503982 (ферроцемент для изготовления свай), 157656 (состав для крепления наполняющих колонок штампов).

2.6. МАШИНЫ ИЗ ФЕРРОЧАСТИЦ?

2.6.1. Пока из феррочастиц делают лишь отдельные части машин и механизмов. Так, в а. с. 654754 описан безызносный наголовник для забивки свай. Рабочая часть этого наголовника напоминает опрокинутую бочку, заполненную феррочастицами. Из феррочастиц изготавливают и литейные формы, рассыпающиеся после затвердения металла.

2.6.2. Уже сейчас некоторые простейшие машины и механизмы могут быть сделаны почти целиком из феррочастиц. Вероятно, количество устройств, способных рассыпаться и возникать вновь (если надо, в другом виде), будет увеличиваться. Современная НТР неуклонно уменьшает сроки жизни машин: моральное старение наступает все быстрее и быстрее. Не исключено, что уже в ближайшие десятилетия на первый план выдвинутся новые требования ко всем машинам и механизмам: способность совершенствоваться на ходу...

2.7. ФЕПОЛИ В ЗАДАЧАХ НА ОБНАРУЖЕНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ

2.7.1. Феррочастицы подвижны и несут с собой магнитное поле. Отсюда традиционное применение феполей - индикация труднообнаруживаемых объектов. В ряде стран феррочастицами метят взрывчатые вещества. Это позволяет, в частности, отыскивать невзорвавшиеся заряды при горнопроходческих работах.

2.7.2. Использование феррочастиц при измерениях основано на изменении магнитного поля в зависимости от изменения условий, в которых находятся феррочастицы. Так, по а. с. 239633 о степени затвердевания полимерных составов судят по изменению их магнитной проницаемости (при условии, конечно, если в состав предварительно введен магнитный порошок).

2.8. ЧЕРЕЗ ТОЧКУ КЮРИ

2.8.1. Возможности применения феполей в задачах на обнаружение и измерение значительно расширяются, если использовать переход феррочастиц через точку Кюри. По а. с. 307283 для определения тепловых свойств аппаратов с мелкодисперсной твердой фазой вводят феррочастицы и определяют, где и когда происходит исчезновение магнитных свойств. В а. с. № 607594 предложено метить различные материалы феррочастицами с различной точкой Кюри.

2.9. РАЗБОР ТИПИЧНОЙ ЗАДАЧИ

2.9.1. В "ТиН", 1980, № 5, была поставлена задача 14: как вылавливать крупинки глины, применяемые для очистки сточных вод? Приятно отметить, что почти все полученные редакцией ответы оказались правильными. Дана типичная задача на передвижение мелких объектов, следовательно, надо заранее ввести в эти объекты феррочастицы и управлять движением с помощью магнитного поля (а. с. 350758). Наиболее обоснованные ответы прислали А. Мартынов (Курган), М. Овсянников (Москва), Е. Чагарова (Днепропетровск), А. Лихачев (Орел), группа из Набережных Челнов (рук. И. Калугин) и участники семинара по ТРИЗ в Минске (рук. В. Цуриков).

2.10.ЗАДАЧИ

2.10.1. В а. с. 305445 описан способ получения киноэффекта: "...с целью расширения творческих возможностей смешивают химически активные разнородные вещества, окрашенные в разные цвета, например йодную настойку с дихлорэтаном, и характерную картину, полученную при контакте этих веществ, фотографируют". Могли бы вы улучшить этот способ?

2.10.2. В стенки эластичной надувной оболочки введены феррочастицы. Какое применение может найти такая оболочка?

ТАБЛИЦА ВОЗМОЖНЫХ ПРИМЕНЕНИЙ ФЕПОЛЕЙ

Г. АЛЬТШУЛЛЕР