Stari Zhang je cijelu svoju karijeru proveo u Institutu za vazduhoplovne materijale. Prije penzionisanja, njegova omiljena zabava bila je vođenje svojih šegrta u skladište kako bi identificirali materijale. Odvrnuo je neupadljivu bijelu plastičnu kantu, kašikom za uzorkovanje zagrabio kašiku finog, kremastog bijelog praha i nježno ga bacio pod svjetlo. Prašina se polako slegala u snopu svjetlosti, blago svjetlucajući. „Ne podcjenjujte ovaj bijeli prah“, uvijek je govorio Stari Zhang, žmireći. „Da li avioni i rakete koje gradimo mogu izdržati vremenske uvjete na nebu ponekad zavisi od mogućnosti ovog 'brašna'.“
"Bijeli prah" na koji je mislio bio jealuminijev prahZvuči obično - zar nije samo rafiniran iz boksita? Ali prah aluminija koji se koristi u vazduhoplovstvu potpuno se razlikuje od običnog industrijskog aluminija. Njegova čistoća je gotovo četiri devetke nakon decimale; veličina čestica se mjeri u nanometrima i mikrometrima; njegova morfologija - bilo da su u pitanju sfere, pahuljice ili iglice - pažljivo se razmatra. Lao Zhangovim riječima: „Ovo je fina hrana koja 'dopunjuje kalcij' za tešku opremu nacije.“
Što se tiče onoga što ova stvar može učiniti u vazduhoplovstvu, postoje bezbrojne primjene. Počnimo s naj"najtvrdokornijom" - davanjem "oklopa" avionima. Koji su najveći strahovi bilo čega što leti nebom, bilo da se radi o civilnom avionu ili vojnom borbenom avionu? Ekstremno visoke temperature i habanje. Lopatice turbine motora okreću se velikim brzinama u izduvnim gasovima na hiljadama stepeni Celzijusa; obični metali bi odavno omekšali i otopili. Šta učiniti? Inženjeri su smislili briljantno rješenje: premazivanje površine lopatice posebnim keramičkim premazom. Glavni strukturni materijal ovog premaza često je prah aluminija.
Zašto ga odabrati? Prvo, otporan je na toplinu, s tačkom topljenja koja prelazi 2000 stepeni Celzijusa, što ga čini odličnim "odijelom za toplinsku izolaciju". Drugo, tvrd je i otporan na habanje, štiteći lopatice od erozije čestica prašine u strujanju zraka velikom brzinom. Još bolje, podešavanjem veličine čestica aluminijevog praha i dodavanjem drugih elemenata, može se kontrolirati poroznost, žilavost i prianjanje na metalnu podlogu premaza. Kao što je jedan iskusni radioničar u šali rekao: "To je kao nanošenje sloja visokokvalitetne keramičke kreme za sunčanje na lopatice turbine - štiti od sunca i otporna je na ogrebotine." Koliko je važna ova "krema za sunčanje"? Omogućava lopaticama turbine da rade na višim temperaturama, a za svakih deset stepeni povećanja temperature motora, potisak se značajno povećava, dok se potrošnja goriva smanjuje. Za avione koji lete desetinama hiljada kilometara, ušteda goriva i poboljšanja performansi su astronomski. Ako je premaz termičke barijere "vanjska primjena", onda je uloga aluminijevog praha u kompozitnim materijalima "unutrašnji dodatak".
Moderni avioni, sateliti i rakete intenzivno koriste kompozitne materijale kako bi smanjili težinu. Međutim, ovi kompoziti na bazi smole imaju slabost - nisu otporni na habanje, osjetljivi su na visoke temperature i nemaju dovoljnu tvrdoću. Pametni naučnici za materijale uključili su prah aluminijevog oksida, posebno nano veličine...aluminijev prah, ravnomjerno u smolu, poput mijesenja tijesta. Ovo uključivanje ima izvanredne efekte: tvrdoća materijala, otpornost na habanje, otpornost na toplinu, pa čak i dimenzionalna stabilnost se dramatično poboljšavaju.
Na primjer, podovi kabina aviona, određene komponente unutrašnjosti, pa čak i neki nenoseći strukturni dijelovi koriste ovaj kompozitni materijal ojačan aluminijevim oksidom. To ih ne samo čini lakšim i jačim, već i efikasno usporava, značajno poboljšavajući sigurnost. Precizni nosači instrumenata na satelitima, koji zahtijevaju minimalne promjene dimenzija pod ekstremnim temperaturnim ciklusima, također mnogo duguju ovom materijalu. To je kao "ubrizgavanje" kostura u fleksibilnu plastiku, dajući mu i čvrstoću i fleksibilnost.
Prah aluminijevog oksida također ima „skrivenu vještinu“, ključnu u vazduhoplovnoj oblasti – odličan je materijal za toplotnu izolaciju i otpornost na ablaciju.
Kada se svemirska letjelica ponovo uđe u atmosferu iz svemira, to je kao da pada u plazma peć od hiljada stepeni. Vanjski omotač kapsule za ponovni ulazak mora imati sloj otporan na toplinu koji se "žrtvuje za veće dobro". Aluminijski prah igra vitalnu ulogu u formulaciji mnogih materijala otpornih na toplinu. Kada se kombinuje s drugim materijalima, formira tvrdi, porozni i visoko izolirajući keramički sloj na površini. Ovaj sloj se polako ablira na visokim temperaturama, odvodeći toplinu i održavajući temperaturu kabine unutar raspona preživljavanja za astronaute kroz vlastitu potrošnju. "Svaki put kada vidim da se kapsula za povratak uspješno sleti, a vanjski sloj materijala otpornog na toplinu je ugljenisan crno, pomislim na one formule na bazi aluminijevog oksida koje smo više puta usavršavali", primijetio je viši inženjer zadužen za materijale otporne na toplinu. "Izgorjela je, ali je njena misija bila savršeno izvršena."
Pored ovih "prvobitnih" hardcore aplikacija,aluminijev prahje podjednako neophodan „iza kulisa“. Na primjer, u proizvodnji preciznih komponenti za avione i rakete, mnoge legure visoke čvrstoće moraju se sinterovati. Tokom sinterovanja, dijelovi od metalurgije praha moraju se poduprijeti u peći na visokoj temperaturi pomoću specifičnih „podložaka“ ili „ploča za pečenje“. Ove ploče moraju biti otporne na toplinu, nedeformabilne i ne smiju se lijepiti za proizvod. Ploče za pečenje izrađene od keramike od visokočistog oksida postaju idealan izbor. Nadalje, u procesima brušenja i poliranja nekih ultrapreciznih dijelova, mikroprah od izuzetno visokočistog oksida je siguran i efikasan medij za poliranje.
Naravno, tako vrijedan materijal ne može se koristiti nepažljivo. Da li je čistoća dovoljna? Da li je raspodjela veličine čestica ujednačena? Da li postoji aglomeracija? Da li je disperzibilnost dobra? Svaki pokazatelj utiče na performanse konačnog proizvoda. U vazduhoplovnoj oblasti, čak i najmanja greška može dovesti do katastrofalnih posljedica. Stoga, od odabira sirovine i modifikacije obrade do tehnika primjene, svaki korak podliježe strogim, gotovo zahtjevnim, standardima kontrole.
Stojeći u modernoj fabrici za montažu aviona, posmatrajući aerodinamični trup koji hladno svjetluca pod svjetlima, shvatate da je ovaj složeni sistem koji lebdi nebom rezultat bezbrojnih naizgled običnih materijala poput aluminijumskog praha, od kojih svaki igra svoju ulogu u punom potencijalu. Ne čini glavni okvir, ali jača strukturu; ne pruža ogromnu snagu, ali štiti jezgro pogonskog sistema; ne određuje direktno kurs, ali osigurava sigurnost leta.
Od premaza otpornih na visoke temperature do ojačanih kompozitnih materijala, pa čak i samožrtvujućih slojeva otpornih na toplinu, primjenaaluminijev prahU vazduhoplovnoj oblasti se kontinuirano produbljuje ka lakšim, jačim i otpornijim materijalima na ekstremne uslove. U budućnosti, razvojem materijala od aluminijum oksida sa većom čistoćom i jedinstvenijim morfologijama (kao što su nanožice i nanoslojevi), mogao bi igrati neočekivane uloge u upravljanju toplotom, odvođenju toplote elektronskih uređaja, pa čak i u proizvodnji na licu mjesta u svemiru.
Ovaj bijeli prah, tih i stabilan, sadrži ogromnu energiju koja podržava čovječanstvo u istraživanju nebesa. Podsjeća nas da nam na putovanju do zvijezda nisu potrebne samo grandiozne vizije i nevjerovatna snaga, već i ova tiha i postojana „nevidljiva krila“ koja maksimiziraju performanse osnovnih materijala. Sljedeći put kada pogledate avion koji leti iznad glave ili gledate veličanstveni spektakl lansiranja rakete, možda ćete se sjetiti da unutar tog tijela od čelika i kompozitnih materijala postoji takav „bijeli duh“, koji tiho čuva sigurnost i izvrsnost svakog leta.