Vecais Džans visu savu karjeru pavadīja Aviācijas un kosmosa materiālu institūtā. Pirms aiziešanas pensijā viņa iecienītākā nodarbe bija vest mācekļus uz noliktavu, lai identificētu materiālus. Viņš atskrūvēja necilu baltu plastmasas spaini, ar paraugu karoti pasmēla pilnu karoti smalka, krēmīgi balta pulvera un uzmanīgi iemeta to gaismā. Putekļi lēnām nosēdās gaismas starā, maigi mirdzot. "Nenovērtējiet par zemu šo balto pulveri," Vecais Džans vienmēr teica, samiedzot acis. "Tas, vai lidmašīnas un raķetes, ko mēs būvējam, var izturēt debesu elementus, dažreiz ir atkarīgs no šo "miltu" spējām."
Viņš atsaucās uz "balto pulveri".alumīnija oksīda pulverisTas izklausās ikdienišķi — vai tas nav vienkārši attīrīts no boksīta? Taču alumīnija oksīda pulveris, ko izmanto kosmosa nozarē, pilnībā atšķiras no parastā rūpnieciskās kvalitātes alumīnija oksīda. Tā tīrība ir gandrīz četri deviņi aiz komata; tā daļiņu izmērs tiek mērīts nanometros un mikrometros; tā morfoloģija — vai tā būtu sfēras, pārslas vai adatas — ir rūpīgi pārdomāta. Lao Džana vārdiem runājot: “Šis ir lielisks pārtikas produkts, kas 'papildina kalciju' valsts smagajai tehnikai.”
Runājot par to, ko šīs vielas var paveikt aviācijas un kosmosa jomā, tām ir neskaitāmi daudz pielietojumu. Sāksim ar vissarežģītāko — lidmašīnu “bruņošanu”. Kādas ir lielākās bailes no visa, kas lido debesīs, neatkarīgi no tā, vai tā ir civilā lidmašīna vai militārais iznīcinātājs? Ārkārtīgi augsta temperatūra un nodilums. Dzinēja turbīnu lāpstiņas griežas lielā ātrumā izplūdes gāzēs tūkstošiem grādu pēc Celsija; parastie metāli jau sen mīkstinātu un izkustu. Ko darīt? Inženieri nāca klajā ar izcilu risinājumu: pārklāt lāpstiņu virsmu ar īpašu keramikas pārklājumu. Šī pārklājuma galvenais konstrukcijas materiāls bieži vien ir alumīnija oksīda pulveris.
Kāpēc to izvēlēties? Pirmkārt, tas ir karstumizturīgs, tā kušanas temperatūra pārsniedz 2000 grādus pēc Celsija, padarot to par lielisku “siltumizolācijas tērpu”. Otrkārt, tas ir ciets un nodilumizturīgs, aizsargājot lāpstiņas no putekļu daļiņu erozijas lielātruma gaisa plūsmā. Vēl labāk, pielāgojot alumīnija oksīda pulvera daļiņu izmēru un pievienojot citus elementus, var kontrolēt pārklājuma porainību, izturību un saķeri ar metāla substrātu. Kā jokojot teica kāds pieredzējis darbnīcas strādnieks: “Tas ir kā uzklāt augstas kvalitātes keramikas saules aizsargkrēma slāni uz turbīnu lāpstiņām — tas ir gan aizsargājošs pret sauli, gan izturīgs pret skrāpējumiem.” Cik svarīgs ir šis “saules aizsargkrēms”? Tas ļauj turbīnu lāpstiņām darboties augstākā temperatūrā, un ik pēc desmitiem grādu, palielinoties dzinēja temperatūrai, ievērojami palielinās vilces spēks, bet samazinās degvielas patēriņš. Lidmašīnām, kas nolido desmitiem tūkstošu kilometru, degvielas ietaupījums un veiktspējas uzlabojumi ir astronomiski. Ja siltumizolācijas pārklājums ir “ārējais pielietojums”, tad alumīnija oksīda pulvera loma kompozītmateriālos ir “iekšējais papildinājums”.
Mūsdienu lidmašīnās, satelītos un raķetēs plaši tiek izmantoti kompozītmateriāli, lai samazinātu svaru. Tomēr šiem uz sveķu bāzes veidotajiem kompozītmateriāliem ir viens trūkums — tie nav nodilumizturīgi, jutīgi pret augstām temperatūrām un tiem trūkst pietiekamas cietības. Gudri materiālu zinātnieki ir iekļāvuši alumīnija oksīda pulveri, īpaši nanoizmēra daļiņas.alumīnija oksīda pulveris, vienmērīgi sveķos, līdzīgi kā mīcot mīklu. Šai iekļaušanai ir ievērojama ietekme: materiāla cietība, nodilumizturība, karstumizturība un pat izmēru stabilitāte ievērojami uzlabojas.
Piemēram, lidmašīnu kabīnes grīdām, noteiktām iekšējām detaļām un pat dažām nesošajām konstrukcijas daļām tiek izmantots šis ar alumīnija oksīdu pastiprinātais kompozītmateriāls. Tas ne tikai padara tās vieglākas un izturīgākas, bet arī efektīvi aizkavē lūšanu, ievērojami uzlabojot drošību. Arī satelītu precīzijas instrumentu balsti, kuriem ekstremālos temperatūras ciklos nepieciešamas minimālas izmēru izmaiņas, ir daudz parādā šim materiālam. Tas ir kā skeleta "ievadīšana" elastīgā plastmasā, piešķirot tai gan izturību, gan elastību.
Alumīnija oksīda pulverim piemīt arī “slēpta prasme”, kas ir izšķiroša kosmosa jomā — tas ir lielisks siltumizolācijas un ablācijas izturīgs materiāls.
Kad kosmosa kuģis atgriežas atmosfērā no kosmosa, tas ir kā iekrist tūkstošiem grādu plazmas krāsnī. Atgriešanās kapsulas ārējam apvalkam jābūt ar karstumizturīgu slāni, kas "upurējas sabiedrības labā". Alumīnija oksīda pulverim ir būtiska loma daudzu karstumizturīgu materiālu formulēšanā. Apvienojumā ar citiem materiāliem tas veido cietu, porainu un ļoti izolējošu keramikas slāni uz virsmas. Šis slānis augstā temperatūrā lēnām nodilst, aizvadot siltumu un uzturot kabīnes temperatūru astronautu izdzīvošanas diapazonā, pateicoties tā paša patēriņam. "Katru reizi, kad redzu atgriešanās kapsulu veiksmīgi nolaižamies un ārējais karstumizturīgā materiāla slānis ir apdedzis melns, es domāju par tām alumīnija oksīda formulām, kuras mēs atkārtoti pilnveidojām," atzīmēja vecākais inženieris, kas atbild par karstumizturīgiem materiāliem. "Tā sadega, bet tās misija tika pilnībā izpildīta."
Papildus šiem “pirmās skatuves” nopietnajiem pielietojumiem,alumīnija oksīda pulverisir tikpat neaizstājama “aizkulisēs”. Piemēram, ražojot precīzus komponentus lidmašīnām un raķetēm, daudzi augstas stiprības sakausējumi ir jāapķēpina. Ķīmijas laikā pulvermetalurģijas detaļas ir jāatbalsta augstas temperatūras krāsnī, izmantojot īpašas “starplikas” vai “apdedzināšanas plāksnes”. Šīm plāksnēm jābūt karstumizturīgām, nedeformējamām un tām nevajadzētu pielipt pie izstrādājuma. Apdedzināšanas plāksnes, kas izgatavotas no augstas tīrības pakāpes alumīnija oksīda keramikas, kļūst par ideālu izvēli. Turklāt dažu īpaši precīzu detaļu slīpēšanas un pulēšanas procesos īpaši augstas tīrības pakāpes alumīnija oksīda mikropulveris ir drošs un efektīvs pulēšanas līdzeklis.
Protams, tik vērtīgu materiālu nevar izmantot pavirši. Vai tīrība ir pietiekama? Vai daļiņu izmēru sadalījums ir vienmērīgs? Vai ir kāda aglomerācija? Vai disperģējamība ir laba? Katrs rādītājs ietekmē gala produkta veiktspēju. Aviācijas un kosmosa jomā pat mazākā kļūda var izraisīt postošas sekas. Tāpēc, sākot no izejvielu izvēles un apstrādes modificēšanas līdz pielietošanas metodēm, katrs solis ir pakļauts stingriem, gandrīz prasīgiem kontroles standartiem.
Stāvot modernā lidmašīnu montāžas rūpnīcā un lūkojoties uz modernizēto fizelāžu, kas auksti mirdz gaismā, jūs saprotat, ka šī sarežģītā sistēma, kas paceļas debesīs, ir neskaitāmu šķietami parastu materiālu, piemēram, alumīnija pulvera, rezultāts, katrs no kuriem pilnībā pilda savu lomu. Tas neveido galveno karkasu, tomēr tas stiprina konstrukciju; tas nenodrošina milzīgu jaudu, tomēr tas aizsargā dzinējsistēmas kodolu; tas tieši nenosaka kursu, tomēr tas nodrošina lidojuma drošību.
No augstas temperatūras izturīgiem pārklājumiem līdz pastiprinātiem kompozītmateriāliem un pat pašaizliedzīgiem karstumizturīgiem slāņiem, pielietošanaalumīnija oksīda pulverisKosmosa un kosmosa jomā nepārtraukti tiek virzīta uz vieglākiem, izturīgākiem un pret ekstremāliem apstākļiem izturīgākiem alumīnija oksīda materiāliem. Nākotnē, attīstoties alumīnija oksīda materiāliem ar augstāku tīrības pakāpi un unikālākām morfoloģijām (piemēram, nanovadiem un nanoslānām), tiem varētu būt negaidīta loma siltuma pārvaldībā, elektronisko ierīču siltuma izkliedē un pat ražošanā uz vietas kosmosā.
Šis baltais pulveris, kluss un stabils, satur milzīgu enerģiju, kas atbalsta cilvēces debesu izpēti. Tas mums atgādina, ka ceļojumā uz zvaigznēm mums ir nepieciešamas ne tikai grandiozas vīzijas un straujš spēks, bet arī šie klusie un nelokāmie "neredzamie spārni", kas maksimāli palielina pamatmateriālu veiktspēju. Nākamreiz, kad paskatīsieties uz lidmašīnu, kas planē virs galvas, vai vērosiet krāšņo raķetes palaišanas skatu, jūs, iespējams, atcerēsities, ka šajā tērauda un kompozītmateriālu ķermenī mīt tāds "baltais gars", kas klusībā sargā katra lidojuma drošību un izcilību.