Runājot par kosmosu, prātā varētu nākt jaudīgas raķetes, planējoši iznīcinātāji vai astronauti, kas dodas kosmosā. Taču jūs, iespējams, neapzināties, ka aiz šī modernā aprīkojuma neaizstājama loma ir nelielam brūnam pulverim –brūns kausēts alumīnija oksīdsmikropulveris. Nosaukums varētu šķist nedaudz pieticīgs, taču to nevajadzētu novērtēt par zemu. Brūnais kausētais alumīnija oksīds patiesībā ir tā veids, ko mēs parasti saucam par "smirģeli", kura cietība ir otrajā vietā aiz dimanta, bet par daudz pieejamāku cenu. Agrāk to galvenokārt izmantoja metālu slīpēšanai uz slīpripām un smilšpapīra, kalpojot par darba zirgu rūpniecībā. Taču šis vienkāršais un nepretenciozais materiāls tagad sniedz ievērojamu ieguldījumu kosmosa "augsto tehnoloģiju" posmā.
Lieliska pārtapšana no “Grindstone” par “Aizsargvairogu”
Aviācijas un kosmosa materiālu prioritāte ir “vieglums” un “izturība”. Spārniem jābūt viegliem, lai lidotu augstāk un tālāk; fizelāžai jābūt izturīgai, lai izturētu ārkārtēju aukstumu lielā augstumā, intensīvu berzi, pārraujot skaņas barjeru, un šausminoši augsto temperatūru dzinēja iekšpusē. Tas izvirza stingras prasības materiāla virsmai. Šeit ir...brūns kausēts alumīnija oksīda mikropulverisnāk iekšā. Inženieri atklāja, ka, izmantojot ātrgaitas izsmidzināšanas tehnoloģiju, lai "aukstā metināšanā" piestiprinātu šo mikropulveri pie kritiski svarīgām detaļām, piemēram, turbīnu lāpstiņām un sadegšanas kameras sienām, tie varētu izveidot "keramikas bruņas", kas ir plānākas par nagu, bet ārkārtīgi izturīgas. Neskatoties uz savu plānumu, šis aizsargslānis vairākas reizes pagarina lāpstiņu kalpošanas laiku 1600 grādu pēc Celsija augstas temperatūras gāzes ietekmē. "Tas ir kā piešķirt dzinēja sirdij "ložu necaurlaidīgu vesti"," skaidroja pieredzējis inženieris, kurš divdesmit gadus strādājis dzinēju rūpnīcā. "Iepriekš lāpstiņas bija jānomaina pēc noteikta lietošanas perioda, bet tagad tās var kalpot daudz ilgāk, dabiski uzlabojot lidmašīnas uzticamību un ekonomisko efektivitāti."
Visuresoši pielietojumi no debesīm līdz zemei
Brūna kausēta alumīnija oksīda mikropulvera iespējas sniedzas daudz tālāk par tikai dzinējiem.
Sāksim ar lidmašīnām. Mūsdienu pasažieru lidmašīnas un iznīcinātāji plaši izmanto kompozītmateriālus, piemēram, oglekļa šķiedru. Šis materiāls ir gan viegls, gan izturīgs, taču tam ir trūkums: vietas, kur dažādi materiāli ir savienoti kopā, ir pakļautas delaminācijai. Risinājums? Pirms līmēšanas savienojuma virsmas tiek “padarītas raupjas”, izmantojot augstspiediena gaisa abrazīvu suspensiju, kas satur brūnu kausēta alumīnija oksīda mikropulveri. Tā nav tikai vienkārša raupšana; tā mikroskopiskā līmenī rada neskaitāmus enkura punktus, ļaujot līmei stingrāk “saķerties”. Šī apstrāde uzlabo spārna un fizelāžas savienojuma noguruma izturību par vairāk nekā 30%.
Tagad padomājiet par kosmosu. Kad raķetes šķērso atmosfēru, deguna konuss un spārnu priekšējās malas tiek pakļautas "ugunīgas iznīcināšanas" pārbaudījumam. Šeit brūns kausēta alumīnija oksīda mikropulveris savu vērtību pierāda citā veidā – to izmanto kā serdes pastiprinošu daļiņu antioksidācijas pārklājumu sagatavošanā. Pievienojot to īpašiem keramikas pārklājumiem un izsmidzinot uz karstumizturīgu komponentu virsmas, šī plēve augstās temperatūrās veido blīvu oksīda slāni, efektīvi bloķējot turpmāku skābekļa iekļūšanu un aizsargājot iekšējos materiālus no ablācijas. Bez tā daudzi kosmosa kuģi, kas atgriežas atmosfērā, visticamāk, būtu "neatpazīstami".
Tās klātbūtni var atrast pat satelītos un kosmosa stacijās. Dažu precīzijas instrumentu gultņiem un kustīgajām daļām ir jāuztur ilgstoša un uzticama darbība vakuumā un ārkārtīgi zemā kosmosa temperatūrā. Keramikas gultņiem, kas smalki pulēti ar brūnu kausēta alumīnija oksīda mikropulveri, ir ārkārtīgi zems berzes koeficients un tie gandrīz nerada nodiluma atkritumus, kļūstot par "pārliecību", kas garantē šo komponentu stabilu darbību desmit vai divdesmit gadus orbītā.
“Vecais materiāls” atbilst “jaunās gudrības” izaicinājumiem
Protams, šī “vecā materiāla” izmantošana ekstremālos kosmosa apstākļos nav tik vienkārša kā abrazīvu materiālu atvešana no rūpnīcas. Ir daudz sarežģījumu.
Lielākais izaicinājums ir “tīrība” un “vienveidība”. Brūnais kausētais alumīnija oksīda mikropulveris, kas nepieciešamskosmosa lietojumprogrammasjābūt ārkārtīgi tīram, gandrīz pilnībā brīvam no piemaisījumiem, jo jebkura nevēlama sastāvdaļa var kļūt par plaisu sākumpunktu lielas slodzes vai augstas temperatūras ietekmē. Turklāt daļiņu izmēram un formai jābūt ļoti vienādai; pretējā gadījumā pārklājumam būs vājās vietas. “Tas ir kā gatavot augstākās klases kūku; ne tikai ir nepieciešamas labākās sastāvdaļas, bet arī milti ir jāsijā ārkārtīgi smalki un vienmērīgi,” sacīja materiālu kvalitātes kontroles inženieris. “Mūsu sijāšanas un attīrīšanas process ir vēl stingrāks nekā pieczvaigžņu viesnīcas virtuves prasības.”
Turklāt šī pulvera “uzklāšana” uz detaļām ir arī sarežģīta zinātne. Pašlaik vismodernākā tehnoloģija ir virsskaņas liesmas izsmidzināšana, kas ļauj mikropulvera daļiņām iedarboties uz substrātu ar ātrumu, kas vairākas reizes pārsniedz skaņas ātrumu, kā rezultātā tiek panākta spēcīgāka saite un blīvāks pārklājums.
Debesu nākotnei ir nepieciešams šāda veida "spēks".
Attīstoties kosmosa tehnoloģijām, sasniedzot augstākas, ātrākas un tālākas robežas, prasības materiāliem kļūs tikai stingrākas. Hipersoniskas lidmašīnas, atkārtoti lietojami kosmosa kuģi, tālkosmosa zondes… šīs nākotnes zvaigznes visas ir atkarīgas no ārkārtējas aizsardzības.
Attīstībabrūns korunda mikropulverisvirzās arī uz inteliģentāku un saliktāku virzienu. Piemēram, zinātnieki mēģina to “leģēt” ar citiem elementiem vai apvienot ar jauniem materiāliem, piemēram, grafēnu. Mērķis ir ne tikai izturība pret augstu temperatūru, bet arī spēja inteliģenti noteikt bojājumus un pat pašremontēties noteiktā temperatūrā. Nākamās paaudzes aerodinamiskie dzinēji un kosmosa kuģu termiskās aizsardzības sistēmas, visticamāk, izmantos šāda veida “viedo” pastiprinātu pārklājumu.
Brūna korunda mikropulvera stāsts ir daudzu Ķīnas rūpniecisko materiālu mikrokosmoss: radies no pieticīgas izcelsmes, tomēr nepārtrauktas tehnoloģiskās pilnveidošanas rezultātā iegūstot neaizstājamu lomu. Tas varbūt nav tik žilbinošs kā titāna sakausējumi, nedz arī tik moderns kā oglekļa šķiedra, taču tieši šis klusais, aizkulišu “spēks” atbalsta cilvēces sapņus par lidošanu, izlaužoties cauri debesīm un paceļoties dziļā kosmosa tālos nostūros.
Kad mēs raugāmies zvaigžņotajās debesīs un gavilējam par katru veiksmīgu palaišanu, iespējams, mēs varam atcerēties, ka zem šī žilbinošā metāliskā mirdzuma slēpjas neskaitāmas sīkas, nelokāmas brūnas daļiņas, kas klusībā izstaro savu neaizstājamo spēku.