Senasis Džangas visą savo karjerą praleido Aviacijos ir kosmoso medžiagų institute. Prieš išeidamas į pensiją, jis mėgdavo vesti savo mokinius į sandėlį identifikuoti medžiagų. Jis atsukdavo kuklų baltą plastikinį kibirą, mėginių ėmimo šaukštu pasemdavo šaukštą smulkių, kreminės baltos spalvos miltelių ir švelniai pabarstydavo juos po šviesa. Dulkės lėtai nusėdo šviesos spindulyje, švelniai žėrėdamos. „Nenuvertinkite šių baltų miltelių“, – visada sakydavo senasis Džangas, primerkdamas akis. „Ar mūsų konstruojami lėktuvai ir raketos atlaikys dangaus stichijas, kartais priklauso nuo šių „miltų“ galimybių.“
„Balti milteliai“, apie kuriuos jis kalbėjo, buvoaliuminio oksido milteliaiSkamba įprastai – argi jis nėra tiesiog rafinuotas iš boksito? Tačiau aviacijos ir kosmoso pramonėje naudojami aliuminio oksido milteliai visiškai skiriasi nuo įprasto pramoninės kokybės aliuminio oksido. Jų grynumas yra beveik keturi devyni po kablelio; dalelių dydis matuojamas nanometrais ir mikrometrais; morfologija – ar tai sferos, dribsniai, ar adatos – yra kruopščiai apgalvota. Lao Zhango žodžiais tariant, „tai puikus maistas, kuris „papildo kalcį“ šalies sunkiajai technikai.“
Kalbant apie tai, ką ši medžiaga gali padaryti aviacijos ir kosmoso srityje, yra daugybė pritaikymo būdų. Pradėkime nuo „griežčiausio“ – orlaivių „šarvavimo“. Ko labiausiai bijo bet kas, kas skraido danguje, nesvarbu, ar tai civilinis lėktuvas, ar karinis naikintuvas? Itin aukšta temperatūra ir nusidėvėjimas. Variklio turbinų mentės sukasi dideliu greičiu išmetamosiose dujose, kurių temperatūra siekia tūkstančius laipsnių Celsijaus; paprasti metalai jau seniai suminkštėtų ir išsilydytų. Ką daryti? Inžinieriai sugalvojo puikų sprendimą: padengti mentės paviršių specialia keramine danga. Pagrindinė šios dangos konstrukcinė medžiaga dažnai yra aliuminio oksido milteliai.
Kodėl verta jį rinktis? Pirma, jis atsparus karščiui, lydymosi temperatūra viršija 2000 laipsnių Celsijaus, todėl tai puikus „šilumą izoliuojantis kostiumas“. Antra, jis kietas ir atsparus dilimui, apsaugantis mentes nuo dulkių dalelių erozijos dideliu greičiu tekančio oro srauto metu. Dar geriau, reguliuojant aliuminio oksido miltelių dalelių dydį ir pridedant kitų elementų, galima kontroliuoti dangos poringumą, tvirtumą ir sukibimą su metaliniu pagrindu. Kaip juokaudamas pasakė vienas patyręs dirbtuvių darbuotojas: „Tai tarsi aukštos kokybės keraminio apsaugos nuo saulės sluoksnio užtepimas ant turbinos menčių – jis apsaugo nuo saulės ir yra atsparus įbrėžimams.“ Kiek svarbus šis „apsauga nuo saulės“? Jis leidžia turbinos mentėms veikti aukštesnėje temperatūroje, o kas dešimt laipsnių, padidėjus variklio temperatūrai, žymiai padidėja trauka, o degalų sąnaudos sumažėja. Orlaiviams, kurie skrenda dešimtis tūkstančių kilometrų, degalų taupymas ir našumo pagerėjimas yra astronominiai. Jei šiluminio barjero danga yra „išorinis pritaikymas“, tai aliuminio oksido miltelių vaidmuo kompozicinėse medžiagose yra „vidinis papildas“.
Šiuolaikiniai orlaiviai, palydovai ir raketos plačiai naudoja kompozicines medžiagas svoriui sumažinti. Tačiau šie dervos pagrindo kompozitai turi trūkumą – jie nėra atsparūs dilimui, jautrūs aukštai temperatūrai ir nėra pakankamai kieti. Gudrūs medžiagų mokslininkai įtraukė aliuminio oksido miltelius, ypač nano dydžio.aliuminio oksido milteliai, tolygiai į dervą, kaip minkant tešlą. Šis įterpimas turi puikų poveikį: medžiagos kietumas, atsparumas dilimui, atsparumas karščiui ir net matmenų stabilumas labai pagerėja.
Pavyzdžiui, orlaivių kabinos grindys, tam tikri interjero komponentai ir net kai kurios nelaikančiosios konstrukcinės dalys naudoja šią aliuminio oksidu sustiprintą kompozicinę medžiagą. Tai ne tik daro juos lengvesnius ir tvirtesnius, bet ir efektyviai atsparesnius dilimui, o tai žymiai pagerina saugumą. Tikslūs palydovų prietaisų laikikliai, kuriems esant ekstremaliems temperatūros ciklams reikia minimalių matmenų pokyčių, taip pat daug skolingi šiai medžiagai. Tai tarsi skeleto „įpurškimas“ į lanksčią plastiką, suteikiant jam ir tvirtumo, ir lankstumo.
Aliuminio oksido milteliai taip pat turi „paslėptą savybę“, kuri yra labai svarbi aviacijos ir kosmoso srityje – tai puiki šilumos izoliacija ir atspari abliacijai.
Kai erdvėlaivis grįžta į atmosferą iš kosmoso, tai tarsi kritimas į tūkstančių laipsnių plazmos krosnį. Grįžtamosios kapsulės išorinis apvalkalas turi turėti karščiui atsparų sluoksnį, kuris „aukoja save dėl bendro gėrio“. Aliuminio oksido milteliai atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį daugelio karščiui atsparių medžiagų gamyboje. Sumaišyti su kitomis medžiagomis, jie sudaro kietą, porėtą ir labai izoliuojantį keraminį sluoksnį paviršiuje. Šis sluoksnis aukštoje temperatūroje lėtai skyla, nunešdamas šilumą ir palaikydamas salono temperatūrą astronautams išgyventi tinkamoje riboje. „Kiekvieną kartą, kai matau, kaip grįžtamoji kapsulė sėkmingai nusileidžia, o išorinis karščiui atsparios medžiagos sluoksnis yra apanglėjęs juodai, pagalvoju apie tas aliuminio oksido pagrindu pagamintas formules, kurias ne kartą tobulinome“, – pastebėjo vyresnysis inžinierius, atsakingas už karščiui atsparias medžiagas. „Ji sudegė, bet jos misija buvo puikiai įvykdyta.“
Be šių „pirmojo etapo“ sudėtingų programų,aliuminio oksido milteliaiyra lygiai taip pat nepakeičiamas „užkulisiuose“. Pavyzdžiui, gaminant tikslius orlaivių ir raketų komponentus, reikia sukepinti daugelį didelio stiprumo lydinių. Sukepinimo metu miltelinės metalurgijos detalės turi būti laikomos aukštos temperatūros krosnyje naudojant specialias „įdėklus“ arba „degimo plokštes“. Šios plokštės turi būti atsparios karščiui, nedeformuotis ir neprilipti prie gaminio. Idealiu pasirinkimu tampa degimo plokštės, pagamintos iš didelio grynumo aliuminio oksido keramikos. Be to, kai kurių itin tikslių detalių šlifavimo ir poliravimo procesuose itin didelio grynumo aliuminio oksido mikromilteliai yra saugi ir efektyvi poliravimo terpė.
Žinoma, tokios vertingos medžiagos negalima naudoti nerūpestingai. Ar pakankamas grynumas? Ar dalelių dydžio pasiskirstymas vienodas? Ar yra aglomeracijų? Ar geras dispersiškumas? Kiekvienas rodiklis turi įtakos galutinio produkto savybėms. Aviacijos ir kosmoso srityje net menkiausia klaida gali sukelti pražūtingų pasekmių. Todėl, pradedant žaliavų parinkimu ir apdorojimo modifikavimu, baigiant taikymo metodais, kiekvienas žingsnis yra griežtai kontroliuojamas.
Stovėdamas modernioje orlaivių surinkimo gamykloje ir žvelgdamas į aptakų fiuzeliažą, šaltai žibantį po šviesomis, supranti, kad ši sudėtinga sistema, kylanti dangumi, yra nesuskaičiuojamos daugybės, atrodytų, įprastų medžiagų, tokių kaip aliuminio oksido milteliai, rezultatas, kurių kiekviena atlieka savo vaidmenį visu pajėgumu. Ji nesudaro pagrindinio karkaso, tačiau ją sutvirtina; ji nesuteikia didžiulės galios, tačiau apsaugo varymo sistemos šerdį; ji tiesiogiai nenulemia kurso, tačiau užtikrina skrydžio saugą.
Nuo aukštai temperatūrai atsparių dangų iki sustiprintų kompozicinių medžiagų ir net savaime pasiaukojančių karščiui atsparių sluoksnių – taikymasaliuminio oksido milteliaiAviacijos ir kosmoso srityje nuolat gilinamos tendencijos link lengvesnių, tvirtesnių ir atsparesnių ekstremalioms aplinkoms medžiagų. Ateityje, kuriant didesnio grynumo ir unikalesnių morfologijų aliuminio oksido medžiagas (pvz., nanowires ir nanoslokšnius), jos gali atlikti netikėtą vaidmenį šilumos valdyme, elektroninių prietaisų šilumos išsklaidyme ir netgi vietoje gamyboje kosmose.
Šie balti milteliai, tylūs ir stabilūs, savyje talpina milžinišką energiją, kuri padeda žmonijai tyrinėti dangų. Jie primena mums, kad kelionėje į žvaigždes mums reikia ne tik didingų vizijų ir kylančios galios, bet ir šių tylių bei tvirtų „nematomų sparnų“, kurie maksimaliai padidina pagrindinių medžiagų našumą. Kitą kartą, kai pažvelgsite į virš galvos kylantį lėktuvą ar stebėsite didingą raketos paleidimo reginį, galbūt prisiminsite, kad tame plieno ir kompozicinių medžiagų korpuse slypi tokia „baltoji dvasia“, tyliai sauganti kiekvieno skrydžio saugumą ir meistriškumą.