Стариот Жанг целата своја кариера ја поминал во Институтот за воздухопловни материјали. Пред да се пензионира, неговото омилено поминување на времето било да ги води своите ученици во магацин за да идентификуваат материјали. Одвртел скромна бела пластична кофа, со лажица за земање примероци зел една лажица фин, кремасто бел прав и нежно ја фрлил под светлината. Прашината полека се слевала во зракот светлина, нежно блескајќи. „Не го потценувајте овој бел прав“, секогаш велел Стариот Жанг, жмиркајќи ги очите. „Дали авионите и ракетите што ги градиме можат да ги издржат елементите на небото понекогаш зависи од можностите на ова „брашно““.
„Белиот прав“ на кој се осврна бешеправ од алуминиумЗвучи обично - не е ли само рафинирано од боксит? Но, правот од алуминиум оксид што се користи во воздухопловството е сосема различен од обичниот алуминиум оксид од индустриски квалитет. Неговата чистота е речиси четири деветки по децималната точка; големината на нејзините честички се мери во нанометри и микрометри; нејзината морфологија - без разлика дали се сфери, снегулки или игли - е внимателно разгледана. Според зборовите на Лао Џанг, „Ова е одлична храна што „го надополнува калциумот“ за тешката опрема на нацијата“.
Што се однесува до тоа што оваа работа може да направи во воздухопловната област, постојат безброј примени. Да почнеме со „најхардобрите“ - давање „оклоп“ на авионите. Кои се најголемите стравови од сè што лета на небото, без разлика дали е цивилен авион или воен борбен авион? Екстремно високи температури и абење. Лопатките на турбината на моторот ротираат со голема брзина во издувните гасови на илјадници степени Целзиусови; обичните метали би омекнале и би се стопиле одамна. Што да се прави? Инженерите смислија брилијантно решение: премачкување на површината на лопатката со специјален керамички слој. Главниот структурен материјал на овој слој е често прав од алумина.
Зошто да го изберете? Прво, отпорен е на топлина, со точка на топење што надминува 2000 степени Целзиусови, што го прави одличен „термоизолациски костум“. Второ, тврд е и отпорен на абење, заштитувајќи ги лопатките од ерозијата на честичките прашина при проток на воздух со голема брзина. Уште подобро, со прилагодување на големината на честичките на правот од алуминиум и додавање на други елементи, може да се контролира порозноста, цврстината и адхезијата на металната подлога на облогата. Како што шегувајќи се рече еден ветеран работник во работилницата, „Тоа е како да нанесете слој од висококвалитетна керамика крема за сончање на лопатките на турбината - таа е и заштита од сонце и отпорна на гребење“. Колку е важна оваа „крема за сончање“? Им овозможува на лопатките на турбината да работат на повисоки температури, а за секои десетици степени што температурата на моторот се зголемува, потисокот значително се зголемува, додека потрошувачката на гориво се намалува. За авиони што летаат десетици илјади километри, заштедата на гориво и подобрувањата на перформансите се астрономски. Ако термичката бариера е „надворешна примена“, тогаш улогата на правот од алуминиум во композитните материјали е „внатрешен додаток“.
Современите авиони, сателити и ракети екстензивно користат композитни материјали за намалување на тежината. Сепак, овие композити базирани на смола имаат слабост - не се отпорни на абење, подложни на високи температури и немаат доволно цврстина. Паметните научници за материјали вклучиле прав од алумина, особено нано-големини.прав од алуминиум, рамномерно во смолата, како да се меси тесто. Ова вградување има извонредни ефекти: тврдоста на материјалот, отпорноста на абење, отпорноста на топлина, па дури и димензионалната стабилност драматично се подобруваат.
На пример, подовите на кабините на авионите, одредени внатрешни компоненти, па дури и некои структурни делови што не носат товар, го користат овој композитен материјал зајакнат со алумина. Ова не само што ги прави полесни и посилни, туку и ефикасно ги забавува, значително подобрувајќи ја безбедноста. Прецизните носачи на инструменти на сателитите, кои бараат минимална промена на димензиите при екстремни температурни циклуси, исто така многу му должат на овој материјал. Тоа е како да се „вбризгува“ скелет во флексибилна пластика, давајќи му и цврстина и флексибилност.
Алумина во прав има и „скриена вештина“, клучна во воздухопловната област - тоа е одлична топлинска изолација и материјал отпорен на аблација.
Кога вселенски брод повторно ќе влезе во атмосферата од вселената, тоа е како да падне во плазма печка од илјадници степени. Надворешната обвивка на капсулата за повторно влегување мора да има слој отпорен на топлина кој „се жртвува за општото добро“. Правот од алумина игра витална улога во формулирањето на многу материјали отпорни на топлина. Кога се комбинира со други материјали, тој формира тврд, порозен и високоизолационен керамички слој на површината. Овој слој полека се аблира на високи температури, одземајќи ја топлината и одржувајќи ја температурата во кабината во рамките на опсегот на преживување за астронаутите преку сопствена потрошувачка. „Секој пат кога ќе ја видам капсулата за враќање успешно да слета, а надворешниот слој од материјал отпорен на топлина е јагленисан црн, мислам на оние формули базирани на алумина што постојано ги усовршувавме“, забележа еден виш инженер задолжен за материјали отпорни на топлина. „Изгоре, но неговата мисија беше совршено исполнета.“
Надвор од овие „предни“ хардкор апликации,прав од алуминиуме подеднакво неопходен „зад сцената“. На пример, во производството на прецизни компоненти за авиони и ракети, многу легури со висока цврстина треба да се синтеруваат. За време на синтерувањето, деловите од прашкаста металургија треба да се потпрат во печка со висока температура со употреба на специфични „подлошки“ или „плочи за печење“. Овие плочи мора да бидат отпорни на топлина, недеформливи и да не се лепат за производот. Плочите за печење направени од високочиста алумина керамика стануваат идеален избор. Понатаму, во процесите на мелење и полирање на некои ултрапрецизни делови, микроправот од алумина со екстремно висока чистота е безбеден и ефикасен медиум за полирање.
Секако, толку вреден материјал не може да се користи небрежно. Дали чистотата е доволна? Дали е униформна распределбата на големината на честичките? Дали има агломерација? Дали дисперзивноста е добра? Секој индикатор влијае на перформансите на финалниот производ. Во воздухопловната област, дури и најмалата грешка може да доведе до катастрофални последици. Затоа, од изборот на суровини и модификацијата на преработката до техниките на примена, секој чекор е предмет на ригорозни, речиси пребирливи, контролни стандарди.
Стоејќи во модерна фабрика за склопување авиони, гледајќи го аеродинамичниот труп што ладно светка под светлата, сфаќате дека овој сложен систем што се вивнува низ небото е резултат на безброј навидум обични материјали како алуминиумски прав, од кои секој ја игра својата улога со својот максимален потенцијал. Не ја формира главната рамка, но ја зајакнува структурата; не обезбедува огромна моќност, но го штити јадрото на погонскиот систем; не го одредува директно курсот, но сепак ја обезбедува безбедноста на летот.
Од премази отпорни на високи температури до зајакнати композитни материјали, па дури и саможртвувачки слоеви отпорни на топлина, примената направ од алуминиумВо воздухопловната област постојано се продлабочува кон полесни, посилни и поотпорни на екстремни средини. Во иднина, со развојот на алуминиумски материјали со поголема чистота и поуникатни морфологии (како што се наножици и нанолистови), може да игра неочекувани улоги во термичкото управување, дисипацијата на топлината на електронските уреди, па дури и производството in situ во вселената.
Овој бел прав, тивок и стабилен, содржи огромна енергија што го поддржува истражувањето на човештвото на небото. Нè потсетува дека на патувањето кон ѕвездите, ни требаат не само големи визии и зголемена моќ, туку и овие тивки и постојани „невидливи крилја“ што ги максимизираат перформансите на основните материјали. Следниот пат кога ќе погледнете во авион што се вивнува над глава или ќе го гледате величествениот спектакл на лансирање ракета, можеби ќе се сетите дека во тоа тело од челик и композитни материјали, постои таков „бел дух“, тивко чувајќи ја безбедноста и совршеноста на секој лет.