Eile kurtis Zhang laborist mulle jälle, et abrasiivsete proovide katseandmed on alati vastuolulised. Patsutasin talle õlale ja ütlesin: „Vend, materjaliteadlastena ei saa me lihtsalt andmelehti vaadata; me peame oma käed määrima ja mõistma nende valgete sulatatud alumiiniumoksiidi mikropulbrite omadusi.“ See on tõsi; nii nagu kogenud kokk teab õiget toiduvalmistamistemperatuuri, peame meie, testijad, kõigepealt nende pealtnäha tavaliste valgete pulbritega „sõbrunema“.
Valge sulatatud alumiiniumoksiidi mikropulber on tööstuses tuntud kristallilise vorminaalumiiniumoksiid, mille Mohsi kõvadus on 9, jäädes alla vaid teemandile. Kuid oleks vale käsitleda seda lihtsalt järjekordse kõva materjalina. Eelmisel kuul saime erinevatelt tootjatelt kolm partiid proove. Need kõik nägid välja nagu lumivalge pulber, kuid elektronmikroskoobi all olid neil kõigil oma omadused – mõnel osakesel olid teravad servad nagu purunenud klaasikillud, teised aga siledad kui peen rannaliiv. See viib esimese probleemini: kõvaduse testimine ei ole lihtne numbrimäng.
Tavaliselt kasutame mikrokõvaduse testrit, kus vajutatakse stantspink alla ja andmed tulevad välja. Kuid on ka nüansse: kui laadimiskiirus on liiga kiire, võivad haprad osakesed ootamatult praguneda; kui koormus on liiga kerge, ei saa mõõta tegelikku kõvadust. Kord testisin sama proovi tahtlikult kahel erineval kiirusel ja tulemused erinesid terve 0,8 Mohsi kõvadusühiku võrra. See on nagu arbuusi koputamine sõrmenukkidega: liiga palju jõudu ja see praguneb, liiga vähe ja ei saa aru, kas see on küps. Seega peame enne testimist proove 24 tundi konstantse temperatuuri ja niiskusega keskkonnas „konditsioneerima“, et need saaksid labori „temperatuuriga“ kohaneda.
Mis puutub kulumiskindluse testimisse, siis see on veelgi suurem oskustöö. Tavapärane meetod on kasutada standardset kummiratast, et hõõruda proovi fikseeritud rõhu all ja mõõta kulumist. Kuid praktikas avastasin, et iga 10% keskkonna niiskuse suurenemine võib põhjustada kulumiskiiruse kõikumist rohkem kui 5%. Eelmisel aastal vihmaperioodil näitas viis korda korratud katsete seeria metsikult hajutatud andmeid ja lõpuks avastasime, et see oli tingitud kliimaseadme niiskuse eemaldamise puudumisest. Minu juhendaja ütles midagi, mida ma siiani mäletan: „Ilm laboriakna taga on samuti osa katseparameetritest.“
Veelgi huvitavam on osakeste kuju mõju. Need teravate nurkadega mikroosakesed kuluvad madala koormuse korral kiiremini – nagu terav, kuid habras nuga, mis kõvade materjalide lõikamisel kergesti puruneb. Spetsiaalse protsessi abil spetsiaalselt vormitud sfäärilised osakesed näitavad pikaajalise tsüklilise koormuse korral hämmastavat stabiilsust. See meenutab mulle minu kodulinna lähedal jõepõhjas asuvaid veerisid; aastatepikkune üleujutuserosioon on neid ainult tugevamaks muutnud. Mõnikord ei ole absoluutne kõvadus piisava sitkusega võrreldes piisava.
Testimisprotsessis on veel üks kergesti tähelepanuta jäetav punkt: osakeste suurusjaotus. Kõik keskenduvad keskmisele osakeste suurusele, kuid tegelikult mõjutab kulumiskindlust sageli see 10% ülipeentest ja jämedatest osakestest. Nad on nagu meeskonna „erilised liikmed“: liiga vähe ja neil pole mingit mõju, liiga palju ja nad häirivad üldist jõudlust. Ükskord, pärast seda, kui olime ülipeenest pulbrist 5% välja sõelunud, paranes kogu materjalipartii kulumiskindlus 30%. See avastus teenis mulle Vanalt Wangilt pooleks kuuks meeskonnakoosolekul kiituse.
Nüüd, pärast iga katset, olen harjunud äravisatud proovid kokku koguma. Erinevate partiide valgetel pulbritel on valguse all tegelikult veidi erinev läige; mõned on sinakad, mõned kollakad. Kogenud tehnikute sõnul on see kristallstruktuuri erinevuste ilming ja need erinevused on sageli märgitud vaid väikese allmärkusena instrumendi andmelehel. Need, kes töötavad oma kätega, teavad, et materjalidel on oma elu; nad jutustavad oma lugusid peente muutuste kaudu.
Lõppkokkuvõttes, testiminevalge korundi mikropulberon nagu inimese tundmaõppimine. CV-s olevad numbrid (kõvadus, osakeste suurus, puhtus) on vaid põhiteave; selle tõeliseks mõistmiseks peate nägema selle toimivust erineva rõhu all (koormuse muutused), erinevates keskkondades (temperatuuri ja niiskuse muutused) ja pärast pikaajalist kasutamist (väsimustestid). Laboris asuv miljoni dollari suurune kulumiskatsete masin on väga täpne, kuid lõplik hinnang tugineb ikkagi puudutusele ja pilgule – just nagu vana masinaehitaja, kes suudab masinaga viga saada, kuulates vaid selle heli.
Kui järgmine kord näete katseprotokollil lihtsat „Kõvadus 9, suurepärane kulumiskindlus“, võiksite küsida: millistel tingimustel, kelle kätes ja mitu ebaõnnestumist järel see „suurepärane“ tulemus saavutati? Lõppude lõpuks ei räägi need vaiksed valged pulbrid, aga iga kriimustus, mille nad maha jätavad, on kõige ausam keel.