Vana Zhang veetis kogu oma karjääri Lennundusmaterjalide Instituudis. Enne pensionile jäämist oli tema lemmikajaviide õpipoistega lattu materjalide tuvastamine. Ta keeras lahti tagasihoidliku valge plastämbri, kühveldas proovilusikaga lusikatäie peent kreemvalget pulbrit ja viskas selle õrnalt valguse alla. Tolm settis aeglaselt valgusvihus, helkides õrnalt. „Ärge alahinnake seda valget pulbrit,“ ütles Vana Zhang alati silmi kissitades. „See, kas lennukid ja raketid, mida me ehitame, peavad taeva elementidele vastu, sõltub mõnikord selle „jahu“ võimekusest.“
See „valge pulber”, millele ta viitas, olialumiiniumoksiidi pulber...Kõlab tavaliselt – kas see pole mitte lihtsalt boksiidist rafineeritud? Kuid lennunduses kasutatav alumiiniumoksiidi pulber on täiesti erinev tavalisest tööstusliku kvaliteediga alumiiniumoksiidist. Selle puhtus on peaaegu neli üheksa kohta pärast koma; osakeste suurust mõõdetakse nanomeetrites ja mikromeetrites; morfoloogia – kas see on kera, helves või nõel – on hoolikalt läbi mõeldud. Lao Zhangi sõnadega: „See on peen toit, mis „lisandab kaltsiumi“ riigi rasketehnikale.“
Mis puutub sellesse, mida see kraam lennunduses teha suudab, siis rakendusi on lugematu arv. Alustame kõige „karmimast“ – lennukitele „soomuse“ andmisest. Mis on suurimad hirmud kõige ees, mis taevas lendab, olgu see siis tsiviillennuk või sõjaväe hävituslennuk? Äärmuslikud kõrged temperatuurid ja kulumine. Mootori turbiinilabad pöörlevad heitgaasides tuhandete kraadide juures suurel kiirusel; tavalised metallid pehmeneksid ja sulaksid ammu. Mida teha? Insenerid tulid välja geniaalse lahenduse: katta laba pind spetsiaalse keraamilise kattega. Selle katte peamine konstruktsioonimaterjal on sageli alumiiniumoksiidi pulber.
Miks seda valida? Esiteks on see kuumakindel, sulamistemperatuuriga üle 2000 kraadi Celsiuse järgi, mis teeb sellest suurepärase „soojusisolatsiooniülikonna“. Teiseks on see kõva ja kulumiskindel, kaitstes labasid tolmuosakeste erosiooni eest kiire õhuvoolu korral. Veelgi parem on see, et alumiiniumoksiidi pulbri osakeste suuruse reguleerimise ja muude elementide lisamise abil saab kontrollida katte poorsust, sitkust ja nakkuvust metallaluspinnaga. Nagu üks kogenud töökoja töötaja naljatades ütles: „See on nagu kvaliteetse keraamilise päikesekaitsekreemi kihi pealekandmine turbiinilabadele – see on nii päikesekaitse kui ka kriimustuskindel.“ Kui oluline see „päikesekaitsekreem“ on? See võimaldab turbiinilabadel töötada kõrgematel temperatuuridel ja iga kümne kraadi kohta, mil mootori temperatuur tõuseb, suureneb tõukejõud märkimisväärselt, samal ajal kui kütusekulu väheneb. Lennukite puhul, mis lendavad kümneid tuhandeid kilomeetreid, on kütusesääst ja jõudluse paranemine astronoomilised. Kui termiliselt isoleeriv kate on „väline rakendus“, siis alumiiniumoksiidi pulbri roll komposiitmaterjalides on „sisemine lisand“.
Kaasaegsed lennukid, satelliidid ja raketid kasutavad kaalu vähendamiseks laialdaselt komposiitmaterjale. Nendel vaigupõhistel komposiitidel on aga nõrkus – need ei ole kulumiskindlad, vastuvõtlikud kõrgetele temperatuuridele ja neil puudub piisav kõvadus. Nutikad materjaliteadlased on lisanud alumiiniumoksiidi pulbrit, eriti nanosuurusesalumiiniumoksiidi pulber, ühtlaselt vaigu sisse, nagu tainast sõtkudes. Sellel lisamisel on märkimisväärne mõju: materjali kõvadus, kulumiskindlus, kuumakindlus ja isegi mõõtmete stabiilsus paranevad kõik dramaatiliselt.
Näiteks lennukikabiini põrandad, teatud sisustuselemendid ja isegi mõned mittekandvad konstruktsiooniosad kasutavad seda alumiiniumoksiidiga tugevdatud komposiitmaterjali. See mitte ainult ei muuda neid kergemaks ja tugevamaks, vaid on ka tõhusalt aeglustavad, parandades oluliselt ohutust. Ka satelliitide täppisinstrumentide toed, mis vajavad äärmuslike temperatuuritsüklite ajal minimaalset mõõtmete muutust, on sellele materjalile palju võlgu. See on nagu skeleti "süstimine" painduvasse plastikusse, andes sellele nii tugevuse kui ka paindlikkuse.
Alumiiniumoksiidi pulbril on ka "varjatud oskus", mis on lennunduses ülioluline – see on suurepärane soojusisolatsioon ja ablatsioonikindel materjal.
Kui kosmoselaev kosmosest atmosfääri naaseb, on see nagu tuhandete kraadide kuumusesse plasmaahju kukkumine. Taassisenemiskapsli väliskesta peab olema kaetud kuumakindla kihiga, mis „ohverdab end üldise hüvangu nimel“. Alumiiniumoksiidi pulber mängib olulist rolli paljude kuumakindlate materjalide valmistamisel. Teiste materjalidega kombineerituna moodustab see pinnale kõva, poorse ja väga isoleeriva keraamilise kihi. See kiht laguneb kõrgel temperatuuril aeglaselt, kandes soojust ära ja hoides salongi temperatuuri astronautide ellujäämisvahemikus omaenda tarbimise kaudu. „Iga kord, kui näen tagasipöördumiskapslit edukalt maandumas ja kuumakindlast materjalist välimine kiht on mustaks kõrbenud, mõtlen neile alumiiniumoksiidil põhinevatele valemitele, mida me korduvalt täiustasime,“ märkis kuumakindlate materjalide eest vastutav vaneminsener. „See põles ära, aga selle missioon sai suurepäraselt täidetud.“
Lisaks neile „esimese etapi“ hardcore-rakendustele,alumiiniumoksiidi pulberon samavõrd hädavajalik ka „kulisside taga“. Näiteks lennukite ja rakettide täppiskomponentide tootmisel tuleb paagutada paljusid ülitugevaid sulameid. Paagutamise ajal tuleb pulbermetallurgiadetaile kõrgtemperatuurilises ahjus toetada spetsiaalsete „kiilide“ või „põletusplaatide“ abil. Need plaadid peavad olema kuumakindlad, mittedeformeeruvad ja mitte toote külge kleepuma. Ideaalseks valikuks on ülipuhtast alumiiniumoksiidkeraamikast valmistatud põletusplaadid. Lisaks on mõnede ülitäpsete detailide lihvimis- ja poleerimisprotsessides äärmiselt kõrge puhtusastmega alumiiniumoksiidi mikropulber ohutu ja tõhus poleerimiskeskkond.
Loomulikult ei saa sellist väärtuslikku materjali hooletult kasutada. Kas puhtus on piisav? Kas osakeste suurusjaotus on ühtlane? Kas esineb aglomeratsiooni? Kas dispergeeruvus on hea? Iga näitaja mõjutab lõpptoote toimivust. Lennunduses võib isegi väikseimgi viga kaasa tuua katastroofilisi tagajärgi. Seetõttu allub iga samm alates tooraine valikust ja töötlemise muutmisest kuni rakendustehnikateni rangetele, peaaegu nõudlikele kontrollstandarditele.
Seistes moodsas lennukite montaažitehases ja vaadates voolujoonelist kere, mis tulede all külmalt helkib, taipad, et see taevas hõljuv keerukas süsteem on lugematute pealtnäha tavaliste materjalide, näiteks alumiiniumoksiidi pulbri, tulemus, millest igaüks täidab oma rolli täiel määral. See ei moodusta küll peamist raamistikku, kuid tugevdab konstruktsiooni; see ei anna tohutut võimsust, kuid kaitseb siiski jõuseadme südamikku; see ei määra otseselt kurssi, kuid tagab lennuohutuse.
Alates kõrge temperatuurikindlatest katetest kuni tugevdatud komposiitmaterjalide ja isegi ennastohverdavate kuumakindlate kihtideni, ...alumiiniumoksiidi pulberLennunduses ja kosmosetööstuses süveneb pidevalt valdkond kergemate, tugevamate ja äärmuslikele keskkondadele vastupidavamate materjalide suunas. Tulevikus, tänu suurema puhtusastmega ja ainulaadsema morfoloogiaga alumiiniumoksiidmaterjalide (näiteks nanotraatide ja nanoslehtede) arendamisele, võib see mängida ootamatut rolli soojushalduses, elektroonikaseadmete soojuse hajutamises ja isegi kohapealses tootmises kosmoses.
See valge pulber, vaikne ja stabiilne, sisaldab tohutut energiat, mis toetab inimkonna taevaavastamist. See tuletab meile meelde, et tähtede poole teel ei vaja me mitte ainult suurejoonelisi visioone ja tohutut jõudu, vaid ka neid vaikseid ja vankumatuid „nähtamatuid tiibu“, mis maksimeerivad põhimaterjalide jõudlust. Järgmine kord, kui vaatate ülevalt lennukit või jälgite raketi starti suurejoonelist vaatemängu, võite meenutada, et selles terasest ja komposiitmaterjalidest koosnevas kehas peitub selline „valge vaim“, mis vaikselt valvab iga lennu ohutust ja tipptaset.