Včeraj se mi je Zhang iz laboratorija spet pritožil, da so podatki o preskusih abrazivnih vzorcev vedno nedosledni. Potrepljal sem ga po rami in rekel: »Brat, kot znanstveniki za materiale ne moremo samo gledati podatkovnih listov; moramo si umazati roke in razumeti značilnosti teh belih mikroprahov iz taljenega aluminijevega oksida.« To drži; tako kot izkušen kuhar pozna pravo temperaturo za kuhanje, se moramo mi, preizkuševalci, najprej »spoprijateljiti« s temi na videz običajnimi belimi prahovi.
Mikroprah belega taljenega aluminijevega oksida je v industriji znan kot kristalna oblikaaluminijev oksid, z Mohsovo trdoto 9, takoj za diamantom. Vendar bi bilo narobe, če bi ga obravnavali le kot še en trdi material. Prejšnji mesec smo prejeli tri serije vzorcev različnih proizvajalcev. Vsi so bili videti kot snežno bel prah, a pod elektronskim mikroskopom so imeli vsak svoje značilnosti – nekateri delci so imeli ostre robove kot drobci razbitega stekla, drugi pa so bili gladki kot droben pesek na plaži. To vodi do prve težave: testiranje trdote ni preprosta igra številk.
Običajno uporabljamo tester mikrotrdote, kjer pritisnete vtiskovalnik in podatki se pojavijo. Vendar obstajajo nianse: če je hitrost obremenitve prehitra, lahko krhki delci nenadoma počijo; če je obremenitev prelahka, ne boste izmerili prave trdote. Nekoč sem namerno testiral isti vzorec z dvema različnima hitrostma in rezultati so se razlikovali za celih 0,8 Mohsovih enot trdote. To je kot če bi s členki potrkali po lubenici; preveč sile in jo razpokate, premalo sile in ne morete ugotoviti, ali je zrela. Zdaj moramo torej pred testiranjem vzorce 24 ur "kondicionirati" v okolju s konstantno temperaturo in vlažnostjo, da se prilagodijo laboratorijskemu "temperaturu".
Kar zadeva testiranje odpornosti proti obrabi, je to še bolj zahtevna obrt. Konvencionalna metoda je uporaba standardnega gumijastega kolesa za drgnjenje vzorca pod fiksnim pritiskom in merjenje obrabe. Toda v praksi sem ugotovil, da lahko vsakih 10 % povečanje vlažnosti okolja povzroči nihanje stopnje obrabe za več kot 5 %. Lani v deževnem obdobju je niz petkrat ponovljenih poskusov pokazal zelo razpršene podatke in končno smo ugotovili, da je to zato, ker razvlaževanje klimatske naprave ni delovalo pravilno. Moj nadzornik je rekel nekaj, česar se še vedno spominjam: »Vreme zunaj laboratorijskega okna je prav tako del eksperimentalnih parametrov.«
Še bolj zanimiv je vpliv oblike delcev. Ti ostro nagnjeni mikrodelci se pri nizkih obremenitvah hitreje obrabijo – kot oster, a krhek nož, ki se pri rezanju trdih materialov zlahka odkruši. Sferični delci, posebej oblikovani s posebnim postopkom, kažejo osupljivo stabilnost pri dolgotrajni ciklični obremenitvi. To me spominja na kamenčke na rečni strugi blizu mojega domačega kraja; leta poplavne erozije so jih le še okrepila. Včasih absolutna trdota ni kos ustrezni žilavosti.
V procesu testiranja obstaja še ena točka, ki jo zlahka spregledamo: porazdelitev velikosti delcev. Vsi se osredotočajo na povprečno velikost delcev, toda tisto, kar resnično vpliva na odpornost proti obrabi, je pogosto tistih 10 % ultrafinih in grobih delcev. So kot "posebni člani" ekipe; premalo jih je in nimajo učinka, preveč pa motijo splošno delovanje. Nekoč, ko smo izločili 5 % ultrafinega prahu, se je odpornost proti obrabi celotne serije materiala izboljšala za 30 %. To odkritje mi je prineslo polmesečno pohvalo starega Wanga na sestanku ekipe.
Zdaj sem si po vsakem testu razvil navado zbiranja zavrženih vzorcev. Beli prahovi iz različnih serij imajo pod svetlobo dejansko nekoliko drugačen lesk; nekateri so modrikasti, drugi rumenkasti. Izkušeni tehniki pravijo, da je to posledica razlik v kristalni strukturi, in te razlike so pogosto navedene le kot majhna opomba na podatkovnem listu instrumenta. Tisti, ki delajo z rokami, vedo, da imajo materiali svoje življenje; svoje zgodbe pripovedujejo skozi subtilne spremembe.
Navsezadnje, testiranjemikroprah belega korundaje kot spoznavanje osebe. Številke v življenjepisu (trdota, velikost delcev, čistost) so le osnovne informacije; da bi jih resnično razumeli, morate videti njegovo delovanje pod različnimi tlaki (spremembe obremenitve), v različnih okoljih (spremembe temperature in vlažnosti) in po daljši uporabi (preizkusi utrujenosti). Milijon dolarjev vreden stroj za testiranje obrabe v laboratoriju je zelo natančen, vendar končna presoja še vedno temelji na izkušnji dotika in pogleda – tako kot star strojnik, ki lahko ugotovi, kaj je narobe s strojem, samo s poslušanjem njegovega zvoka.
Ko boste naslednjič v poročilu o preskusu videli preprosto »Trdota 9, odlična odpornost proti obrabi«, se boste morda želeli vprašati: pod kakšnimi pogoji, v čigavih rokah in po koliko napakah je bil dosežen ta »odličen« rezultat? Navsezadnje ti tihi beli prahovi ne govorijo, toda vsaka praska, ki jo pustijo za seboj, je najbolj iskren jezik.