Stari Zhang je celotno kariero preživel na Inštitutu za vesoljske materiale. Pred upokojitvijo je bil njegov najljubši hobi, da je vajence peljal v skladišče, da bi identificirali materiale. Odvijal je nevsiljivo belo plastično vedro, z vzorčno žličko zajel žlico finega, kremastega belega prahu in ga nežno vrgel pod luč. Prah se je počasi posedal v svetlobnem snopu in se nežno lesketal. »Ne podcenjujte tega belega prahu,« je vedno govoril stari Zhang in mežikal. »Ali bodo letala in rakete, ki jih gradimo, vzdržale vremenske vplive, je včasih odvisno od zmogljivosti te 'moke'.«
"Beli prah", na katerega se je skliceval, je bilaluminijev prahSliši se običajno – ali ni le rafiniran iz boksita? Toda aluminijev prah, ki se uporablja v letalstvu in vesoljski industriji, se popolnoma razlikuje od navadnega industrijskega aluminijevega oksida. Njegova čistost je skoraj štiri devetke za decimalno vejico; velikost delcev se meri v nanometrih in mikrometrih; njegova morfologija – bodisi kroglice, kosmiči ali iglice – je skrbno pretehtana. Po besedah Lao Zhanga: »To je odlična hrana, ki 'dopolnjuje kalcij' za težko opremo države.«
Kar se tiče tega, kaj lahko ta snov naredi na področju vesoljske in vesoljske industrije, obstaja nešteto načinov uporabe. Začnimo z najbolj "trdovratno" - dajanjem "oklepa" letalom. Kateri so največji strahovi vsega, kar leti v zraku, pa naj gre za civilno letalo ali vojaško lovsko letalo? Ekstremno visoke temperature in obraba. Lopatice turbine motorja se vrtijo z veliko hitrostjo v izpušnih plinih pri tisočih stopinjah Celzija; navadne kovine bi se že zdavnaj zmehčale in stalile. Kaj storiti? Inženirji so se domislili briljantne rešitve: površino lopatic premazati s posebnim keramičnim premazom. Glavni konstrukcijski material tega premaza je pogosto aluminijev prah.
Zakaj izbrati to? Prvič, je toplotno odporen, s tališčem nad 2000 stopinj Celzija, zaradi česar je odlična »toplotnoizolacijska obleka«. Drugič, je trden in odporen proti obrabi, saj ščiti lopatice pred erozijo prašnih delcev v hitrem pretoku zraka. Še bolje, z nastavitvijo velikosti delcev aluminijevega prahu in dodajanjem drugih elementov je mogoče nadzorovati poroznost, žilavost in oprijem premaza na kovinsko podlago. Kot je v šali dejal izkušeni delavec v delavnici: »To je kot nanos plasti visokokakovostne keramične kreme za sončenje na lopatice turbine – ščiti pred soncem in je odporna proti praskam.« Kako pomembna je ta »krema za sončenje«? Omogoča delovanje lopatic turbine pri višjih temperaturah, in za vsakih deset stopinj, ko se temperatura motorja poveča, se potisk znatno poveča, poraba goriva pa se zmanjša. Za letala, ki preletijo več deset tisoč kilometrov, so prihranki goriva in izboljšave zmogljivosti astronomski. Če je toplotnoizolacijski premaz »zunanja uporaba«, potem je vloga aluminijevega prahu v kompozitnih materialih »notranji dodatek«.
Sodobna letala, sateliti in rakete pogosto uporabljajo kompozitne materiale za zmanjšanje teže. Vendar pa imajo ti kompoziti na osnovi smole slabost – niso odporni proti obrabi, so občutljivi na visoke temperature in nimajo zadostne trdote. Pametni znanstveniki za materiale so vključili aluminijev prah, zlasti nanodelcev.aluminijev prah, enakomerno v smolo, kot pri gnetenju testa. Ta vključitev ima izjemne učinke: trdota materiala, odpornost proti obrabi, toplotna odpornost in celo dimenzijska stabilnost se dramatično izboljšajo.
Na primer, tla letalskih kabin, nekatere notranje komponente in celo nekateri nenosilci konstrukcijskih delov uporabljajo ta kompozitni material, ojačan z aluminijevim oksidom. Zaradi tega so ne le lažji in močnejši, ampak tudi učinkovito zavirajo obrabo, kar znatno izboljša varnost. Tudi nosilci preciznih instrumentov na satelitih, ki zahtevajo minimalne dimenzijske spremembe pri ekstremnih temperaturnih ciklih, so veliko dolžni temu materialu. To je kot "vbrizgavanje" okostja v prožno plastiko, kar ji daje tako trdnost kot prožnost.
Aluminijev prah ima tudi "skrito veščino", ključno na področju vesoljske in vesoljske industrije – je odličen toplotnoizolacijski in ablacijski material.
Ko se vesoljsko plovilo iz vesolja ponovno vrne v atmosfero, je to kot padec v plazemsko peč s tisoči stopinjami. Zunanja lupina povratne kapsule mora imeti toplotno odporno plast, ki se »žrtvuje za večje dobro«. Aluminijev prah igra ključno vlogo pri formulaciji številnih toplotno odpornih materialov. V kombinaciji z drugimi materiali na površini tvori trdo, porozno in zelo izolativno keramično plast. Ta plast se pri visokih temperaturah počasi ablira, odvaja toploto in z lastno porabo vzdržuje temperaturo v kabini v območju preživetja astronavtov. »Vsakič, ko vidim, da povratna kapsula uspešno pristane in je zunanja plast toplotno odpornega materiala zoglenela črno, pomislim na tiste formule na osnovi aluminijevega oksida, ki smo jih vedno znova izpopolnjevali,« je pripomnil višji inženir, odgovoren za toplotno odporne materiale. »Zgorela je, a njeno poslanstvo je bilo popolnoma opravljeno.«
Poleg teh "v ospredju" zahtevnih aplikacij,aluminijev prahje prav tako nepogrešljiv »v zakulisju«. Na primer, pri izdelavi preciznih komponent za letala in rakete je treba sintrati številne visokotrdnostne zlitine. Med sintranjem je treba dele prašne metalurgije podpreti v visokotemperaturni peči s posebnimi »podložkami« ali »pekalnimi ploščami«. Te plošče morajo biti toplotno odporne, nedeformabilne in se ne smejo lepiti na izdelek. Pekalne plošče iz visoko čiste aluminijeve keramike postanejo idealna izbira. Poleg tega je pri brušenju in poliranju nekaterih ultra preciznih delov izjemno čist aluminijev mikroprah varen in učinkovit polirni medij.
Seveda se tako dragocenega materiala ne da uporabljati brezskrbno. Ali je čistost zadostna? Ali je porazdelitev velikosti delcev enakomerna? Ali obstaja kakšna aglomeracija? Ali je disperzibilnost dobra? Vsak kazalnik vpliva na delovanje končnega izdelka. Na področju vesoljske in letalske industrije lahko že najmanjša napaka povzroči katastrofalne posledice. Zato je vsak korak, od izbire surovin in modifikacije predelave do tehnik uporabe, podvržen strogim, skoraj zahtevnim standardom nadzora.
Ko stojiš v sodobni tovarni za montažo letal in zreš v aerodinamičen trup, ki se hladno lesketa pod lučmi, spoznaš, da je ta kompleksen sistem, ki se dviga po nebu, rezultat neštetih na videz običajnih materialov, kot je aluminijev prah, od katerih vsak v polnem potencialu igra svojo vlogo. Ne tvori glavnega ogrodja, vendar krepi strukturo; ne zagotavlja ogromne moči, vendar ščiti jedro pogonskega sistema; ne določa neposredno smeri, vendar zagotavlja varnost letenja.
Od premazov, odpornih na visoke temperature, do ojačanih kompozitnih materialov in celo samožrtvujočih se toplotno odpornih slojev, uporabaaluminijev prahNa področju vesoljske in vesoljske industrije se nenehno poglablja v smeri lažjih, močnejših in bolj odpornih materialov na ekstremna okolja. V prihodnosti bi lahko z razvojem materialov iz aluminijevega oksida z višjo čistostjo in bolj edinstvenimi morfologijami (kot so nanožice in nanoslisti) igral nepričakovano vlogo pri upravljanju toplote, odvajanju toplote elektronskih naprav in celo pri proizvodnji na kraju samem v vesolju.
Ta beli prah, tih in stabilen, vsebuje neizmerno energijo, ki podpira človeško raziskovanje nebes. Spominja nas, da na poti do zvezd ne potrebujemo le veličastnih vizij in neomajne moči, temveč tudi ta tiha in neomajna »nevidna krila«, ki maksimizirajo zmogljivost osnovnih materialov. Ko boste naslednjič pogledali letalo, ki se dviga nad nami, ali opazovali veličasten spektakel izstrelitve rakete, se boste morda spomnili, da znotraj tega telesa iz jekla in kompozitnih materialov obstaja takšen »beli duh«, ki tiho varuje varnost in odličnost vsakega leta.