Стари Жанг је целу каријеру провео у Институту за ваздухопловне материјале. Пре пензионисања, његова омиљена забава била је вођење својих шегрта у складиште да идентификују материјале. Одврнуо је неупадљиву белу пластичну канту, кашичицом за узорковање захватио кашичицу финог, кремасто белог праха и нежно га бацио под светло. Прашина се полако слегла у снопу светлости, благо светлуцајући. „Не потцењујте овај бели прах“, увек је говорио Стари Жанг, жмиркајући. „Да ли авиони и ракете које градимо могу да издрже временске услове на небу понекад зависи од могућности овог 'брашна'.“
„Бели прах“ на који се позивао био јепрах алуминијеЗвучи обично — зар није само рафинисано из боксита? Али прах алуминијума који се користи у ваздухопловству потпуно се разликује од обичног алуминијума индустријског квалитета. Његова чистоћа је скоро четири деветке после децималне запете; величина честица се мери у нанометрима и микрометрима; његова морфологија — било да су сфере, пахуљице или иглице — пажљиво се разматра. Лао Жанговим речима: „Ово је фина храна која 'допуњује калцијум' за тешку опрему нације.“
Што се тиче онога што ова ствар може да уради у области ваздухопловства, постоје безбројне примене. Почнимо са нај„најхардкорнијим“ – давањем „оклопа“ авионима. Који су највећи страхови било чега што лети у небу, било да је у питању цивилни авион или војни ловац? Екстремно високе температуре и хабање. Лопатице турбине мотора ротирају великим брзинама у издувним гасовима на хиљадама степени Целзијуса; обични метали би одавно омекшали и истопили. Шта учинити? Инжењери су смислили бриљантно решење: премазивање површине лопатице посебним керамичким премазом. Главни структурни материјал овог премаза је често прах алуминијума.
Зашто га изабрати? Прво, отпоран је на топлоту, са тачком топљења која прелази 2000 степени Целзијуса, што га чини одличним „оделом за топлотну изолацију“. Друго, тврд је и отпоран на хабање, штитећи лопатице од ерозије честица прашине у протоку ваздуха великом брзином. Још боље, подешавањем величине честица алуминијумског праха и додавањем других елемената, може се контролисати порозност, жилавост и пријањање премаза на металну подлогу. Како је један искусан радионичар у шали рекао: „То је као наношење слоја висококвалитетне керамичке креме за сунчање на лопатице турбине – она је и заштитна од сунца и отпорна на гребање.“ Колико је важна ова „крема за сунчање“? Она омогућава лопатицама турбине да раде на вишим температурама, и за сваких десетина степени повећања температуре мотора, потисак се значајно повећава, док се потрошња горива смањује. За авионе који лете десетинама хиљада километара, уштеда горива и побољшања перформанси су астрономски. Ако је термички баријерни премаз „спољашња примена“, онда је улога алуминијумског праха у композитним материјалима „унутрашњи додатак“.
Модерни авиони, сателити и ракете интензивно користе композитне материјале како би смањили тежину. Међутим, ови композити на бази смоле имају слабост — нису отпорни на хабање, подложни су високим температурама и немају довољну тврдоћу. Паметни научници за материјале укључили су прах алуминијума, посебно нанодимензионалних...прах алуминије, равномерно у смолу, као када се месећи тесто. Ово уграђивање има изванредне ефекте: тврдоћа материјала, отпорност на хабање, отпорност на топлоту, па чак и димензионална стабилност се драматично побољшавају.
На пример, подови кабина авиона, одређене компоненте ентеријера, па чак и неки неносећи структурни делови користе овај композитни материјал ојачан алуминијумом. Ово их не само чини лакшим и чвршћим, већ и ефикасно успоравајућим, значајно побољшавајући безбедност. Носачи прецизних инструмената на сателитима, којима је потребна минимална промена димензија под екстремним температурним циклусима, такође много дугују овом материјалу. То је као „убризгавање“ скелета у флексибилну пластику, дајући му и чврстоћу и флексибилност.
Алуминијумски прах такође има „скривену вештину“, кључну у ваздухопловној области – одличан је материјал за топлотну изолацију и аблацију.
Када се свемирска летелица поново врати у атмосферу из свемира, то је као да пада у плазма пећ од хиљада степени. Спољни омотач капсуле за повратак мора имати слој отпоран на топлоту који се „жртвује за опште добро“. Алумина у праху игра виталну улогу у формулацији многих материјала отпорних на топлоту. Када се комбинује са другим материјалима, формира тврд, порозан и високо изолациони керамички слој на површини. Овај слој се полако аблира на високим температурама, одводећи топлоту и одржавајући температуру кабине у опсегу преживљавања за астронауте сопственом потрошњом. „Сваки пут када видим да капсула за повратак успешно слеће, а спољашњи слој материјала отпорног на топлоту је угљенисан црн, помислим на оне формуле на бази алуминије које смо више пута усавршавали“, приметио је виши инжењер задужен за материјале отпорне на топлоту. „Изгорела је, али је њена мисија била савршено извршена.“
Поред ових „најбољих“ хардкор апликација,прах алуминијеје подједнако неопходан „иза кулиса“. На пример, у производњи прецизних компоненти за авионе и ракете, многе легуре високе чврстоће морају бити синтероване. Током синтеровања, делови од прашкасте металургије морају бити подржани у пећи на високој температури користећи посебне „подлошке“ или „плоче за печење“. Ове плоче морају бити отпорне на топлоту, недеформабилне и не смеју се лепити за производ. Плоче за печење направљене од керамике од алуминијума високе чистоће постају идеалан избор. Штавише, у процесима брушења и полирања неких ултрапрецизних делова, микропрах алуминијума изузетно високе чистоће је безбедан и ефикасан медијум за полирање.
Наравно, тако вредан материјал не може се користити непажљиво. Да ли је чистоћа довољна? Да ли је расподела величине честица уједначена? Да ли постоји агломерација? Да ли је дисперзибилност добра? Сваки показатељ утиче на перформансе финалног производа. У ваздухопловној области, чак и најмања грешка може довести до катастрофалних последица. Стога, од избора сировина и модификације обраде до техника примене, сваки корак је подложан ригорозним, готово захтевним, стандардима контроле.
Стојећи у модерној фабрици за склапање авиона, посматрајући аеродинамичан труп који хладно светлуца под светлима, схватате да је овај сложени систем који лебди небом резултат безбројних наизглед обичних материјала попут алуминијумског праха, од којих сваки игра своју улогу у пуном потенцијалу. Не чини главни оквир, али јача структуру; не пружа масивну снагу, али штити језгро погонског система; не одређује директно курс, али обезбеђује безбедност лета.
Од премаза отпорних на високе температуре до ојачаних композитних материјала, па чак и самопожртвованих слојева отпорних на топлоту, применапрах алуминијеУ области ваздухопловства се континуирано продубљује ка лакшим, јачим и отпорнијим на екстремне услове. У будућности, са развојем алуминијумских материјала са већом чистоћом и јединственијим морфологијама (као што су наножице и нанолистови), може играти неочекиване улоге у управљању топлотом, одвођењу топлоте електронских уређаја, па чак и производњи на лицу места у свемиру.
Овај бели прах, тих и стабилан, садржи огромну енергију која подржава људско истраживање небеса. Подсећа нас да нам на путовању ка звездама нису потребне само грандиозне визије и нагли раст снаге, већ и ова тиха и постојана „невидљива крила“ која максимизирају перформансе основних материјала. Следећи пут када погледате авион који лети изнад главе или гледате величанствени спектакл лансирања ракете, можда ћете се сетити да унутар тог тела од челика и композитних материјала постоји такав „бели дух“, који тихо чува безбедност и изврсност сваког лета.