Treuliodd Hen Zhang ei yrfa gyfan yn Sefydliad Deunyddiau Awyrofod. Cyn ymddeol, ei hoff hobi oedd mynd â'i brentisiaid i'r warws i adnabod deunyddiau. Dadsgriwiodd fwced plastig gwyn diymhongar, sgwpiodd lwyaid o bowdr gwyn hufennog mân gyda llwy samplu, a'i daflu'n ysgafn o dan y golau. Setlodd y llwch yn araf yn y trawst o olau, gan ddisgleirio'n feddal. “Peidiwch â thanamcangyfrif y powdr gwyn hwn,” meddai Hen Zhang bob amser, gan blygu ei lygaid. “Mae a all yr awyrennau a'r rocedi rydyn ni'n eu hadeiladu wrthsefyll yr elfennau yn yr awyr weithiau'n dibynnu ar alluoedd y 'blawd' hwn.”
Y “powdr gwyn” y cyfeiriodd ato oeddpowdr alwminaMae'n swnio'n gyffredin—onid yw wedi'i fireinio o bocsit yn unig? Ond mae powdr alwmina a ddefnyddir mewn awyrofod yn gwbl wahanol i alwmina gradd ddiwydiannol gyffredin. Mae ei burdeb bron yn bedwar naw ar ôl y pwynt degol; mae maint ei ronynnau'n cael ei fesur mewn nanometrau a micrometrau; mae ei forffoleg—boed yn sfferau, yn naddion, neu'n nodwyddau—i gyd yn cael ei ystyried yn ofalus. Yng ngeiriau Lao Zhang, “Dyma'r bwyd da sy'n 'ychwanegu at y calsiwm' ar gyfer offer trwm y genedl.”
O ran yr hyn y gall y pethau hyn ei wneud ym maes awyrofod, mae yna gymwysiadau dirifedi. Gadewch i ni ddechrau gyda'r rhai mwyaf "caled" - rhoi "arfwisg" i awyrennau. Beth yw'r ofnau mwyaf o unrhyw beth sy'n hedfan yn yr awyr, boed yn awyren sifil neu'n jet ymladd milwrol? Tymheredd uchel eithafol a thraul a rhwyg. Mae llafnau tyrbin injan yn cylchdroi ar gyflymder uchel mewn nwyon gwacáu ar filoedd o raddau Celsius; byddai metelau cyffredin yn meddalu ac yn toddi amser maith yn ôl. Beth i'w wneud? Daeth peirianwyr i fyny ag ateb gwych: gorchuddio wyneb y llafn â gorchudd ceramig arbennig. Yn aml, prif ddeunydd strwythurol y gorchudd hwn yw powdr alwmina.
Pam ei ddewis? Yn gyntaf, mae'n gallu gwrthsefyll gwres, gyda phwynt toddi sy'n fwy na 2000 gradd Celsius, gan ei wneud yn "siwt inswleiddio gwres" ardderchog. Yn ail, mae'n galed ac yn gallu gwrthsefyll traul, gan amddiffyn y llafnau rhag erydiad gronynnau llwch mewn llif aer cyflym. Yn well fyth, trwy addasu maint gronynnau'r powdr alwmina ac ychwanegu elfennau eraill, gellir rheoli'r mandylledd, y caledwch, a'r adlyniad i swbstrad metel y cotio. Fel y dywedodd gweithiwr gweithdy profiadol yn cellwair, "Mae fel rhoi haen o eli haul ceramig gradd uchel ar lafnau'r tyrbin - mae'n amddiffynnol rhag yr haul ac yn gallu gwrthsefyll crafiadau." Pa mor bwysig yw'r "eli haul" hwn? Mae'n caniatáu i lafnau'r tyrbin weithredu ar dymheredd uwch, ac am bob deg o raddau y mae tymheredd yr injan yn cynyddu, mae gwthiad yn cynyddu'n sylweddol, tra bod y defnydd o danwydd yn lleihau. Ar gyfer awyrennau sy'n hedfan degau o filoedd o gilometrau, mae'r arbedion tanwydd a'r gwelliannau perfformiad yn anhygoel. Os mai'r cotio rhwystr thermol yw'r "cymhwysiad allanol", yna rôl powdr alwmina mewn deunyddiau cyfansawdd yw'r "atodiad mewnol".
Mae awyrennau, lloerennau a rocedi modern yn defnyddio deunyddiau cyfansawdd yn helaeth i leihau pwysau. Fodd bynnag, mae gan y cyfansoddion hyn sy'n seiliedig ar resin wendid—nid ydynt yn gwrthsefyll traul, yn agored i dymheredd uchel, ac nid ydynt yn ddigon caled. Mae gwyddonwyr deunyddiau clyfar wedi ymgorffori powdr alwmina, yn enwedig nano-faint.powdr alwmina, yn gyfartal i'r resin, fel tylino toes. Mae'r ymgorffori hwn yn cael effeithiau rhyfeddol: mae caledwch, ymwrthedd i wisgo, ymwrthedd i wres, a hyd yn oed sefydlogrwydd dimensiynol y deunydd i gyd yn gwella'n sylweddol.
Er enghraifft, mae lloriau caban awyrennau, rhai cydrannau mewnol, a hyd yn oed rhai rhannau strwythurol nad ydynt yn dwyn llwyth yn defnyddio'r deunydd cyfansawdd hwn wedi'i atgyfnerthu ag alwmina. Mae hyn nid yn unig yn eu gwneud yn ysgafnach ac yn gryfach ond hefyd yn ataliol yn effeithiol, gan wella diogelwch yn sylweddol. Mae'r cynhalwyr offerynnau manwl gywir ar loerennau, sydd angen newid dimensiwn lleiaf o dan gylchoedd tymheredd eithafol, hefyd yn ddyledus iawn i'r deunydd hwn. Mae fel "chwistrellu" sgerbwd i blastig hyblyg, gan roi cryfder a hyblygrwydd iddo.
Mae gan bowdr alwmina hefyd “sgil gudd,” sy’n hanfodol ym maes awyrofod—mae’n ddeunydd inswleiddio gwres rhagorol ac yn gwrthsefyll abladiad.
Pan fydd llong ofod yn ailymuno â'r atmosffer o'r gofod, mae fel syrthio i ffwrnais plasma o filoedd o raddau. Rhaid i gragen allanol y capsiwl ailymuno fod â haen sy'n gwrthsefyll gwres sy'n "aberthu ei hun er lles y cyhoedd." Mae powdr alwmina yn chwarae rhan hanfodol wrth lunio llawer o ddeunyddiau sy'n gwrthsefyll gwres. Pan gaiff ei gyfuno â deunyddiau eraill, mae'n ffurfio haen seramig galed, mandyllog, ac inswleiddiol iawn ar yr wyneb. Mae'r haen hon yn abladu'n araf ar dymheredd uchel, gan gario gwres i ffwrdd a chynnal tymheredd y caban o fewn ystod goroesi i ofodwyr trwy ei ddefnydd ei hun. "Bob tro rwy'n gweld y capsiwl dychwelyd yn glanio'n llwyddiannus, a bod yr haen allanol o ddeunydd sy'n gwrthsefyll gwres wedi'i llosgi'n ddu, rwy'n meddwl am y fformwlâu hynny sy'n seiliedig ar alwmina a fireinion ni dro ar ôl tro," sylwodd uwch beiriannydd sy'n gyfrifol am ddeunyddiau sy'n gwrthsefyll gwres. "Llosgodd i fyny, ond cyflawnwyd ei genhadaeth yn berffaith."
Y tu hwnt i'r cymwysiadau caled "blaen llwyfan" hyn,powdr alwminayr un mor anhepgor “y tu ôl i’r llenni.” Er enghraifft, wrth gynhyrchu cydrannau manwl gywir ar gyfer awyrennau a rocedi, mae angen sinteru llawer o aloion cryfder uchel. Yn ystod sinteru, mae angen cynnal rhannau meteleg powdr mewn ffwrnais tymheredd uchel gan ddefnyddio “shims” neu “blatiau tanio” penodol. Rhaid i’r platiau hyn wrthsefyll gwres, anffurfio, a pheidio â glynu wrth y cynnyrch. Mae platiau tanio wedi’u gwneud o serameg alwmina purdeb uchel yn dod yn ddewis delfrydol. Ar ben hynny, ym mhrosesau malu a sgleinio rhai rhannau manwl iawn, mae micropowdr alwmina purdeb uchel iawn yn gyfrwng sgleinio diogel ac effeithlon.
Wrth gwrs, ni ellir defnyddio deunydd mor werthfawr yn ddiofal. A yw'r purdeb yn ddigonol? A yw dosbarthiad maint y gronynnau'n unffurf? A oes unrhyw gydgrynhoi? A yw'r gwasgaradwyedd yn dda? Mae pob dangosydd yn effeithio ar berfformiad y cynnyrch terfynol. Ym maes awyrofod, gall hyd yn oed y gwall lleiaf arwain at ganlyniadau trychinebus. Felly, o ddewis deunydd crai ac addasu prosesu i dechnegau cymhwyso, mae pob cam yn destun safonau rheoli llym, bron yn heriol.
Wrth sefyll mewn ffatri gydosod awyrennau fodern, yn syllu ar y ffiselaj llyfn sy'n disgleirio'n oer o dan y goleuadau, rydych chi'n sylweddoli bod y system gymhleth hon yn hedfan drwy'r awyr yn ganlyniad i ddeunyddiau ymddangosiadol gyffredin dirifedi fel powdr alwmina, pob un yn chwarae ei rôl i'w botensial llawn. Nid yw'n ffurfio'r prif fframwaith, ond mae'n cryfhau'r strwythur; nid yw'n darparu pŵer enfawr, ond mae'n amddiffyn craidd y system yrru; nid yw'n pennu'r cwrs yn uniongyrchol, ond mae'n sicrhau diogelwch hedfan.
O haenau sy'n gwrthsefyll tymheredd uchel i ddeunyddiau cyfansawdd wedi'u hatgyfnerthu, a hyd yn oed haenau hunanaberthol sy'n gwrthsefyll gwres, mae cymhwysopowdr alwminaym maes awyrofod mae'n parhau i ddyfnhau tuag at fod yn ysgafnach, yn gryfach, ac yn fwy gwrthsefyll amgylcheddau eithafol. Yn y dyfodol, gyda datblygiad deunyddiau alwmina â phurdeb uwch a morffolegau mwy unigryw (megis nanowifrau a nanosheetiau), gall chwarae rolau annisgwyl mewn rheoli thermol, gwasgaru gwres dyfeisiau electronig, a hyd yn oed gweithgynhyrchu in-situ yn y gofod.
Mae'r powdr gwyn hwn, sy'n dawel ac yn sefydlog, yn cynnwys egni aruthrol sy'n cefnogi archwiliad dynoliaeth o'r nefoedd. Mae'n ein hatgoffa, ar y daith i'r sêr, nad yn unig y mae angen gweledigaethau mawreddog a phŵer ymchwyddo arnom, ond hefyd yr "adenydd anweledig" tawel a chadarn hyn sy'n gwneud y mwyaf o berfformiad deunyddiau sylfaenol. Y tro nesaf y byddwch chi'n edrych i fyny ar awyren yn hedfan uwchben neu'n gwylio golygfa ysblennydd lansiad roced, efallai y byddwch chi'n cofio, o fewn y corff hwnnw o ddur a deunyddiau cyfansawdd, fod "ysbryd gwyn" o'r fath, yn gwarchod yn dawel ddiogelwch a rhagoriaeth pob hediad.