Eilen Zhang laboratoriosta valitti minulle taas, että hioma-ainenäytteiden testitiedot olivat aina epäjohdonmukaisia. Taputin häntä olkapäälle ja sanoin: ”Veli, materiaalitieteilijöinä emme voi vain tuijottaa datalehtiä; meidän on otettava selvää näiden valkoisten sulatettujen alumiinioksidimikrojauheiden ominaisuuksista.” Tämä on totta; aivan kuten kokenut kokki tietää oikean kypsennyslämpötilan, meidän testaajien on ensin ”ystävysdyttävä” näiden näennäisen tavallisten valkoisten jauheiden kanssa.
Valkoinen sulatettu alumiinioksidimikrojauhe tunnetaan teollisuudessa kiteisenä muotonaalumiinioksidi, jonka Mohsin kovuus on 9, toiseksi kovin vain timantin jälkeen. Mutta olisi väärin pitää sitä vain yhtenä kovana materiaalina. Viime kuussa saimme kolme erää näytettä eri valmistajilta. Ne kaikki näyttivät lumivalkoiselta jauheelta, mutta elektronimikroskoopilla niillä jokaisella oli omat ominaisuutensa – joillakin hiukkasilla oli teräviä reunoja kuin särkyneillä lasinsirpaleilla, kun taas toiset olivat yhtä sileitä kuin hieno rantahiekka. Tämä johtaa ensimmäiseen ongelmaan: kovuuden testaus ei ole yksinkertainen numeropeli.
Käytämme yleisesti mikrokovuusmittaria, jossa painat kovettimen alas ja tiedot tulevat ulos. Mutta siinä on vivahteita: jos latausnopeus on liian nopea, hauraat hiukkaset saattavat yhtäkkiä haljeta; jos lataus on liian kevyt, todellista kovuutta ei mitata. Kerran testasin tarkoituksella samaa näytettä kahdella eri nopeudella, ja tulokset erosivat toisistaan 0,8 Mohsin kovuusyksikköä. Se on kuin napauttaisi vesimelonia rystysillä; liikaa voimaa ja se halkeaa, liian vähän ja et voi sanoa, onko se kypsä. Joten nyt ennen testausta meidän on "käsiteltävä" näytteitä vakiolämpötilassa ja -kosteudessa 24 tuntia, jotta ne sopeutuvat laboratorion "luonteeseen".
Kulumiskestävyystestaus on vieläkin taitavampaa. Perinteinen menetelmä on käyttää tavallista kumipyörää näytteen hieromiseen kiinteällä paineella ja kulumisen mittaamiseen. Käytännössä kuitenkin havaitsin, että jokainen 10 prosentin lisäys ympäristön kosteudessa voi aiheuttaa yli 5 prosentin vaihtelun kulumisnopeudessa. Viime vuonna sadekauden aikana viisi kertaa toistetut kokeet osoittivat erittäin hajanaisia tietoja, ja lopulta havaitsimme, että se johtui ilmastointilaitteen kosteudenpoiston toimimattomuudesta. Esimieheni sanoi jotain, jonka muistan edelleen: "Laboratorion ikkunan ulkopuolella vallitseva sää on myös osa kokeellisia parametreja."
Vielä mielenkiintoisempaa on hiukkasten muodon vaikutus. Nämä teräväkulmaiset mikrohiukkaset kuluvat nopeammin pienillä kuormituksilla – kuten terävä mutta hauras veitsi, joka lohkeaa helposti kovia materiaaleja leikattaessa. Pallomaiset hiukkaset, jotka on erityisesti muotoiltu erityisellä prosessilla, osoittavat hämmästyttävää vakautta pitkäaikaisessa syklisessä kuormituksessa. Tämä muistuttaa minua kotikaupunkini lähellä olevan joenpohjan kivistä; vuosien tulvaeroosio on vain vahvistanut niitä. Joskus absoluuttinen kovuus ei riitä asianmukaiseen sitkeyteen.
Testausprosessissa on toinen helposti unohdettu seikka: hiukkaskokojakauma. Kaikki keskittyvät keskimääräiseen hiukkaskokoon, mutta usein kulutuskestävyyteen vaikuttaa todella se 10 % erittäin hienoista ja karkeista hiukkasista. Ne ovat kuin tiimin "erityisjäseniä"; liian vähän, eikä niillä ole vaikutusta, liian monta, ja ne häiritsevät kokonaissuorituskykyä. Kerran, kun seuloimme pois 5 % erittäin hienosta jauheesta, koko materiaalierän kulutuskestävyys parani 30 %. Tämä löydös toi minulle Old Wangilta puolen kuukauden ylistyksen tiimikokouksessa.
Nyt olen omaksunut tavan kerätä poisheitetyt näytteet jokaisen testin jälkeen. Eri erien valkoisilla jauheilla on itse asiassa hieman erilainen kiilto valossa; jotkut ovat sinertäviä, jotkut kellertäviä. Kokeneet teknikot sanovat, että tämä on osoitus kiderakenteen eroista, ja nämä erot mainitaan usein vain pienenä alaviitteenä laitteen datalehdessä. Käsillään työskentelevät tietävät, että materiaaleilla on oma elämänsä; ne kertovat tarinoitaan hienovaraisten muutosten kautta.
Lopulta testausvalkoinen korundimikrojauheon kuin oppisi tuntemaan ihmisen. Ansioluettelon numerot (kovuus, hiukkaskoko, puhtaus) ovat vain perustietoja; ymmärtääksesi ne todella sinun on nähtävä sen suorituskyky eri paineissa (kuormituksen muutokset), erilaisissa ympäristöissä (lämpötilan ja kosteuden muutokset) ja pitkäaikaisen käytön jälkeen (väsymystestaus). Laboratoriossa oleva miljoonan dollarin kulutustestauskone on erittäin tarkka, mutta lopullinen arvio perustuu silti kosketukseen ja vilkaisuun – aivan kuten vanha koneistaja, joka osaa kertoa koneen vian pelkästään kuuntelemalla sen ääntä.
Kun seuraavan kerran näet testiraportissa yksinkertaisen ”Kovuus 9, Erinomainen kulutuskestävyys”, saatat haluta kysyä: missä olosuhteissa, kenen käsissä ja kuinka monen epäonnistumisen jälkeen tämä ”erinomainen” tulos saavutettiin? Loppujen lopuksi nuo hiljaiset valkoiset jauheet eivät puhu, mutta jokainen niiden jälkeensä jättämä naarmu on rehellisintä kieltä.