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难以置信，但一粒沙子——或者更确切地说，数百万粒高速运动的沙子——会对飞机和工业燃气涡轮发动机产生破坏性影响。这些颗粒会侵蚀氧化锆陶瓷隔热涂层，这种涂层可以隔离和保护发动机部件免受极端高温的影响。为了保护这些涂层并确保涡轮发动机继续正常运行，俄亥俄州立大学的一个工程师团队正在测试一种新型的氧化锆配方，更常被称为氧化锆。
氧化锆在科学界之外已声名狼藉（因为其化学近亲是仿制钻石界著名的立方氧化锆），几十年来一直被用于制造涡轮机的陶瓷涂层，因为它具有高度绝缘性。这使得喷气发动机能够在高温下运行——数千华氏度。缺点是：在这些更高的温度下，吸入涡轮机的沙子和其他颗粒会粘附在陶瓷上，变成熔融玻璃，并侵蚀保护涂层，俄亥俄州立大学材料科学与工程教授 Nitin Padture 说，这种涂层厚约 250 微米（0.01 英寸）。
发动机冷却后，玻璃会在陶瓷表面凝固成坚硬的釉。当发动机再次升温并且金属叶片膨胀时，陶瓷涂层无法膨胀，因为釉已经将其锁定到位。因此陶瓷会脱落，缩短发动机叶片的使用寿命。
Padture 和他的团队在最近一期的《Acta Materialia》杂志中报告说，解决方案是一种新的涂层方法，该方法改变了氧化锆的成分，使熔融玻璃无法穿透并损坏涡轮机。“我们的创新是通过在氧化锆晶体中添加铝和钛来制造涂层的新方法，”研究隔热涂层十多年的 Padture 说。铝和钛将熔融玻璃变成稳定的晶体，不会对下面的陶瓷表面构成危险。
“下一步是看看我们是否真的可以将这种涂层沉积在形状复杂的涡轮叶片上，”他说。帕杜尔开始其研究的康涅狄格大学已为其氧化锆强化方法申请了专利，他计划与康涅狄格州法明顿市的纳米技术公司 Inframat Corporation 合作，进一步开发这项技术。如果他们改进后的氧化锆技术获得成功，航空业和军方将能够设计出运行温度更高、从而更有效地燃烧燃料并减少污染的发动机。