金屬材料素材“烈火金剛”和“抗蝕冠軍”——鈮和鉭

1、烈火金剛”和抗蝕冠軍鈮和鉭這次我們要結(jié)識(shí)的是鈮和鉭這一對(duì)孿生兄弟”。把它們放到一起來介紹是有道理的，因?yàn)樗鼈冊(cè)谠刂芷诒砝锸峭?，物理、化學(xué)性質(zhì)很相似，而且常常形影不離”，在自然界伴生在一起，真稱得上是一對(duì)維妙維肖的孿生兄弟”。事實(shí)上，當(dāng)人們?cè)谑攀兰o(jì)初首次發(fā)現(xiàn)鈮和鉭的時(shí)候，還以為它們是同一種元素呢。以后大約過了四十二年，人們用化學(xué)方法第一次把它們分開，這才弄清楚它們?cè)瓉硎莾煞N不同的金屬。鈮、鉭和鎢、鉬一樣都是稀有高熔點(diǎn)金屬，它們的性質(zhì)和用途也有不少相似之處。既然被稱為稀有高熔點(diǎn)金屬，鈮、鉭最主要的特點(diǎn)當(dāng)然是耐熱。它們的熔點(diǎn)分別高達(dá)攝氏二千四百多度和將近三千度，不要說一般的火勢(shì)燒不化它們，就是

2、煉鋼爐里烈焰翻騰的火海也奈何它們不得。難怪在一些高溫高熱的郡門里，特別是制造一千六百度以上的真空加熱爐，鉭金屬是十分適合的材料。我們?cè)谇懊娼榻B鎢鉬合金鋼的時(shí)候就已經(jīng)看到，一種金屬的優(yōu)良性能往往可以移植”到另一種金屬里。現(xiàn)在的情況也是這樣，用鈮作合金元素添加到鋼里，能使鋼的高溫強(qiáng)度增加，加工性能改善。鈮、鉭與鎢、鉬、釩、鎳、鉆等一系列金屬合作，得到的熱強(qiáng)合金”，可以用作超音速噴氣式飛機(jī)和火箭、導(dǎo)彈等的結(jié)構(gòu)材料。目前科學(xué)家們?cè)谘兄菩滦偷母邷亟Y(jié)構(gòu)材料時(shí)，已開始把注意力轉(zhuǎn)向鈮、鉭；許多高溫、高強(qiáng)度合金都有這一對(duì)孿生兄弟參加。鈮、鉭本身很頑強(qiáng)，它們的碳化物更有能耐，這個(gè)特點(diǎn)與鎢、鉬也毫無(wú)二致。用鈮和鉭的

3、碳化物作基體制成的硬質(zhì)合金，有很高的強(qiáng)度和抗壓、耐磨、耐蝕本領(lǐng)。在所有的硬質(zhì)化合物中，碳化鉭的硬度是最高的。用碳化袒硬質(zhì)合金制成的刀具，能抗得住三千八百度以下的高溫，硬度可以與金剛石匹敵，使用壽命比碳化鎢更長(zhǎng)。外科醫(yī)療上的妙用鉭在外科醫(yī)療上也占有重要地位，它不僅可以用來制造醫(yī)療器械，而且是很好的生物適應(yīng)性材料”。比如說吧，用鉭片可以彌補(bǔ)頭蓋骨的損傷，鉭絲可以用來縫合神經(jīng)和肌腱，鉭條可以代替折斷了的骨頭和關(guān)節(jié)，鉭絲制成的鉭紗或鉭網(wǎng)，可以用來補(bǔ)償肌肉組織在醫(yī)院里，還會(huì)有這樣的情況：用鉭條代替人體里折斷了的骨頭之后，經(jīng)過一段時(shí)間，肌肉居然會(huì)在鉭條上生長(zhǎng)起來，就像在真正的骨頭上生長(zhǎng)一樣。怪不得人們把鉭

4、叫作親生物金屬”哩。為什么鉭在外科手術(shù)中能有這樣奇特的作用呢？關(guān)鍵還是因?yàn)樗袠O好的抗蝕性，不會(huì)與人體里的各種液體物質(zhì)發(fā)生作用，并且?guī)缀跬耆粨p傷生物的機(jī)體組織，對(duì)于任何殺菌方法都能適應(yīng)，所以可以同有機(jī)組織長(zhǎng)期結(jié)合而無(wú)害地留在人體里。除了在外科手術(shù)中有這樣好的用途外，禾U用鈮、鉭的仆學(xué)穩(wěn)定性，還可以用它們來制造電解電容器、整流器等等。特別是鉭，目前約有一半以上用來生產(chǎn)大容量，小體積，高穩(wěn)定性的固體電解電容器。全世界每年都要生產(chǎn)幾億只。鉭電解電容器沒有辜負(fù)”人們的厚望，它具有很多其他材料比不上的優(yōu)點(diǎn)。它比跟它一般大小的其他電容器兄弟”的電容量大五倍，而且非常可靠、耐震，工作溫度范圍大，使用壽命長(zhǎng)

5、，現(xiàn)在已經(jīng)大量地用在電子計(jì)算機(jī)、雷達(dá)、導(dǎo)彈、超音速飛機(jī)、自動(dòng)控制裝置以及彩色電視、立體電視等的電子線路中。超低溫下創(chuàng)奇跡然而，最使我們驚詫不已的，是它們不僅能在極高溫度的環(huán)境里頑強(qiáng)地工作，而且還能在超低溫的條件下出色地為我們服務(wù)，它們可真是了不起。小朋友，你們中也許有一些人會(huì)知道有這么個(gè)溫度，叫絕對(duì)零度”，它的零度相當(dāng)于攝氏零下二百七十三度。絕對(duì)零度被認(rèn)為是不能再低的低溫了。人們很早以前就發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度降低到接近絕對(duì)零度的時(shí)俟，有些物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生突然的改變，變成一種幾乎沒有電阻的超導(dǎo)體”。物質(zhì)開始具有這種奇異的超導(dǎo)”性能的溫度叫臨界溫度。不用說，各種物質(zhì)的臨界溫度是不一樣的。要知道，超低溫

6、度是很不容易得到的，人們?yōu)榇硕冻隽司薮蟮拇鷥r(jià)；越向絕對(duì)零度接近，需要付出的代價(jià)越大。所以我們對(duì)超導(dǎo)物質(zhì)的要求，當(dāng)然是臨界溫度越高越好。具有超導(dǎo)性能的元素不少，鈮是其中臨界溫度最高的一種。而用鈮制造的合金，臨界溫度高達(dá)絕對(duì)溫度十八點(diǎn)五到二十一度，是目前最重要的超導(dǎo)材料。人們?cè)?jīng)做過這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：把一個(gè)冷到超導(dǎo)狀態(tài)的金屬鈮環(huán)，通上電流然后再斷開電流，然后，把整套儀器封閉起來，保持低溫。過了兩年半后，人們把儀器打開，發(fā)現(xiàn)鈮環(huán)里的電流仍在流動(dòng)，而且電流強(qiáng)弱跟剛通電時(shí)幾乎完全相同！從這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以看出，超導(dǎo)材料幾乎不會(huì)損失電流。如果使用超導(dǎo)電纜輸電，因?yàn)樗鼪]有電阻，電流通過時(shí)不會(huì)有能量損耗，所以輸電效率將大大提高。有人設(shè)計(jì)了一種高速磁懸浮列車，它的車輪部位安裝有超導(dǎo)磁體，使整個(gè)列車可以浮起在軌道上約十厘米。這樣一來，列車和軌道之間就不會(huì)再有摩擦，減少了前進(jìn)的阻力。一列乘載百人的磁懸浮列車，只消一百馬力的推動(dòng)力，就能使速度達(dá)到每小時(shí)五百公里以上。用一條長(zhǎng)達(dá)二十公里的鈮錫帶，纏繞在直徑為一點(diǎn)五米的輪緣上，繞組能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈而穩(wěn)定的磁場(chǎng)，足以舉起一百二十二公斤的重物，并使它懸浮在磁場(chǎng)空間里。如果把這種磁場(chǎng)用到熱核聚變反應(yīng)中，把強(qiáng)大的熱核聚變反應(yīng)控制起來，那就