第九章 化學(xué)與社會發(fā)展 第三節(jié) 化學(xué)與環(huán)境
陶瓷能代替鋼嗎？回答是肯定的。我們所說的這個(gè)陶瓷，并不是我們常見的陶瓷，而是一種被稱為高技術(shù)的新品種陶瓷。高技術(shù)陶瓷與普通陶瓷，“血統(tǒng)”上并無淵源，但材料科學(xué)家能從地球上現(xiàn)有的幾十萬種原料中，慧眼獨(dú)具，發(fā)展出這種“身懷絕技”的“萬能”材料來，的確是受了普通陶瓷的啟迪。
長久以來，金屬一直占據(jù)著材料王國的霸主，尤其是鋼鐵，應(yīng)用范圍更加廣泛。鋼鐵作為材料有它的許多優(yōu)點(diǎn)，然而也存在著諸如不耐腐蝕、不耐高溫、不夠堅(jiān)硬、不能絕熱等缺點(diǎn)。有趣的是，鋼鐵等金屬的短處，反過來恰恰是非金屬材料的長處。不過陶瓷也有自己的“薄弱環(huán)節(jié)”：雖硬但無韌性，一碰就碎，以敲就斷，而且毫無彎曲延長的余地。因此，要讓陶瓷代替鋼鐵，必須對陶瓷材料進(jìn)行“抽筋換骨”的手術(shù)，做到揚(yáng)長避短。材料科學(xué)家分析了普通陶瓷的成分以后，認(rèn)為它的一種主要原料，含雜質(zhì)較多的黏土，是普通陶瓷的“薄弱環(huán)節(jié)”的根源，所以，他們試用硅酸鹽類化工原料和一些人工合成的氧化物來取代黏土。科學(xué)家曾將沙淀粉和氧化鋯三種原料按一定比例混合，放進(jìn)溫度為1400oc、充有氮?dú)獾臓t子內(nèi)燒上7小時(shí)，最后制成一種銀灰色的氧化硅陶瓷。這種高技術(shù)陶瓷，密度和鋁差不多，能耐受1500oc以上的高溫，韌性很好，硬度尤其驚人，只有用金剛石才能把它割斷。以后，又試驗(yàn)制成了碳化硅、氧化鋯、碳化鈦、增韌氧化鋁等幾種新陶瓷材料。
成分不同的高技術(shù)陶瓷，性能和應(yīng)用各不同。用鋼鐵制造的發(fā)動機(jī)汽缸，受溫度的限制，只能利用汽油燃燒后的一小部分熱能，大部分熱能都從汽缸的冷卻系統(tǒng)散失了。氧化鋯陶瓷能解決此難題，它特別耐磨損、耐腐蝕、耐高溫，用它制成的發(fā)動機(jī)汽缸，不需要冷卻系統(tǒng)，使燃油在汽缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生的熱能最大限度地轉(zhuǎn)化成汽車獲得的動力。而且由于汽缸硬度大，幾乎不易受磨損，并且也不受燃油產(chǎn)生的酸性氣體的腐蝕。因此，這種高技術(shù)陶瓷汽車發(fā)動機(jī)的使用壽命長、功率大、制造成本低，可以節(jié)省大量金屬材料和30%的油耗量。
利用氧化鋯硬度超過鋼材在高溫下不會軟化的特點(diǎn)，機(jī)械工程師設(shè)計(jì)了氧化鋯陶瓷車刀，在自動車床上以最高的切削速度，加工最硬的合金鋼零件。陶瓷車刀削如泥，刀刃不軟不崩，零件表面光潔度高。用含鋯的高技術(shù)陶瓷制作的切削刀具，刀體一旦受到外力的沖擊產(chǎn)生裂縫時(shí)，它會自動膨脹，將裂縫彌合起來。氧化鋯陶瓷剪刀和家用小刀，刀口久用不鈍，不銹不裂，被稱為永不報(bào)廢的長命剪刀。
高技術(shù)陶瓷可以比鋼鐵硬，也可以像銅鋁等有色金屬那樣有延展性和可塑性。把氧化鈦陶瓷研磨成極其細(xì)致的細(xì)晶粒，家上黏合劑，高溫熔燒成板材，將板材加熱到180oc，可以壓延成波浪形的陶瓷板。氟化鈣陶瓷，只需加熱到80oc便歐擠壓變形的特性。專家們認(rèn)為高技術(shù)陶瓷能被“軟化”，就意味著為這種材料最終能被延展、擠拉、卷繞成材打開了希望之門。
高技術(shù)陶瓷作為未來材料之王的“萬能材料”，其潛力實(shí)在是無止境的。