网站首页阅读答案古典名著中国名著外国名著童话寓言百家讲坛
武侠小说中外名人故事传奇诗歌散文其它阅读成才励志民俗礼仪


您现在的位置：应天故事汇 >> 其它阅读 >> 百科知识 >> 世界科技全景百卷书 >> 正文	Ctrl+D 将本页加入收藏夹

材料的业绩

上一篇 【目录】 下一篇

　　近代科技和生产的发展，可以说是一日千里，人类从乘牛车、马车到乘宇宙飞船；从点油灯照明到用原子能发电；从使用大刀长矛到发射导弹核武器，等等。科学技术能以惊人的速度发生巨大的变化，应首先归功于材料。如果没有钢铁，再高明的技术工人也造不出汽车；没有高强度、耐高温的材料，再聪明的科学家也无法把卫星送上天；没有耐腐蚀、耐高压的材料，再勇敢的探险者也不能开发富饶的海洋资源……。在科学技术史上，材料问题解决与否，往往成为创造发明成败的关键。新材料一旦应用，不仅大大提高了科学技术和生产力的发展，也使人类的活动方式发生翻天覆地的变化，而且给人类带来空前优厚的物质利益和精神上的享受，把千百年来梦寐以求的神话变成现实。

　　纵观近年来的成败得失，不少决策人逐渐意识到科技的进步，关键在于材料。为了说明这一观点，他们要求对一些重大科学和技术项目进行分析，现仅就一些材料在工业、农业、国防和科研等方面所起的作用及其建立的功绩，选数例做一简单介绍。

　　飞机发展的关键

　　1903年，美国莱特兄弟发明了世界上第一架飞机，所用原料是木材和帆布。飞行速度每小时只有16公里，和骑自行车的速度差不多。1911年，铝合金研制成功，很快取代了木材和帆布，到第一次世界大战期间，全金属结构的飞机已很普遍了。从木布结构过渡到金属结构，使飞机的性能和速度获得一个飞跃。例如到1939年螺旋桨飞机创造的最高时速已达755公里，仅36年的时间，飞行速度提高了47倍。声音在空气中的传播速度为1200公里/小时，有些人试图用螺旋桨飞机超过音速，但都没有成功。失败和挫折使人们把音速看成是飞机速度无法逾越的障碍，简称“音障”。后来找到了失败的原因：原来空气是有压缩性的，螺旋桨飞机在高速飞行时，由于压缩空气的影响，机翼或其它部位的表面会出现“激波”，造成升力下降，阻力增加，阻碍了飞行速度进一步提高。于是人们寻求新的动力，造出了喷气式飞机。但是，初期的喷气式飞机仍然没有超过音速，因为喷气发动机的进口温度很高，需要耐高温的合金材料，而英国研制出的镍基合金只能承受700℃，使发动机推力和飞行速度受到影响。到了50年代，高温合金有了进一步发展，已经能够制造耐800℃以上的高温合金，再加上采用了后掠角更大的机翼和其它减少阻力的措施，终于研制出一种飞行速度超过音速的喷气式飞机，突破了以前不可逾越的“音障”。这里，喷气发动机立了一大功，而耐高温合金材料则起了关键性的作用。

　　可是，在提高飞行速度的征途上，又出现了新的问题。这就是飞机以超音速飞行时，其表面因受到空气强烈摩擦而发热，使温度急剧升高。这种现象叫做空气动力加热。飞机的速度越快，温度也愈高。以飞机在同温层边界飞行（那里的温度是-56℃）为例，当飞行速度等于音速时，飞机的表面温度为-18℃；两倍音速时，温度为98℃；当达到三倍音速时，飞机表面温度会升至300℃。从铝合金的耐热性来讲，当飞机速度达到两倍音速时，铝的强度会显著降低；三倍音速时，就会发生空中解体。通常认为，飞机速度应在二到三倍音速范围内，这种空气动力加热又是一堵新的障壁，称为“热障”。它对飞机的结构、飞行员工作环境和各种设备均带来不利影响，甚至危害。因此，要制造表面耐温超过180℃，即飞行速度为音速2.5倍的飞机，需要用钛合金（可承受550℃温度）代替铝合金。飞机是一种更新非常快的产品，它不断追求的目标是安全、迅速、舒适和经济。80年代制造成功的新一代中短程飞机波音757和波音767，能满足低油耗和低噪音的要求，与60年代的波音727比较，燃油消耗降低了35％。

　　近十年来，由于石油价格连续上涨，使民用飞机的燃油费用由1973年占航线直接使用费用的18％，上升到1982年的50％，从而迫使各飞机公司积极从飞机的减重入手，采用新的替换材料。

　　波音757是一种窄机身短程旅客机，载客190人；波音767是一种半宽机身中程旅客机，载客250人。新飞机的机身和机翼上，大量使用了改进的铝合金和复合材料。水平尾翼和垂直尾翼由于采用聚芳酚胺（凯芙拉）纤维和碳纤维复合材料，使重量比用铝减少了20～40％。波音767飞机上有24个零部件共使用了三吨碳纤维与凯芙拉—49混纤复合材料，比早期采用的玻璃纤维—环氧复合材料还要轻。波音767还是第一种使用铝合金主起落架梁的民用飞机，而波音757飞机由于空间的限制，选用了钛合金主起落架。此外，两种飞机都增加了超高强度钢的品种和用量。

　　这样一来，一架波音767飞机由于采用复合材料减重450公斤，采用超高强度钢减重900公斤，采用改进铝合金减重363公斤，三项总计共1.7吨。据统计，飞机结构如减轻一公斤，每年可节省燃料2900公斤，可见其经济效益有多大。波音公司已在90年代的波音旅客机上，进一步扩大使用了复合材料。据称，除发动机和起落架外，大部分结构材料都能采用碳纤维和聚芳酚胺纤维，那么这架乘坐250人的飞机可减轻重量六吨！

　　航空发动机的改进是从两个方面进行的，一是更多地使用比重小的钛合金和复合材料，以减轻自重；二是更多地使用工作温度高的新型高温合金，以加大推力和提高热效率。1982年波音767飞机的发动机上开始使用单晶涡轮叶片。单晶合金的强度、疲劳寿命、耐腐蚀性和抗氧化性都比普通合金高，使整个热效应提高30％。

　　至于高超音速的航天飞机，其表面温度可达到1000℃以上，这时任何合金都无能为力了，只有采用特种复合陶瓷材料才行。

　　1981年4月12日，美国“哥伦比亚”号航天飞机发射成功，引起了世界的瞩目。航天飞机机身长37.2米，翼展23.8米，重量为68.8吨，大大超过了1969年登月的“阿波罗”飞船。它的主发动机使用液氢和液氧作燃料，加上外部燃料箱和两台固体燃料助飞火箭，发射时的全长达56米，实际重量2020吨。

　　航天飞机同时具有火箭和飞机两方面的特性，是一项极为复杂的综合技术成果，涉及空气动力学、气动加热、设计、制造、试验和计算机控制等技术。据美国宇航局称，航天飞机的关键技术有两项：重返大气层的热防护和长寿命火箭发动机。机身防热材料要求重复使用100次，火箭发动机要求连续飞行55次无大修。对于习惯于一次使用观念的火箭设计师，无疑是一次相当苛刻的要求。

　　航天飞机在空间执行考察任务后，由120公里轨道再入大气层时，表面最高温度可达1500℃。根据不同部位的工作条件，航天飞机使用四种防热材料：头锥和机翼前缘受气动摩擦最大，温度最高，超过1260℃，使用表面涂硅的碳—碳复合材料。这是一种以热分解石墨纤维布作为增强剂、碳化树脂为基体的复合材料；机身和机翼下表面需耐热650～1260℃，由两万四千多片高温陶瓷瓦组成；机身侧面和机翼上表面耐热370～650℃，由七千多片低温陶瓷瓦组成；货舱门、尾段、机身等部分温度不超过398℃，防热较为容易，采用聚芳酰胺纤维制造的毡瓦，是一种柔性重复使用材料。

　　可以看出，航天飞机的热防护系统主要是由防热陶瓷瓦组成，防护面积占全机面积的70％，几乎可以说全身披挂陶瓷盔甲。高温陶瓷瓦和低温陶瓷瓦的尺寸分别是15×15×1.3～8.9厘米和20×20×0.5～2.5厘米，都是由直径1.5微米、纯度99.7％的氧化硅短纤维加入胶状氧化硅热压制成。

　　3

　　陶瓷瓦的特点是重量轻（密度0.14克/厘米），耐热性和隔热性好。缺点是具有一定的脆性，并且根据不同的位置来变化形状和厚度，所以粘贴技术相当复杂，全靠人工来一片片粘贴。美国第一架航天飞机“哥伦比亚号”原订1979年11月上天，可是后来多次延期，都是因为防热陶瓷瓦出的毛病。原来临发射前在地面试车时，贴在航天飞机机体上的陶瓷瓦在538～649℃已大片剥落。官员们大吃一惊，紧急召集了一个五人专家小组商讨对策。经过扫描电子显微镜观察后发现，这些剥落的陶瓷瓦中的纤维分布不均匀，导致了传热不良、局部过热。后来在一名美籍华裔科学家的建议下，提高了陶瓷纤维喷硼化硅后的凝固速度，使纤维排列的均匀性不受干扰，才解决了问题。航天飞机第一次飞行结束，经检查机表面各部分的温度未超过计算值，令人担心的陶瓷瓦损坏意外地少，仅剥落700片左右，加上厚度减少需更换者，仅一千三百余片，占陶瓷瓦总数的4.5％，基本上满足了设计要求。

　　1982年7月发射的“挑战者号”航天飞机的部分防热陶瓷瓦改用80％氧化硅纤维和20％含硼纤维混合制成的陶瓷瓦代替，效果更好，今后航天飞机的热防护系统仍是有待改进的项目之一。

　　关于航天飞机发动机所用材料不多，已知高压氧涡轮泵和高压氢涡轮泵采用的叶片，都是用最新的高铬—钴—钨镍基高温合金Mar M246，按定向凝固精密铸造工艺制成，提高了抗热冲击性能。航天飞机主发动机的导向叶片，也采用MarM246合金，但按更先进的单晶精密铸造工艺制成，这种导向叶片是空心的，用液态氢进行冷却，更进一步提高了抗热冲击性能，从而保证了发动机低重量、长寿命的要求。

　　航天飞机的研制成功，是人类征服太空的又一次胜利，也显示出在现代技术革命中材料举足轻重的地位。

　　农业现化的的坚强后盾

　　农业现代化是一场伟大的技术革命，它的核心是工具和其他技术手段的变革。农业现代化最显著的特征是要在生产中大量采用各种先进的工业技术和新材料，换句话说，现代化农业要由工业部门投入大量物资，用现代工业的装备武装农业。

　　农业现代化包括的内容很多，大体可归纳为：农业机械化、农业工厂化、农业电气化以及农业和技术装备的一体化。不言而喻，材料都是它们当中当然的“主角”。拿农业机械来说，它包括农田基本建设机械、耕作机械、排灌机械、植物保护机械、收获机械、农业运输机械、农副产品加工机械以及畜牧机械等等。

　　拖拉机是应用最广泛的一种农业机械。制造拖拉机不仅消耗材料多，而且要求零部件质量好、寿命长，这些零部件都要用性能优越的材料来制造。例如，生产一台自动联合收割机，仅钢材就需要两千多种不同规格的品种，其中优质钢材用得最多，约占整个钢材品种的25％。由于材料质量和设计制造水平的提高，使得拖拉机的结构和性能也得到不断改进。不但向大型化、大马力、高速度和高效率方向发展，还可对配套农具实现自动调节和控制。它除了能耕地、整地、播种外，根据需要，交换不同的农具，还能干推土、铲运、开沟、施肥、收获、割草等几十种工作。人们可能会问：这种拖拉机一定是几百马力的大家伙，行动都很笨拙吧？不，由于配有液压的自动伸缩、折叠机构，即便是碗口粗的农具，也能乖乖地折起三、五折，便于路上行驶。

　　作物成熟后，用自动联合收割机收割。这些收割机是由电子计算机控制的，不需要驾驶员操作，能完成前进方向的调整、割头高低的升降，到了地头还能自动转向。它的收割头，像一把大的理发轧刀，随着机器的运转，一割就是一大片。操作台上装有割脱监视器，收割机前进速度和脱粒部分能很好配合。装上不同的收割头，可以收割水稻、麦子、玉米、油菜、大豆、高粱等庄稼。这种收割机工作效率很高，每天能收割水稻几万斤，并能同时完成脱粒、清场、装包等工作，相当于一、二百个强壮劳动力的工作量。

　　新能源中的老问题

　　从70年代的能源危机以来，新能源的开发和节能技术引起了普遍重视。这些技术中除核反应堆已经进入实用阶段，其他都比较年轻。例如，太阳能、深层地热和氢能等还存在各种各样的问题。一些过去进展缓慢的领域，如煤的气化和液化，重新成为研究的重点。从目前的情况看，这些技术的突破，在很大程度上将依赖于新材料的进展，目前使用的材料大多不能满足苛刻的工作环境要求。

　　自从1957年第一座核电站运转以来，世界上已建成约300座核电站，1990年其发电量占总电量的10％。第一代核反应堆为重水堆、石墨气冷堆和轻水堆；第二代为高温气冷堆；第三代为快中子增殖堆。目前80％反应堆为轻水堆，而所用材料的要求一代比一代严格。

　　核反应堆材料涉及到核燃料、中子减速材料、中子反射材料、屏蔽材料和结构材料等，要求都很严格。对于高速增殖反应堆来说，未解决的问题更多。例如，装铀材料的细管使用有钼316的不锈钢制造，它遭受大量中子辐射，并与高化学活性的钠接触，环境极端恶劣，其寿命期使人担心。今后十年左右，初期建造的反应堆已面临分解处理复杂等问题，如何延长未来反应堆的寿命，是一项重点研究课题。1979年，美国三里岛核电站发生事故，舆论哗然。最后调查表明，是由于控制人员操纵错误而使含放射性的冷却水泄漏，与材料无直接关系，才平息了人们的议论。反之，如果材料上出现漏洞，核反应堆会被取缔。

　　太阳能利用是一项正在发展中的技术。日本已在春川县建成一座 1000千瓦的实验发电装置。太阳能是一种稀薄的能源，每平方米最多为一千瓦，而按目前太阳能装置的转换效率（约为10％），则只能获得0.1千瓦。唯一可行的办法是改进材料，提高反射镜的反射效率和集热效率。现在太阳能电池的转换效率有所提高，为约13％左右，但硅、镓半导体的价格很高，很难大规模使用。此外太阳能电站多位于沙漠和偏僻地区，输电材料也待改进。由此可见，太阳能的利用是否能够普及，有赖于材料科学家的努力。

　　地热发电始于意大利，至今已有一个多世纪的历史。今天地热电站已遍及新西兰、美国、日本和菲律宾等国。地热发电站的关键问题是耐腐蚀材料和高效率的热交换器。一般地热发电站利用的热源温度在 100℃以下，要通过低沸点的工质（如氟利昂）蒸汽才能带动汽轮机工作。近年来，美国在新墨西哥洲芬顿山开凿深井，利用热干岩的热量发电，引起了人们的注意。

　　热干岩发电工程分为两期，第一期1978年完成，由注水井和采热井组成的竖井对深度为3000米、底部有一块有效直径约60米的人工破碎岩石区，有效传热面积约8000平方米，当注入冷水后，可以采出温度200℃的热水，相当于每天4500千瓦的热能。

　　随后又开始规模更大的第二期计划，将井深由3000米增加到4000米。经过多次人工破碎作业，使总传热面积扩大到100～200万平方米，井底水温相应提高到250～275℃，这样竖井对提供的热量达到2～5万千瓦。竖井穿过层层的花岗岩达到了6000米的深度，注水井弯入采热井的底部，中间为相距330米高的人工破碎区。即使估计低一些，水温为160℃，所采的热量仍足以带动一台五万千瓦的发电机组，而发电余热还可供温室和取暖使用。

　　地下热水中经常含有硫酸钾、硫化氢等硫腐蚀物质，温度越高腐蚀越严重。竖井的使用寿命估计为25年，但目前的耐硫化钢可能维持不了如此长的使用期，这样将给维修带来很大的困难。现正在发展更好的耐硫化钢和寻找代用材料，可能陶瓷涂层有助于延长寿命。

　　氢作为一种新型能源也引起了人们重视。氢是一种无色、无嗅的可燃性气体，因此可做燃料使用。氢气一般用高压钢瓶储存，即使加压到150个大气压，所装氢气重量还不到钢瓶重量的百分之一，显然这种方法不适于工业上和生活上大量用氢的场合。

　　近年来普遍认为液氢是一种更理想的燃料，将氢气经 140个大气压压缩，同时用液氨或液态空气冷却，即可获得液氢。液氢是一种清洁的燃料，它的燃烧过程只产生水蒸汽及少量氧化氮，不会污染环境。航天飞机的主发动机使用的燃料为液氧和液氢，以液氢为燃料的汽车和飞机正在设计中。液氢使用中最大的问题是运输和储存，液氢必须储存在与空气隔绝的高压容器内，加以它的沸点在常压下为-253℃，许多金属在这样低的温度下都会发生脆化，所以必须采用超低温钢制造。同时为了隔热保冷，储箱外面包覆一层聚苯撑氧泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料或玻璃纤维套等，比普遍用的油箱复杂得多。

　　现在有一种新的储氢方法，就是利用某些合金与氢反应吸收大量氢气，吸氢量高达体积的数十倍或上千倍，而加热以后又很容易使氢气再释放出来，这些合金为钛合金、镧镍合金和镁镍合金等，所形成的金属氢化物是固体，因此储存时不需要高压和低温。这些合金材料对于氢的利用将起到重要的作用。

　　国防军事的当务之急

　　实现国防现代化，一个重要的标志是要使武器和装备现代化。具体地说，就是要有现代化的战略战术武器和先进的兵器；要有高度可靠的现代化指挥通信工具和情报侦察手段；还要有适应于现代化战争的后勤和工程支援。显然这一切都与材料结下了不解之缘。因为单就武器来讲，不论是常规武器（如弹药和坦克、军用飞机），还是现代化武器如原子弹、氢弹、中子弹、核潜艇等，哪一样都离不开材料，尤其是性能优异的新型材料。

　　让我们回顾一下，材料是怎样为坦克的“成长”创造条件的：

　　1916年，第一次世界大战期间，法国索玛河畔的战场上，英德两军用猛烈的炮火互相攻击，双方的士兵都隐蔽在战壕里，谁也不敢“越雷池一步”。9月15日黎明，英军又开始炮击，德军照常还击。突然，从英军阵地发出一阵阵的怪声。不一会，许多像大铁盒似的庞然大物向德军阵地直冲过来。这些大家伙没有轮子却能跑，炮弹不断从它的两侧飞出来。德军慌忙向它射击，可是子弹一碰上去就被反弹回来。这种能攻能防又能跑的怪物就是坦克。它一出现就在战场上显示出巨大的威力。

　　可是过了不久，所向披靡的英军坦克，出乎意料地被德军的一种特殊炮弹击穿了。英国分析了德国弹头的成分，发现里面含有钨这种元素，钨和钢中的碳结合，生成很硬的碳化钨，用这种合金制成的炮弹穿透力很强，所以能摧毁坦克。然而，“道高一尺，魔高一丈”。后来又有人在制造坦克装甲的钢中加进了钨、钼、钒等元素，它的硬度超过了钨钢炮弹，这种合金的防弹能力很强。现在的坦克装甲厚度达150～240毫米，采用铬锰硅钢或铬镍钼钢，经过热处理制成，可以经得住直径120毫米的炮弹轰击。但是增加装甲的厚度，坦克的重量也会增加。为了提高防弹能力和减轻重量，又出现了金属和非金属复合结构的装甲。

　　但是，任何武器和装备都不是无敌的，坦克也是这样，针对坦克装甲材料和结构的改进，又相继出现了许多反坦克武器，如反坦克手榴弹、反坦克火箭筒、反坦克炮、反坦克地雷等等。为了对付各种反坦克武器，坦克还在改进。例如，英国研制出一种名叫“乔巴姆”的新型坦克，它的装甲是由两层特殊钢板制成，中间装有玻璃纤维、超硬陶瓷和树脂。据说，这种装甲具有抵御各种反坦克武器的能力。

　　从每一代坦克和反坦克武器的交替出现，我们不难看出，战争中一种武器或装备的克敌制胜，在很大程度上是由制造这种武器、装备的材料决定的。这也说明，为了赢得战争的主动权和实现国防现代化，在国防建设和军事工程中，往往把新材料的研制作为当务之急，道理就在这里。

　　节能技术的突破

　　各工业大国在开发新能源的同时，普遍注意到节能技术，因为在工矿使用的能源中，几乎有一半的热量被作为废热排入大气和江海之中。日本1976年制订的“月光”计划中，把废热的回收利用作为重要的一环。从30～60℃的低温废水，直至700℃以上的加热炉煤气和1000℃的焦炭都规定了不同的余热回收方式。对400℃以下的废热以热管回收为主，更高温度的废热则利用热交换器回收。

　　充分发挥现有设备的潜力，尽可能达到极限效率也是节能的一种重要手段。“月光”计划中把一台高温燃气涡轮和一台汽轮机串联作为试验方案，这时燃气温度高达1500℃，普通涡轮叶片使用的镍钴基超级高温合金已无能为力了，必须采用氮化硅、碳化硅、塞龙（Si—AL—O—N化合物等）等精铸陶瓷才能满足要求。

　　改革传统设备，采用效率更高的新型发电设备和储能技术，也是节能中值得考虑的方式。

　　磁流体发电经过近20年的基础研究，已接近实用阶段。磁流体发电机是在约2500℃高温时，使等离子气体高速通过与其成直角方向的强磁场，不经过机械能，直接把热能变为电能而发电，这种发电方式不用旋转的机件，因此比蒸汽机热效率提高50％以上。

　　磁流体发电的最大问题是使用了高温氧化气体，同时为了改善导电性还加入了钾离子，必须是在恶劣环境中不起反应的材料才能胜任。目前，只能采用折中的方法，稍稍降低电极的表面温度，并在气体通道内铺覆耐火材料。所用电极材料只有陶瓷，如碳化硅、锆酸镧或铬酸镧等，所用绝热材料在温度较低部位为氧化铍和氧化铝，在高温部位为氧化镁。但是，这些材料还不够理想，有待于进一步改进。研究工作较早的前苏联，于1990年建成百万千瓦级的磁流体发电站。

　　飞轮的储能方式早已应用在发动机和压力机上，无论是电能和动能都可通过飞轮的旋转储蓄起来。在70年代一些国家就发展了大型飞轮储能系统，把夜间剩余的电力储入飞轮，以备白天高峰用电时使用。此外在电车和汽车上也可用飞轮把刹车能储蓄起来，以便在加速时使用，这些方面的研究工作正在进行。

　　飞轮的特点是旋转时必然产生动力损失，设计高性能飞轮应在选材和制造技术上考虑解决。使用碳纤维和聚芳酰胺纤维复合材料制造的飞轮转子，比使用金属制造的重量轻而强度高，因此提高了单位重量的储能。一种试验的复合材料飞轮，轮缘用的是碳纤维—环氧复合材料，而轮辐用的是聚芳酰胺—环氧复合材料。一个大规模的飞轮储能系统，占地面积半英亩（2000平方米），共有36个直径为2.1米的竖井，竖井分为八层，每层放置五个飞轮，总计使用飞轮1440个，共储能1600千瓦时。

　　目前复合材料强度高，但成形困难，价格较贵，因此在大规模使用上受到限制。从以上介绍可以看出：在未来的能源工程中陶瓷材料和复合材料会被首先考虑。

　　科学实验的先锋

　　科学实验是在生产斗争的基础上发展起来的一项独立的社会实践活动，它是科学研究工作的主要组成部分。自从自然科学运用了实验方法以后，人们除了通过生产实践和从对自然界的直接观察中来认识自然规律外，还可以凭借各种实验手段和仪器设备，更深刻地揭示自然界的本质，推动科学技术的发展。如果没有先进的科学仪器和设备，即使再有本领的科学家也只能束手无策，而每一种仪器设备都是由各种材料、特别是新型材料制成的。例如，电子显微镜、射电望远镜、高能加速器、电子计算机，这些标志着现代科学技术水平的仪器，都是由金属、非金属、晶体、电磁、热敏、光电、激光、红外、合成以及复合材料制成的。科学工作者有了用这些材料制成的仪器和设备，就如同作家使用笔和纸一样，可以“胸藏万卷凭吞吐，笔者千钧任施张”了。

　　另一方面，材料在科学研究工作中的地位也是首当其冲的。例如，自从1990年发现第一个激光工作介质以来，已经发现和研制了一百多种能产生激光的晶体材料，为激光科研提供了必要的物质前提。从科学和技术的关系来看，材料往往是科学理论过渡到技术应用的成败关键，它直接影响着很多重大科技领域的进展。例如，60年代前后，美国曾为发展核能飞机集中了大量人力和财力进行研究。经过了几年努力，终因材料问题无法解决，而使这项工作告吹。这也表明，没有适用的材料，科学家将无所作为。

　　科学理论早已过关，但因缺少材料不能在技术上推广应用的也不乏其例。这可以通过低温超导体的科研情况说明。

　　1911年，荷兰物理学家翁纳斯在研究水银的低温性能时，发现了一个奇迹。当温度下降到-269℃，水银的电阻突然消失了，这种现象就叫超导现象，具有超导性质的材料就叫超导体。电气工程师们一直幻想着，有一天获得没有电阻的导线，超导现象的发现，终于为他们打开了希望之门。

　　然而，几十年过去了，由于没有找到高转变温度、高临界磁场和高电流密度的超导材料，使这一科研项目一直停留在实验阶段，得不到推广应用。自从60年初，研制出合格的铌锡合金超导材料以后，才使得超导输电、超导磁场得以实现，“超导”才在技术上崭新露头角。现在，已经发现有近30种金属、上千种合金和化合物具有超导性。“超导”已经发展成为一项专门技术，在电机、输配电、交通运输、核物理、空间、电子等科技领域，展现出诱人的前景。例如，利用超导电缆输送电力，在几乎没有损耗的情况下，把电流输送到千里之外；用超导体制成磁场强度为15～20高斯的电磁体，只有几十公斤重，若用铜导体制成这样的电磁体，重量有好几吨；超导体还可制成时速为500公里的超导磁悬浮列车，按这个速度计算，从北京到上海只需三个多小时。

　　丰富多彩的材料世界

　　有人对当今浩瀚的材料世界进行过粗略统计，70年代登记的新老材料达到25万种，到1980年登记的材料总和已有36万种，并且每年还以5％的增长率增加。如果把形形色色的材料按化学组成分类，可以分为金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料三大类。它们鼎足而立，构成了材料世界的

　　“三大家族”。如果从使用角度看，不论上面哪一种材料，都可以归纳为两大类：一类叫做结构材料，主要是利用它们的强度、韧性、硬度、弹性等机械性能；另一类是功能材料，是利用它们所具有的电、光、磁、热等功能和物理效应。当然，上述各种材料之间也存在着交叉关系。例如，复合材料就把金属和非金属结合了起来；非晶态金属则介于金属与非金属之间。此外，还有按材料的用途分类的，如建筑材料、耐火材料、电工材料、光学材料、感光材料等；按材料的物理效应与功能分类，如电压材料、热电材料、电光材料、声光材料、激光材料等等。

　　综合以上分类方法和材料使用状况。让我们到这广阔的材料世界里去漫游一番吧！

上一篇 【目录】 下一篇