如果有人問,飛機是用什么制造的?你一定會毫不猶豫地回答:是鋁鎂合金。
是的,鋁鎂合金又輕又結實,在飛機制造業上耐實立下了汗馬功勞,直到現在,它還是制造許多飛行工具的主要材料。
但是,隨著航空工業的發展,飛機的飛行速度越來越快,與飛機表面相接觸的一層空氣,由于摩擦生熱而使飛機表面的速度越升越高。這時候,鋁鎂合金就吃不消了,強度將迅速降低。事實證明,允許最高工作溫度僅攝氏二百度左右的鋁合金,根本不能用來制造飛行速度超過音速兩倍半的噴氣式飛機;而用耐熱的不銹鋼來制造又太笨重。
那究竟用什么材料呢?
那么,鈦都有哪些優異的性能呢?
鈦最珍貴的特點是比重小,強度大,這方面它的性能比鈹還要優越。舉例來說,鈦比鐵強韌得多,比重卻只有鐵的一半多一點,而且不會生銹。鈦比鋁稍微重一點,強度卻比鋁大三倍,它的耐熱本領也遠遠大于鋁。鈦的比強度——強度和比重的比值——是不銹鋼的三倍半,鋁合金的一點三倍,鎂合金的一點六倍,是目前所有金屬材料中最高的。
鈦合金既能經受住攝氏四五百度以上高溫的鍛煉(這點鋁合金和不銹剛差遠了,鋁在攝氏一百五十度、不銹鋼在攝氏三百一十度時都會喪失原來的優良性能),又能抗得起攝氏零下一百多度低溫的考驗。因此,鈦和鈦合金已經成為制造飛機、槍炮、船艦等現代武器不可映少的材料。
比如,現代超音速噴氣式飛機的發動機以及機身中的防火壁、機架、艙蓋等,大部分就是用鈦合金來制造的,一架巨型噴氣式運輸機上有上百萬個緊固件,其中用鈦量可達幾噸甚至幾十噸。有些超音速遠程截擊機,用鈦量占它結構總量的百分之九十五,所以得到了“鈦飛機”的稱號。
既輕便又強韌的鈦和鈦合金,還可用來制造自動步槍、迫擊炮以及裝甲車、坦克的某些零件。這樣做有很多好處,比如用鈦合金代替鋼材制造坦克的懸吊裝置和履帶之后,一下子就可以減輕重量百分之四十,這對提高坦克的作戰機動能力不是太有用了嗎?
飛機之外,火箭、導彈、宇宙飛船等對制作材料提出了更多更高更嚴格的要求。在這方面,又是既輕又強韌,并且在高、低溫條件都具有良好性能的鈦發揮了作用。
這些年來,人們研究和試制了許多新型的鈦合金,抗拉強度都在每平方毫米一百公斤之上。這類高強度的鈦合金究竟用來干什么呢?
現在,鈦和鈦合金主要用來制造火箭、導彈的燃料和氧化劑的儲存箱以及其他高壓容器。另外,大量的鈦被用來制造火箭,導彈的外殼,及宇宙飛船的船艙等。
你們也許知道,對于上天的火箭、導彈和宇宙飛船來說,重量實在是特別需耍精細計算的。在火箭、導彈、宇宙飛船上使用鈦和鈦合金代替鋼材后,體重可以減輕幾十到幾百公斤,這樣一點點的“減輕”就能很好改善它們的飛行性能。比如,遠程導彈每減輕一公斤,可以增加射程七點七公里,末級火箭每減輕一公斤,可以減少三十到一百公斤的發射總重量,射程可增加十五公里以上。由于重量減輕,還能節省大量昂貴的高級燃料,降低建造和發射的費用。這樣你就明白了,把鈦稱之為“空間金屬”是當之無愧的。
鈦的抗蝕本領比不銹鋼強多了。在常溫下,鈦可以安然無恙地躺在各種強酸強堿的溶液中。就連最兇猛的酸——王水,也奈何不了它。特別在對海水的耐蝕性方面,鈦的能力更強,可與大名鼎鼎的白金相媲美。
有人曾經把一塊鈦片沉到海底,五年以后取出來一看,上面粘了許多小動物和海底植物,卻一點也沒生銹,依舊亮閃閃的。
鈦耐腐蝕,所以在化學工業上常常要用到它。過去,化學反應器中裝熱硝酸的部件都用的是不銹鋼。不銹鋼也怕那強烈的腐蝕劑——熱硝酸,每隔半年,這種部件都要統統換掉。部件本身倒不貴,但每次更換時所花的費用和因停工而帶來的損失,要比部件的價格高許多倍。現在,用鈦來制造這些,雖然成本比不銹鋼貴一些,但是它可以連續不斷地工作五年,計算起來反而劃算得多。
大家都看過電影,可你們知道嗎,在電影的底片和正片制作中,要經過多道工序,需用多種強酸強堿藥物,它們對洗印設備腐蝕十分嚴重。1980年西安電影制片廠首先在洗印設備上試用鈦材,結果,過去幾個月就被腐蝕平的送片齒輪,改用鈦制齒輪后,運轉一年多時間,絲毫沒有腐蝕。
大家都知道,船艦終年航行在茫茫的大海上,水下部分必須是除銹涂漆的,否則很快就會變成“破銅爛鐵”。而如果用鈦和鈦合金來制造軍艦、潛艇、船舶的部件,那就可以避免這類麻煩和損失。用鈦制造的潛水艇,重量減輕了,可比不銹鋼制造的潛水艇潛水的深度增加百分之八十,達到四千五百米以上。
鈦對液體和固體的東西都不感興趣,王水也奈何不了它,然而,鈦對氣體卻十分投緣,喜歡跟氮、氧、氫、二氧化碳、水蒸氣、甲烷等許多氣體相結合。
這個“怪脾氣”可以為我們服務。
你不是已經不止一次地欣賞過節日夜晚五光十色的焰火嗎?這里就有鈦的一份功勞。當鈦粉和氧氣迅速結合而燃燒的時候,能夠產生強烈的高溫和光輝。焰火不但可以在節日里增強歡樂的氣氛,而且可以作為軍事上的信號彈,用來指示目標或傳達命令。在弧光燈中加進適量的鈦的化合物,可以增加它的亮度。
利用鈦對空氣的強大吸收力,可以除去空氣,造成真空。比如說,利用鈦制成的真空泵,可以把空氣抽到只剩下十萬萬萬分之一。
在冶金工業中,加少量的鈦到鋼或其他金屬里,“吃掉”里面的氣體和雜質,能夠起到很好的脫氧除氮的作用,還能消除硫的有害影響,從而改善鋼和其他合金的機械性能,提高它們的抗蝕能力。
教室的墻壁是白的,雪是白的,紙張是白的,世界上有很多東西是白的,可你們知道世界上最白的東西是什么嗎?
世界上最白的東西是二氧化鈦,它是一種雪白的粉末,是最好的白色顏料,俗稱鈦白。以前,人們開采鈦礦,主要目的便是為了獲得二氧化鈦。鈦白有很強的粘附力,在常溫下很穩定,永遠是雪白雪白的,特別可貴的是鈦白無毒,不會對人體造成傷害。
一克二氧化鈦可以把四百五十多乎方厘米的面積涂得雪白。它比常用的白顏料——鋅鋇白還要白五倍,因而是調制白油漆的最好顏料。世界上用作顏料的二氧化鈦,一年多到幾十萬噸。二氧化鈦可以加在紙里,使紙變白而且不透明,因此,鈔票紙和美術用品紙中都要加二氧化鈦。在橡膠工業上,二氧化鈦還被用作為白色的橡膠的填料。
喜歡讀課外書的同學也許會知道:在海洋里,魚類一般都是成群結隊地游來游去。當漁民駕駛著漁船來到時,它們便躲到了水下,然而,漁民卻對它們躲的地方清清楚楚,準確地撒下了魚網。那么,漁民是怎么知道魚群躲的地方呢?
說來也簡單,漁民有一個“寶貝”,它有一雙銳利的“水下眼睛”,能透過海水“看到”魚群的位置,再把這個消息報告給漁民,它的名字叫魚群探測儀。
為什么魚群探測儀會有這么一雙銳利的“水下眼睛”呢?
原來,魚群探測儀里有一種叫作鈦酸鋇的物質,鈦酸鋇的晶體有這么一個特別的脾氣:當人們把它放在超聲波中時,由于超聲波對物體會產生一定的壓力,它受到壓力就會產生電流;相反,當人們給它通電時,它又可以產生超聲波。它的脾氣真是怪極了。
利用鈦酸鋇的這個怪脾氣,人們制成了魚群探測儀。漁民先讓高頻電流通過鈦酸鋇的晶體,就產生了超聲波,超聲波可以在水中傳播,當超聲波碰到魚群的時俟,它們中的一部分就被魚群擋了回來,鈦酸鋇接收到返回的超聲波后,就會產生電流。這時,記時裝置會記下超聲波往返的時間,乘上超聲波的速度,就可以計算出魚群與漁船之間的距離。魚群探測儀就是這樣發現魚群的位置的。
此外,用鈦酸鋇還可以做成水底探測儀,它也有銳利的“水下眼睛”,它不只能看到魚群,而且還可以看到水底下的暗礁、冰山和敵人的潛水艇等。









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