书城科普世界文化博览(第二册)
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第30章 资源的开发和利用(2)

早期的瓷器出现在约公元前16世纪的商代中期。该时期的瓷器因为胎体和釉层的烧制工艺都尚显粗糙,烧制温度也比较低,表现出原始性和过渡性,故被称为原始瓷。

琳琅满目的瓷器世界

东汉时期,北方人民南迁以及厚葬之风的盛行,促进了中国制瓷技术的发展。以中国浙江上虞为中心的地区,因其得天独厚的条件成为中国瓷器的发源地,著名的青釉水波纹四系罐就是这里出土的。

唐代瓷器的制作工艺高度成熟;宋代制瓷业蓬勃发展,名窑涌现;明清时代从制坯、装饰、施釉到烧成,技术上都超过前代。清朝时,彩瓷的种类很多,从烧造工艺上来区分,除青花、釉里红等釉下彩之外,还可以分为釉上彩和釉上釉下混合彩两大类。

釉上彩是先烧成白釉瓷器,在白釉上进行彩绘,再入彩炉低温二次烧成。釉上五彩、粉彩、珐琅彩都是釉上彩。釉上釉下混合彩是先烧成釉下彩,即在瓷胎上直接绘画图案,罩透明釉高温一次烧成,然后再在适当的部位涂绘釉上彩,入炉低温二次烧成。青花矾红彩、斗彩、青花五彩都属于釉上釉下混合彩。

瓷器主要有青花类、色釉瓷类、彩瓷类三大系列。陶瓷中的王子——紫砂紫砂是一种介于陶器与瓷器之间的陶瓷制品,结构致密,强度较大,构成颗粒细小。它光滑平整的表面,因含有小颗粒状的变化而表现出一种砂质效果。

紫砂充分体现了泥的本色,它的器形千变万化,但个个都表现出一种色泽温润的儒雅风韵。

紫砂极其珍贵,在宜兴紫砂器中,最受称颂的是紫砂茶壶。

紫砂的出名得益于明代一位叫供春的制壶艺人,现在国家博物馆里还珍藏着一把由他制作的紫砂壶。

高速“繁殖”的特种陶瓷

特种陶瓷又称精细陶瓷,是在现代化生产和科学技术的推动、培育下发展起来的,并迅速更新,新品层出不穷。它们所用的主要原料不再是黏土、长石、石英,而更多地采用纯粹的氧化物和具有特殊性能的原料。特种陶瓷不同的化学组成和组织结构决定了它特殊的性质,如高强度、高硬度、高韧性、耐腐蚀、导电、绝缘、透光等,广泛应用于机械、电子、化工、冶炼、能源、医学、核反应、宇航等诸多领域。

铝——曾经比黄金还贵的金属

铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅,居第三位,是地壳中含量最丰富的金属元素。铝是当今最常用的工业金属之一,它质地软,强度小,延展性良好,可拉成细丝和轧成箔片,大量用于电线、电缆制造业,无线电工业以及包装业,是国民经济发展的重要基础原材料。

铝的“出生证”

铝以化合态的形式存在于各种岩石或矿石里,提炼相当困难。100多年前,铝的价格是黄金价格的三倍,就连拿破仑三世也只有一套铝制餐具。

17世纪,德国化学家斯塔尔发现明矾内含有一种特别的物质。1754年,他的学生马格拉夫从中分离出了矾土,也就是氧化铝。

1825年,丹麦科学家奥斯特用钾汞还原无水氯化铝,提取出了不纯的金属铝。

1827年,德国化学家维勒用金属钾还原氯化铝,终于得到了较为纯净的铝,为铝领到“出生证”。

铝的批量生产和普及

1854年,法国人德维尔在炼铝的方法上取得了较大突破,在他的指导下,热维利亚兵工厂终于生产出了第一批铝锭虽然德维尔为铝的批量生产作出了重要贡献,但铝极其昂贵的造价决定了它只能用于打造首饰。直到1886年,两个大学生——美国的豪尔和法国的埃罗分别用电解法制造出了铝,铝的使用才得以普及。

铝中新秀——铝合金

铝与其他金属按一定比例混合,形成坚硬的铝合金,这种合金密度低,但比强度高,接近甚至超过优质钢;塑性好,可加工成各种型材;具有优良的导电性、导热性和抗蚀性,工业上广泛使用,使用量仅次于钢。

据统计,一架飞机大约有50万个铝合金铆钉。用铝和铝合金作为材料制造的飞机元件重量占飞机总重量的70%。

铁是怎样炼成的

铁是浩瀚宇宙中普遍存在的一种重要元素,在地球的生物进化过程中也至关重要。目前,铁的主要来源是蕴藏在地表层的铁矿石。生铁冶炼技术是冶铁术的起源,它的出现,为古代人类带来了更新更好的生产工具——铁器,大大提高了生产力,促进了社会的发展。

生铁是怎样炼成的

据历史记载,最早的生铁冶炼技术出现在中国的春秋晚期,比欧洲早1900年。冶炼生铁的关键是提高炉温。冶铁者发明了有几个入风口的冶铁炉,用好几只皮囊同时鼓风,把炉温提高到1200至1300摄氏度,使铁矿石化为铁水,再把铁水注入铸范,制成器具。

到了战国时期,生铁冶炼技术有了进一步提高,规模大的冶炼场甚至有几百名工匠。各国都出现了冶铁中心,最著名的有赵国的邯郸、魏国的棠溪和楚国的宛。约公元前500年,楚国人已经有了“渗碳制钢技术”,使得铁制工具开始被广泛使用。

随着社会发展的需要,铁的深加工——炼钢业问世,并迅猛发展。钢的含碳量为0.05%至2.0%,它的机械强度和韧性较高,还具有耐热、耐腐蚀、耐磨等特殊性能。

目前人们习惯将钢与铁合称为钢铁。钢分很多种,按所含成分的不同,钢有碳钢、低合金钢、高合金钢等;按产品形状,钢有形钢、棒钢、板钢等。

中国是世界第一大钢铁生产国,荷兰的米塔尔钢铁公司则是世界最大的钢铁企业集团。

钛的利用

钛是一种用途广泛而又不易冶炼的金属。伴随着科技的进步,钛金属和钛合金的应用更加广泛。钛合金成为制造飞机和航天器的主要材料。

21世纪的金属

钛在地壳中的含量约为0.6%,仅次于铝、铁、钙、钠、钾和镁,居金属含量的第七位。1791年,英国化学家格雷戈尔发现了钛元素,但直到1910年,英国人亨特才第一次在爆炸器中用钠还原四氧化钛,制得不到1克的纯金属钛。因为钛在高温下化学性质活泼,所以必须在与空气和水相隔绝的环境中进行冶炼,在真空或稀有气体中提纯。由于冶炼困难,所以直到1947年,全世界才生产出2吨钛。

钛比重小,仅为钢的一半,但强度比钢高。它抗腐蚀性强,甚至能抗王水的腐蚀;熔点高,比黄金还高600摄氏度左右。综合性能如此优异的金属是极其少见的,因此,钛受到科学家们的重视。钛高强度、小比重的性能,使它特别适合作为超音速飞机和航天器的材料。钛的耐高温性能好,是制造涡轮喷气发动机的理想材料。由于良好的抗腐蚀性能,钛可用来制造深海潜艇,去探索海底的秘密。钛也可用于制造化工行业的反应器等设备。

但是目前钛的冶炼还很困难,产量很低。如果在冶炼技术上取得突破,钛就有可能代替钢铁成为21世纪应用最广泛的金属,因而它被称为“21世纪的金属”。

制造飞行器的钛合金

以钛为基本金属元素加入其他合金元素组成的合金称作钛合金。钛合金可分为结构钛合金和耐热钛合金,或α型钛合金、β型钛合金和α+β型钛合金。钛合金按组织可分三类:钛中加入铝和锡元素;钛中加入铝铬钼钒等合金元素;钛中加入铝和钒等元素。

钛合金主要用于制作飞机发动机、压气机部件,以及火箭、导弹和高速飞机的结构件。20世纪60年代中期,钛及其合金已在一般工业中应用,用于制作电解工业的电极,发电站的冷凝器,石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置等。此外还用于生产贮氢材料和形状记忆合金等。

钛合金是一种新型结构材料,它具有良好的综合性能,如密度小,抗强度和抗断裂韧性高,疲劳强度和抗裂纹扩展能力好,低温韧性良好,抗蚀性能优异等。某些钛合金的最高工作温度为550摄氏度,预期可达700摄氏度。因此,它在航空、航天、汽车、造船等工业部门被日益广泛地应用,是较为理想的航天工程结构材料。全世界钛产量中约80%用于航空和宇航工业,主要用于制造机身、机翼、蒙皮和承力构件。

形状记忆合金——“永不忘本”的神奇材料

形状记忆合金是具有神奇“记忆”本领的新型功能材料。一般的金属材料在外力作用下会产生永久性的塑性变形。但是形状记忆合金在发生了塑性变形后,加热到一定温度,还会恢复原状。