书城科普读物科学奥秘丛书-新材料与新能源
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第2章 中国的材料之星——陶瓷(2)

显然,展览馆中的防盗报警装置在这次擒贼行动中起了很大作用。或许你已经在影视片中见识过类似装置的功效,比方说红外线防盗报警装置等,然而这种装置有两个缺点。一是敌我不分,不管是谁,只要一进入“禁区”,立即警铃大作。这不但限制了警卫人员的行动范围,而且可让盗贼制造假警报,使得警卫人员疲于奔命,松懈警惕,他们便乘机作案。二是目标暴露,易于被盗贼破坏。在著名的河南开封“九·一八”文物盗窃大案中,盗贼就是使报警器失效而得手的。

然而,在我们这次名画展览中,使用的是另一种防盗报警装置,它完全克服了上述两个缺点,因为这种装置使用了一种“夹丝防盗玻璃”。说起它的原理,其实并不复杂。在这种玻璃内夹有一层极细的肉眼无法观察到的金属丝网,它完全不影响玻璃的透明程度。把这种玻璃镶嵌在镜框或展柜上,让金属丝网接通电源,并与自动报警器的开关相连。窃贼在划玻璃时必然会碰到金属丝网,于是报警器自动打开,发出警报,窃贼只有束手就擒。

这种“夹丝防盗玻璃”拥有广泛的用途,凡是存放文物、珠宝、钱财、票证、图纸和重要文件的地方都可以采用,而且它还能起到“欲擒故纵”的作用,让窃贼自动上钩。

20世纪初,法国化学家别涅迪克完成了实验正在打扫工作场所,不知怎的,一不留意,他把一只长颈薄玻璃烧瓶碰落到地上。然而,意外的是,烧瓶没有跌碎,只不过是瓶壁上布满了裂纹。长期的科学实践培养了他善于思考的习惯和深邃的洞察力。他从不放过身边的意外事情,处处做个“有心人”。尽管这时他正忙着,来不及仔细研究,但他还是在烧瓶上贴了张小纸条,上面写着:“1903年11月,这烧瓶从3米半高的地方跌下来,拾起来就是这个样子。”几年后,报纸上披露了一则车祸消息:一辆公共汽车不慎撞在电线杆上,车窗玻璃的碎片击伤了司机和乘客。记者呼吁:应该研制一种碎了也不伤人的车窗玻璃,以免流血事件重演。

别涅迪克看到了这则消息,心里有了主意。他想起了那只布满裂纹的烧瓶,便赶紧从积着厚厚灰尘的角落里把它找了出来。经过仔细研究,他终于弄清了这是一只装过硝化纤维素溶液的烧瓶,瓶壁上结了一层胶膜,所以当初烧瓶没有跌得粉碎。拣回来的烧瓶给别涅迪克带来了启发。对,让胶膜和玻璃紧密合作,取长补短,相得益彰。于是,一种新型的“夹层玻璃”发明了。

一般夹层玻璃都是三层,即在两层玻璃间夹一层弹性的透明材料,如赛璐珞、聚乙烯醇缩丁醛等塑料,使它们相互粘结起来。也有做成五层的,即在三层玻璃间夹两层弹性的透明材料。还有的在玻璃表面敷设透明的电热材料,这不仅可以使玻璃在破碎时不起碎片,还可以通电发热,用它来作为飞机座舱玻璃和汽车挡风玻璃,可避免发生结霜现象或迅速化解结霜。夹层玻璃装在坦克车的了望孔上,不但不容易被枪弹击穿,即使击穿了,也只是在弹孔的周围出现网状裂纹,不会飞出碎片,所以夹层玻璃又称“防弹玻璃”或“不碎玻璃”。目前,夹层玻璃已经有了很大发展。夹层中可以使用各种各样的材料。如70年代英国科学家在夹层中夹入一种钛金属薄片,制成的夹层玻璃具有高抗冲击力、抗贯穿、耐高温的特性。

你是否说过大名鼎鼎的“钢化玻璃”。是的,钢化玻璃有钢一样的坚硬倔强的脾气。一个800克的钢球从1米高处落到6毫米厚的钢化玻璃上,钢化玻璃丝毫不受损害。要是普通玻璃,即使10张叠在一起,也会被砸得粉身碎骨。钢化玻璃的抗弯能力比普通玻璃大5~7倍。如果将一块钢化玻璃在两端支撑起来,中间悬空,站上两个彪形大汉,玻璃会被压成弧形,但不会断裂。

那么,如何把玻璃“钢化”呢?原来,这是玻璃向钢铁“学习”的结果。把一块烧红的钢铁迅速投入水中,“哧”的一声,钢铁就变硬了。这种热处理方法称为淬火。人们想,玻璃是否也能淬火呢?不妨试试。先将普通的平板玻璃按照要求的尺寸裁好,将其加热到高温,再立即吹风,让它迅速而均匀地冷却下来。这时,玻璃的表层猛烈地收缩,使玻璃表面均匀地布满压缩应力。当这种玻璃以后受到拉力时,其表面的压缩应力可以抵消一部分拉力,从而提高了玻璃的强度。这就是钢化玻璃能像钢铁一样抗冲击力的原因。

现在还有运用化学方法来制造钢化玻璃的。将普通玻璃浸在某些熔融盐里面,在其表面生成一层透明的化合物,同样使玻璃表面受到压缩应力,这样制成的钢化玻璃比淬火法生产的钢化玻璃强度要高得多。

钢化玻璃的厚度一般都在3毫米以上,这种钢化效果比较好。钢化玻璃一旦制成,就不能再裁切,否则会使玻璃破裂。钢化玻璃也是安全玻璃,主要是因为它不碎则已,一碎就粉身碎骨,碎粒没有尖锐的棱角,不会伤人。因此钢化玻璃适合于制成车辆的挡风玻璃、建筑物的门窗、大型吊灯的灯罩和茶杯、台板玻璃等日常用品。钢化玻璃还能代替钢铁作为制造机械零部件的材料,如制造搅拌机的叶片、仪表中的玻璃元件等。

80年代初,我国第一幢使用玻璃幕墙的高层建筑——长城饭店在高楼林立的北京城中异军突起,为首都的城市建筑增添了风采。自那以来,玻璃幕墙建筑在祖国大地如雨后春笋般地出现,使我国的城市美景显得更加绚丽多彩。那么,什么是玻璃幕墙呢?玻璃幕墙是指作为建筑外墙装潢的镜面玻璃,这种镜面玻璃实质上是在钢化玻璃上涂上一层极薄的金属或金属氧化物薄膜而制成的。它呈现金、银、古铜等颜色,既能像镜子一样反射光线,又能像玻璃一样透过光线。如果你在大楼外面,会看到玻璃幕墙上展现出一幅蓝天、白云和车水马龙的连续变幻的画卷。

现代化高层建筑的玻璃幕墙还运用由镜面玻璃加普通玻璃的组合,隔层充入干燥空气的中空玻璃。中空玻璃有双层和三层两种。前者由两层玻璃加密封框架,形成一个夹层空间;后者由三层玻璃封成两个夹层空间。中空玻璃具有隔音、隔热、防结霜、防潮、抗风压强度大等优点。据测量,当室外温度为-10℃时,单层玻璃窗前的温度为-2℃,而使用三层中空玻璃的室内温度为13℃。在夏天,双层中空玻璃可以挡住90%的太阳辐射热。阳光依然可以透过玻璃幕墙,但晒在身上不会感到炎热。所以,使用中空玻璃幕墙的室内可以做到冬暖夏凉,生活环境非常舒适。

玻璃幕墙诞生至今已有70年的历史,它曾走过一段崎岖曲折的道路。早期玻璃幕墙建筑中的住户曾遭受过严寒酷暑的折磨,也发生过因玻璃强度不够而引起的破碎、倒塌事故。经过不断的技术改进,特别是采用了颜色玻璃、中空玻璃等新产品,玻璃幕墙的性能不断得到提高,安全性不断加强,使它也跻身于安全玻璃的行列。如新近建成的上海兰生大厦,其玻璃幕墙的抗风压力已达到6.27×107帕。

高科技的发展使得幕墙的材质由单一材料走向复合材料,出现了将玻璃和彩色不锈钢、铝合金、大理石板、搪瓷烧结结构等材料组合而成的幕墙,这不仅减轻了高层建筑的自重,而且使我们的城市变得更加光彩夺目,绚丽多姿!

异军突起的微晶玻璃

微晶玻璃是玻璃家族中的一个与众不同的成员。它具有与普通玻璃不同的结构,生就一种特殊的性格。它硬度高,抗弯强度是普通玻璃的7~12倍。它耐高温性能好,软化温度高达1000℃,即使达到900℃高温,突然投入水中也不会炸裂。它的膨胀系数可以调节,甚至可使其膨胀系数为零。它不但电性能优异,还可以用来制作雕刻艺术品,在它身上打出成千上万个微孔也不是一件难事。所以,微晶玻璃在生产中有许多独特的应用。

那么,怎么发明的微晶玻璃呢?50年代初,在世界上享有盛誉的美国康宁玻璃公司为了开发新型玻璃,抽调一批精干的科研人员,组成了研究发展中心。化学家斯托凯受命在该中心负责研制含微量银的感光玻璃。所谓感光玻璃,就是一种能感光显色的新型玻璃。这种玻璃经紫外线照射感光后,再经热处理,就能显示出美丽的影像,不但色泽鲜艳,而且永不褪色。