书城科普读物探索未知丛书-化学天地一
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第46章 为什么陶瓷可以做榔头、剪刀

陶瓷给人们的印象总是很脆的。一只陶瓷碗碟掉在地上就会“粉身碎骨”。那么,陶瓷怎么还能做成榔头,去锤打铁钉呢?或用来制成锋利的剪刀切肉、切菜呢?原来这是科学家制出来的一种打不碎的“韧性”陶瓷。

科学家在对陶瓷的长期研究中发现,陶瓷里面往往存在着一些微细裂纹,当它受到外力作用时,这些细微裂纹便会不断扩展,并汇集起来,变成粗大的裂纹,最后使它“粉身碎骨”。因此,只要不让陶瓷中的微细裂纹扩展,就可以做出一种打不碎的陶瓷。

科学家在氧化锆陶瓷的原料中添加了少量的氧化钇、氧化镁、氧化钙等粉末,经高温烧制成氧化锆陶瓷后,其中的氧化锆生成两种晶体:立方晶体和四方晶体。当它受到外力作用时,四方晶体会变成一种单斜晶体。由于晶体的体积增大,阻止了陶瓷就不会破裂了。现在已经用这种陶瓷来代替钢铁制造的菜刀、剪刀等生活用具。因此,有人称它为“陶瓷钢”。

此外,还可以先将陶瓷制成一种纤维,然后与陶瓷基体材料混合,制成一种纤维补强陶瓷。这种复合陶瓷在受到外力作用时,混杂在陶瓷基体材料中的陶瓷纤维能起一定的缓冲作用。

“韧性”陶瓷除了具有不脆的优点外,还具有强度大、硬度高、不怕化学腐蚀等优点。例如,氧化锆韧性陶瓷的抗弯强度可与高强度合金钢媲美;它的硬度也很高,是世界上最坚硬的材料之一;它的耐腐蚀性也十分优良。因此,韧性陶瓷在工农业生产、国防等许多方面有着十分广泛的用途。

韧性陶瓷可制成菜刀、剪刀、开瓶器、螺丝刀、榔头、锯子、斧头等日用工具。用陶瓷菜刀切食物,不会在食物上留下令人讨厌的铁腥味,这特别适合于用来切制生吃食物和熟食。陶瓷剪刀的锋利程度并不亚于金属剪刀,可以用来剪纸张、绸布。由于它不会带磁性,特别适合于剪接录音磁带和录像磁带。韧性陶瓷还可用来做手表壳,它的硬度比不锈钢表壳高5倍,而重量却比它轻1/3。氧化铝韧陶瓷可制成加工金属用的切削刀具、防弹盔甲、人造骨骼和关节等。

但是,材料科学家对韧性陶瓷最感兴趣的是用它来代替金属材料制造发动机。

由于陶瓷能耐很高的温度,用它制造的发动机可以不要冷却供水系统,使发动机的体积大大减小,重量大大减轻。它的最突出的优点是发动机的热效率可达到50%左右,用同样多的燃料,可使汽车多跑30%的路程,因此,被称之为“节能型”发动机。