第一部分 材料
忠實的衛士
由於火箭、人造衛星、航天飛機等尖端技術產品的飛速發展,材料正麵臨著高溫的嚴峻考驗。火箭噴出的高速烈焰的溫度要超過2000℃,洲際導彈和航天飛機從外層空間返回大氣層時,頭部與空氣劇烈摩擦,可產生5000~10000℃的高溫。這是任何金屬材料都無法承受的。鎳基耐熱合金隻能在1000℃左右的條件下工作,況且,單靠提高金屬材料的耐熱性也有一定的限度。
那麼,該怎麼辦呢?你看,煉鋼工人穿著石棉工作服,可以擋住灼熱鋼水的烘烤。能否給在高溫下工作的零件也穿上一件“隔熱衣服”呢?能!這就是高溫隔熱塗層。高溫隔熱塗層是用導熱係數很低的耐高溫氧化物,如氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦及其他的耐火化合物,用噴塗的辦法塗覆在金屬表麵而形成的。
高溫隔熱塗層廣泛應用於航空航天技術領域及其他需隔離高溫的場合,如航空發動機、火箭和導彈的噴管、燃燒室、發射台支架及宇宙飛船的許多高溫部位。日本發射人造衛星用的大型火箭的發動機燃燒室已成功地應用了氧化鋁和氧化鋯隔熱塗層。美國在一種火箭的大型鉬合金噴管上,噴塗五層由氧化鋯和鉬組成的梯度複合隔熱塗料,增加了塗層與噴管之間的結合力和隔熱能力,在2370℃高溫下仍能正常工作。
我們知道,能夠導電的物體叫導體,不能導電的物體則稱為絕緣體。石墨、金屬和酸、堿、鹽的水溶液等都是導體,玻璃、陶瓷、橡膠、塑料等都是絕緣體。要讓電流在導體中流動,一定要有絕緣體來限製電流,不讓它流到不該去的地方,以免造成各種事故。導體和絕緣體的導電性能雖然截然相反,但它們又相輔相成,無法分離。
你看,用銅、鋁等金屬做成的導線外麵,或有絕緣漆(塗有絕緣漆的電線稱為漆包線),或有塑料、橡膠等絕緣包皮。然而,絕緣漆、塑料、橡膠都怕高溫,一般超過200℃就會焦化,失去絕緣性能。而許多電線正需要在高溫下工作,那該怎麼辦呢?對,讓高溫電絕緣塗層來幫忙。這種塗層實際上是一種陶瓷塗層,它除了能在高溫下保持電絕緣性能外,還能與金屬導線緊密“團結”在一起,做到“天衣無縫”,任你將導線七繞八彎,它們也不會分離。這種塗層非常致密,塗上它,兩根電壓差很大的導線碰在一起,也不會發生擊穿現象。
高溫電絕緣塗層根據其化學成分的不同,可分為許多種類。在石墨導體表麵上的氮化硼或氟化鋁、氟化銅塗層,到400℃仍有良好的電絕緣性能。金屬導線上的搪瓷到700℃,磷酸鹽為基的無機粘結劑塗層到1000℃,等離子噴塗氧化鋁塗層在1300℃,都仍保持著良好的電絕緣性能。
高溫電絕緣塗層已在電力、電機、電器、電子、航空、原子能、空間技術等方麵獲得了廣泛的應用。
在現代戰爭中,有一種隱身飛機,敵方就是使用雷達也不易將它發現。這是什麼道理呢?
原來,雷達是利用微波來測定物體位置的電子設備。當雷達向目標發射微波時,在熒光屏上就呈現出一個尖形波;當微波遇到目標反射回來被雷達收到時,熒光屏上就呈現出第二個尖形波。根據兩波的距離,可直接從熒光屏上的刻度讀出目標的距離。如果飛機的機身用不易反射微波的新型複合材料製成,並在機身表麵塗上一層微波吸收塗層,使敵方雷達微波到達飛機時不起作用,或反射很微弱,敵方的雷達就不能覺察到飛機。這就是隱身飛機的奧秘所在。