陶瓷是最古老的矽酸鹽材料。精致的中國陶瓷製品,至今仍然吸引著世界各地的客商。隨著科學技術的發展,具有特殊優異性能的現代陶瓷材料也飛速地發展起來,並且具有非常廣泛的應用,被人們譽為“永不凋謝的材料之花”。
一天,美國新材料研究中心來了一位神秘的客人,他是美國核試驗基地的空軍駕駛員。他帶來了新的研究課題。原來,在核戰爭或核試驗中,一顆爆炸能力跟兩萬噸炸藥相當的原子彈,爆炸時所產生70億千卡的輻射光能要在3秒鍾裏全部釋放出來,即使離爆炸中心比較遠的人,眼睛也會被核閃光灼燒。空軍駕駛員等到發現核閃光再戴防護眼鏡就來不及了。如何解決這個問題呢?以前科研人員為他們設計了一種防核護目頭盔,但控製護目鏡的是一台高壓電源,飛行員得背上幾十千克重的用矽鋼片做成的變壓器,既笨重又麻煩。因此,他們向新材料研究中心提出了研究新的護目鏡材料的要求。研究中心接到這一課題後,立即組織力量進行攻關。他們選擇了許多材料進行實驗,最終選擇到的理想材料是陶瓷。不過它不是普通的日用陶瓷,它是一種經過特殊的“極化”處理的陶瓷,它在機械力、光能的作用下,能把它們轉變成電能,在電場作用下,又能把電能轉變為機械能。這種特殊的功能叫作“壓電效應”,具有這種壓電效應的陶瓷叫壓電陶瓷。
核試驗員戴上用透明壓電陶瓷做成的特殊護目鏡,帶來了很大的方便。原子彈爆炸,當核閃光強度達到危險程度時,由於光的作用護目鏡的控製裝置馬上就把它轉變成瞬時高電壓,防護鏡自動地迅速變暗,在1/1000秒鍾裏,能把光強度減弱到隻有1/10000,險情過後,它還能自動複原,不影響駕駛員的視力。這種壓電陶瓷護目鏡結構簡單,重不過幾十克,隻有火柴盒那麼大,安裝在防核護目頭盔上攜帶十分方便。
壓電陶瓷在軍事上的應用十分廣泛。第一次世界大戰中,英軍發明了一種新的戰爭武器全部是鐵裝甲的戰車——坦克,它首先在法國索姆河的戰爭中使用,重創了德軍。坦克曾經在多次戰爭中大顯身手。然而,到了20世紀六七十年代,由於反坦克武器的發明,坦克失去了昔日的輝煌。反坦克炮發射出的炮彈一接觸坦克,就會馬上爆炸。這是因為炮彈頭上裝有一種引爆裝置,它就是用壓電陶瓷製成的。當引爆裝置跟坦克相碰時,引爆裝置馬上把因此產生的強大機械力轉變成瞬間高電壓,爆發火花,引爆雷管而使炮彈發生爆炸。
當我們留心時會發現很多領域利用了有關壓電陶瓷的這種優良性質。
在兒童玩具展覽會的一個展台旁,隻聽得一隻小黃狗在汪汪叫,而旁邊的一隻小花貓卻發出“喵喵”之聲,孩子們被這些能發聲的電子玩具吸引住了,他們在思索,為什麼這些玩具能發出和真的動物一模一樣的叫聲。這時講解員叔叔開了腔,他說這是因為玩具設計師在這些小動物的肚子裏裝上了一隻用壓電陶瓷做成的特殊元件——蜂鳴器,因為它能發出像蜜蜂那樣的嗡嗡的聲音。當然後來經過設計師的努力,使這種陶瓷元件還能發出其他各種各樣的聲音。
蜂鳴器的製造十分簡單,先把陶瓷素坯軋成像紙一樣的薄片,燒成後在它的兩麵做上電極,然後極化,這時陶瓷就具有壓電性了。然後再把它與金屬片黏合在一起,就做成了一個蜂鳴器。當它的電極通電時,由於壓電陶瓷的壓電效應就產生振動而發出人耳可以聽得到的聲音。隻要通過電子線路的控製,就可產生不同頻率的振動,而發出各種不同的聲音,甚至還能發出滑變的聲音。
正是由於它的發聲本領變化多端,再加上它與通常的音響相比,還具有不少優點,所以它的應用是十分廣泛的。除了上麵提到的電子動物,在日常生活中人們也離不開它。例如電子手表裏裝上一片薄薄的蜂鳴器,它就能發出嘟嘟的聲音給你報時;電子計算器裏裝上了它,它就能按照預定的要求,發出嗡嗡之音提醒你。另外,它也能發出很響的警報聲,因此可以裝在消防車、救護車或其他儀器設備上,或裝在金庫、機要保密室裏作為防盜報警器用。由於它體積很小,還可以與電子鼻組合起來做成瓦斯報警器,放在煤礦工人的口袋裏,當礦井裏瓦斯過量時,靈敏的電子鼻首先覺察,馬上傳遞出一個信號,它便立刻“大喊大叫”起來。
新型陶瓷的種類有很多,如具有氣敏、熱、電、磁、聲、光等功能互相轉換特性的各種“功能陶瓷”;用於人或動物肌體,具有特殊生理功能的“生物陶瓷”等。下麵再介紹一種十分有趣的陶瓷——“啤酒陶瓷”。