金屬陶瓷是由金屬和陶瓷原料製成的,既有金屬的優點,也有陶瓷的特性,由於其具有高韌性、高硬度、高抗氧化性,因而在火箭、高速飛行器中備受推崇。最常用於製造金屬陶瓷的金屬原料為鐵、鎳、鉻、鈷等,而最常用的陶瓷原料為氧化物、矽化物、硼化物、碳化物和氮化物等。金屬陶瓷的生產也較為簡單,燒製方法同陶瓷一樣,隻是將金屬粉末物質混入陶瓷土中,根據要求製作出不同形狀的東西。
我們會有過這種感覺,當你將酒精塗在手上,不一會兒感到特別涼爽,如果有人發高燒而采用藥物降溫無效時,我們會想到用酒精來擦浴全身,其目的就是為了散熱。金屬陶瓷也是這個道理,在火箭的發動機達到最高轉數時,產生大量的熱,這種高溫則使陶瓷中的金屬物質揮發了,從而陶瓷的溫度也隨之下降。待陶瓷中的金屬完全揮發掉後,這一部分的發動機則已完成了其工作使命,隨著控製指令而脫離火箭,同時下一級火箭的發動機被點燃,新的工作程序又開始了。我們通常所說的多級火箭,就是根據這個原理製造的。
另外金屬陶瓷具有極高的抗腐蝕性。因而在原子反應堆中,能夠抵抗液態金屬鈉的侵蝕,成為原子反應正常進行的保護神。
金屬陶瓷雖然問世才30來年,但是由於其自身的極特殊的性能,格外受到人們的重視,尤其是在航空、航天領域,金屬陶瓷真可謂“少年老成”。然而,科學家們更為感興趣的不僅是它的優秀品質,而是它們這種優秀品質的來源。
有人推測陶瓷中加入金屬後表現出的特性,不能單單用金屬在高溫下揮發降溫來解釋,在金屬陶瓷的製作中,其本身是否已經發生了某些化學反應而使之變成具有這種特性的新物質,那麼這種陶瓷與金屬到底發生了哪些反應,我們尚無法判斷。而對於那種單純金屬揮發的解釋,也有一定的可疑之處,這些還有待於今後的研究方能證實。
金剛石成因之謎
被視為“礦石驕子”“寶石之王”的金剛石,其非凡的性質是大自然萬事萬物中最完美的象征;其晶瑩剔透的外表,迷人亮麗的光澤令人們讚歎不已。
然而,金剛石的化學成分,以及它的出處,一直是科學界長期爭論不休的問題。
古希臘大哲學家培多克利斯認為金剛石是由4種元素(土、氣、水、火)組成的;而按照印度科學家的說法,它由5種要素物成,即土、水、天、氣和能。1704年,牛頓對此作了係統的研究,指出金剛石具有可燃性。而羅蒙諾索夫更預言,金剛石之所以堅硬——乃是由於“它是由緊密聯結的質點組合成的”。
直到1796年,英國化學家耐特才真正作出金剛石是純淨的碳的結論。
至於金剛石來自何方,在科學界更具爭議。
起初人們大多認為金剛石來自地下的礦石,因為早期的金剛石多采自砂礦床。1870年在南非開普省北部找到了世界上第一個原生金剛石礦床,該地即以當時英國殖民大臣金伯利勳爵的名字來命名,這就是後來的金伯利城。地質學家在礦區發現,金剛石的成礦母岩是一種形狀特殊的礦物成分,人們稱他為金伯利岩,它最早是由英國人路易斯在1887年提出的。
後來,人們在世界各地相繼發現了一些在性狀和礦物組成等方麵與金伯利岩相似的岩體,並且認識到金伯利岩是原生金剛石礦床的唯一成岩母礦。這是一種基質不含長石的偏堿性超基性岩,主要成分為橄欖石,多具角礫狀或斑狀結構,角陳雲母欖岩,岩體通常呈漏差別形的岩筒(又名岩管或火山頸)或脈狀岩石。根據金伯利岩所含的高壓礦物推測,金伯利岩漿形成於上地幔,在高壓條件下沿著地殼的深入斷裂向上運移。由於它飽含高壓氣體(水及二氧化碳等),當上升而壓力驟減時,體積迅速膨脹,在地下產生火山爆發。爆發後岩漿膠結碎屑物質充填火山頸,遂形成金伯利岩筒。
現在大部分人確信,金剛石就是由金伯利岩本身所含的遊離碳,在劇烈上升和發生爆炸的整個岩漿活動過程中,也就是在高溫高壓條件下結晶形成的。人類在實驗室中,利用極高的溫度和壓力,已經能成批量生產出人造金剛石。蘇聯科學院地球化學實驗室采用同位素分析方法證明,金剛石不僅能在150千米以下的地幔上生成,也能在地下10千米的地殼裏生成。岩漿通過地殼上部岩管時,通道出現狹窄的小孔,由於這一縮頸現象,壓力會突然從不超過2萬大氣壓猛增到100萬大氣壓,這樣,岩漿碳就會變成金剛石。
美國佐治亞大學的加迪尼等人,在20世紀70~80年代測定了美國阿肯色州金剛石的氣-液包裹體,竟然發現其中含有類石油的烴類物質(即由碳和氫構成的有機化合物),如甲烷、乙烯。甲醇、乙醇等。在其中平均每克金剛石的含油氣量約3.3伊10-5克。因而,他們認為金剛石的形成與地球深部的烴源有關。