尖端技术与稀有金属 [复制链接]

第5版()
专栏：

尖端技术与稀有金属
方世京
目前随着各个部门尖端技术的发展，稀有金属的地位越来越显得重要了。
例如原子能工业，给人类创造了巨大的能量泉源。铀裂变时所产生的能量，相当于同等重量的煤燃烧时所产生的能量三千三百万倍，相当于汽油二百万倍。苏联最近已建立了世界上最大的原子能发电站，功率高达二百五十万瓩。在交通运输工具中，原子能发动机显得更有意义。以图—104喷气式客机为例，从莫斯科飞到北京，大约需汽油一百五十吨；如改用核子原料，只需要核桃大一块铀就行了。这可减低飞机的重量，长时间无须添加燃料，增加运输能力和飞行速度，也不需氧气的供给，为宇宙飞船长时间遨游于日月星辰之间创造了条件。如将运油船改用原子能潜水艇，可避免海上风浪，而且不易暴露目标。原子火箭不像普通火箭要带这样多的燃料和氧化剂，可大大地减轻火箭的重量。由此可见，原子能工业在国防及经济建设中占有多么重要的地位。原子能反应堆用的燃料就是稀有金属铀、钍、钚。燃料套管需具备耐高温、高强度、与燃料性质相宜、抗辐照、耐载热剂腐蚀、中子吸收截面小等性能，而锆、铍、铌就是很好的套管材料。铍在金属中不但中子吸收截面最小，而且对中子减速能力最高，中子散射截面最大。它可减小反应堆所必需的铀的临界量，并能增大反应堆所能达到的能力。因此，铍是原子核反应堆最好的减速剂和反射层的材料。钐、钷、铕、钆［gá］、镉的中子吸收截面很高，是制核反应堆用的安全棒和控制棒的优良材料。钽和钨等重金属能吸收?—辐射线和慢化中子，是核反应堆优良的屏蔽材料，但价格昂贵，只有在特殊情况下才能利用。另外，我们知道轻核聚变的能量比重核裂变的能量大很多，这种聚变是取之不尽的能量泉源。如控制热核反应问题得到解决的话，锂也是这方面最为重要的原料之一。
目前许多国家正在大力研究超音速飞机的生产。由于飞行速度每小时达四千公里，飞机蒙皮温度高达摄氏六百度，非一般铝、镁合金所能胜任。钛熔点高，钛合金比钢强度高一倍，而重量轻一半。因此，钛是这种飞机优良的外壳材料。
在火箭技术方面，苏联飞往月球、金星的火箭，速度已达每秒十一点二公里以上，火箭温度高达摄氏一千至二千六百度。火箭宇宙飞船在返回大气层时，由于蒙皮与空气摩擦生热，温度高达摄氏五千度，超过了所有金属的熔点。虽然能采取一些措施，如消熔、减速、出汗冷却等，勉强应付过去，但提高材料的耐高温性能还是最主要的事。最有希望的材料是钨、钼、钽、铌等高温合金，只可惜它们的抗氧化性尚未圆满解决。铼的抗氧化性能较好，在摄氏一千五百度下尚很少氧化，只是价格太贵。另外，稀有金属的氧化物、碳化物，也是火箭最有希望的零件材料。火箭材料除要求高温高强度外，比重轻是另一很重要的因素。要想达到每秒十一点二公里的速度，如果采用一般燃料，就需要四级火箭。每一级火箭的原始重量对次级重量必须维持十比一左右；如果发射重一吨的宇宙飞船，第一级重量就需要一万吨，真是吓人的数字。如果采用目前最高级的燃料，也需要三级火箭才能达到每秒十一点二公里的速度（核子燃料除外）。这样，想要发射重一吨的宇宙飞船，第一级火箭重量也需要一千吨。因此，减少火箭的总重，减少飞船的重量是很重要的。例如，重一千磅飞船的三级火箭，如果采用铍代替其中钢材的话，则火箭总重可减少二十一万磅。铍比重轻，与镁相当。铍的熔点比任何轻金属为高。在所有金属中，铍具有最高的弹性模量和最高的熔化热。铍比热高，能吸收火箭或宇宙飞船返回大地因空气摩擦和太阳辐射产生的热量。因此，铍是火箭的理想材料。而解决铍的脆性问题，是一件很有意义的事情。
宇宙飞船的自动控制、遥远操纵、遥远测量和通讯等，需要有发达的自动控制和无线电工业。
火箭在飞行中不断发出讯号，地面的接收站收到讯号后，由电子计算机算出火箭在空中的飞行情况，如发现它的速度、方向有偏差时，则由中心站发出无线电指令去纠正（包括飞行方向和速度的改变等）。
锗能做功率大、耗电量小、灵敏度极高、质量稳定的高频率检波器和整流器的材料。无线电工业的发展与锗是分不开的。
光电管可以应用在各种自动化装置上，因为它能将光照的影响转变为电的变化，通过电的变化，就可以方便地控制机器的操作。硫化铊、硫化镉、硒化镉、锗、铯、铷等在极弱光线照射时，有发射电子的能力，因此是很好的光电管材料。
半导体光敏电阻和铊盐不但能够量度很微弱的可见光，还可以觉察和量度看不见的x射线、紫外线、红外线等。远处物体反射过来的红光线通过物镜，聚成一个肉眼看不见的物像，落在光电管的前壁，放出电子，电子再射到萤光屏上，显出可见的像来。这样在云雾迷漫的天气里和漆黑的夜间，均能观察远方的物像，对军事工业及航空，航海等都有很大的意义。
使地面上的人能观察宇宙飞行员飞行情景和传送月球背面照片的电视传真，都是借助于光电管的作用。
宇宙飞船的表面温度，飞行员的呼吸和心脏跳动等，这许多非电的科学数据，都可以转变成电的数量，由无线电传送，达到遥远测量的目的。
目前，钛、锆、钨、钼、钽、铼等都是无线电真空管中重要的材料。
很多国家对紫外线发光正在大力研究。利用太阳的紫外线来激发磷光体发光，能使黑夜宛如白昼。铷、铯、镭、铊、钐、铕、铽、镨、铒、铥等都是结晶磷的活化剂，它们所活化过的闪光磷，能够在长时间内发光。白天受太阳紫外线激发过的磷光体，在夜晚也能发出光来。
仪器制造、造船工业、医疗器械需要有耐磨损、耐腐蚀或消毒防腐等材料。钛、锆、钽、铼、铂、铱和稀土金属各有其独特的优点。另外，钛的比重轻，低温强度好，用作喷气飞机的油箱也很适宜。
其他如钨、钼、镭的化合物、铷、铯可以用作化学分析的试剂。铂、钯和钍、钛、铍的氧化物可以用作催化剂。钨、钒等化合物可以用作织物染色的媒染剂和制革的皮硝子。磷酸铊、加锂的化合物可以用来制造具有韧性、膨胀系数低、紫外线穿透性高的特种玻璃。稀土金属和钒、镭的化合物可以用作陶瓷和玻璃的着色及光学玻璃的制造。鉴于稀土金属对植物生活中的作用，预料将来能用来制造农业上应用的微量肥料。镭可以用作医疗上治疗瘤症。铥能制造轻便的x—光机。还有，如在电子计算机、能量直接转换装置、油漆工业等领域中，稀有金属均占有一定的地位。
添加稀有金属制造的各种合金钢和有色金属合金，具有非常引人注意的性能。
总之，稀有金属的用途是很广泛的，尖端技术的发展与稀有金属有密切的关系。
为了促进尖端技术更好地发展，对初露头角的稀有金属还需大力进行研究。如解决其中高温合金的抗氧化性，铍的脆性，稀有金属合理的分离、制备与提纯等问题。研究稀有金属各方面的性质，扩大稀有金属的应用范围，让稀有金属在尖端技术中更加发挥作用，并推动尖端科学的进一步发展，是科学工作者艰巨的任务之一。