新材料——高技术发展的突破口 [复制链接]

第7版(国际专页)
专栏：环球科技

　　新材料——高技术发展的突破口
钱黄生
美国总统科学顾问基沃恩最近断言：材料科学是当今美国最重要的学科。日本通产省把研究和开发重点放在新材料、新型电子器件和生物技术三个领域，而将新材料列为第一位。美国和日本之所以把新材料作为优先投资和开发的领域，其原因是，新材料是高技术发展的突破口，对工业发展起着决定性作用，谁能更快地开发和应用具有特定性能的新材料，谁就拥有最强大的技术潜力、军事实力和经济优势。
在所有新材料中，陶瓷、高性能塑料、超导是决定未来工业革命进程和技术进步的关键性因素。
　　　　高技术陶瓷
高技术陶瓷与一些金属相比具有更硬、更轻、强度更大、更耐用、不腐蚀等特点，因而受到各国的普遍重视。
美国生产的多层电容器，原来所需的钨和钛，已有１５—３０％被高技术陶瓷取代，１９９０年取代率将扩大到３５—６５％。在切削工具方面，高技术陶瓷已取代１５—２０％的硬质合金。热交换器是利用废热的一种重要节能装置。据估计，在美国，如将高技术陶瓷用于热交换器，每年可节省１００亿美元。美国两家公司联合研制出陶瓷轴承，比钢铁轻６０％，强度为其两倍，适应温度变化的能力提高３至５倍，不需要或需要很少的润滑油，不传热，比钢更耐磨和不易疲劳，成本仅是钢轴承的１／４。
日本已开发出用高技术陶瓷材料制的组合式发动机，其燃烧效率比现有的发动机高３０—５０％，重量轻１／３，对环境污染轻，不会产生浮游微粒，氮氧化物显著减少。日本用氧化铝和氧化硅制造出一种超硬、耐热、耐蚀、热膨胀率低的新型陶瓷，用它可以作为制造地热电站、涡轮增压器等一些高温机械部件材料，也可用来取代一般金属加工零件用材料。
据调查，美国高技术陶瓷销售额１９８７年为１９．４亿美元，１９９２年可望达到４８亿美元。日本高技术陶瓷市场规模已超过美国。１９８８年全世界高技术陶瓷销售额为７８亿美元，到９０年代中期可达１００至３００亿美元，到本世纪末可达１９００亿美元。
　　　　新型塑料
新型塑料比金属更轻、更牢、更便宜。生产塑料可节省能源，不需要涂漆，而且可将几个部件合并成一个组件，所以成本较低。日本通产省材料研究所已研制出比铁还坚硬的塑料，这种塑料的重量仅为铁的１／７，硬度达到１８８，大大超过硬度为１３２的铁，其拉力强度也超过铁。美国研制的一种复合塑料，其强度大于钢，甚至超过钛，可以用来制造车架、马达、驱动轴。今后，新型塑料将同钢铁一样，成为人类使用的主干材料。
汽车工业是新型塑料的一个重要应用领域。目前，日本新型汽车平均每辆使用塑料１８０公斤，从而减轻车重３０—４０％，同量燃油可多跑１／４的路程。美国福特公司研制的全塑料汽车，其重量比传统汽车轻５７０公斤，汽油用量减少３３％。据统计，现在，全世界每年用于汽车的塑料在１５０万吨以上，并且每年以１０％的速度增长。
新型塑料的另一个重要应用领域是飞机制造业。印度班加罗尔航空实验所研制成一种双座塑料飞机，其机身和机翼是用塑料整个一次性合成，总重量仅６００公斤，飞行速度每小时３５０公里，可连续飞行２７００公里，飞机的最大爬高７０００米。联邦德国道尼尔公司用塑料制造出一架能像船在水上航行，又能在沙地、草地或水泥地起飞的飞机，它不怕雷电、水和炎热，比直升机更为优越。美国、日本、意大利共同开发的波音７６７、７５７、Ａ３１０等大型客机，各种塑料用量占全机重量的４０％，节油２５％。
　　　　超导
超导材料对国民经济、军事技术、科学实验和医学卫生的发展具有不可估量的作用。近几年来，美国、日本、苏联等国家已在超导材料应用方面取得了突破性进展。
日本研制出的超导电磁推进船，不用螺旋桨，没有噪音和振动，最高时速可达１００海里，而一般螺旋桨推进船的最高时速只有３０至４０海里。这种船可望成为新时代海上的主要交通工具。日本富士通公司在世界上首次利用超导器件制成４位微处理机（超小型计算处理装置），这种器件一次演算需要时间为１０亿分之１秒，比硅器件和砷化镓器件快一个数量级，耗电为后者的１／２００以下。美国、日本、联邦德国分别研制出２万、３万、５万千瓦的超导发电机，苏联研制的３０万千瓦的超导发电机将在近期内并入火力发电站的输电系统。超导发电机可将发电机的单机容量提高５至１０倍，其体积仅为常规发电机的１／２，重量是后者的１／３，而效率可高达９９．５％。发电成本也将大幅度降低。
日本、联邦德国、美国相继研制出超导磁悬浮列车，与航空运输相比，这种列车能量消耗小，可实现高速、平稳、安全、无噪音的陆上运行。美国联邦政府最近决定在得克萨斯州建立超导超级对撞机，工程耗资４４亿美元，计划于１９９６年投入使用。该对撞机产生的粒子束能量大大高于目前已有的对撞机产生的粒子束能量，它将用于寻找新的粒子。
目前，全世界超导材料的销售额为３亿美元，到２０００年可望增加到３６亿美元。如果研究出室温超导材料，其市场规模将激增到３６０亿美元。专家们认为，超导技术的广泛应用将导致一场工业革命。