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你知道泡沫金属吗?

2013-01-29 18:57分类: 知识杂谈 阅读:

  人们熟知泡沫塑料,却很少知道泡沫金属的存在。发明泡沫金属的是美国杜克大学工程学教授富兰克林·科克斯,他是一位研究金属材料的专家,对金属材料有锐敏的嗅觉。
    大多数人对金属密度的认识都比较肤浅,以为只不过是一种物理性能,只表示谁轻谁重而已。密度大的就重,像铂;密度小的就轻,如铝。科克斯对密度的认识则比别人深刻得多。他对比各种金属的密度和它们的化学性质后,意外地发现,金属的密度与其化学活性有密切的关系,即金属的密度越小,它的化学活性就越大。比如锂,是金属中密度最小的,每立方厘米才0.534克,比水还轻,因此特别活泼,在室温下就能和空气中的氧、氮起剧烈反应,所以必须保存在凡士林或石蜡中。而铂、金、铱、锇等贵金属的密度大,像铂的密度达21.45克/立方厘米,在硫酸、盐酸甚至在王水中都能“游泳”。
    科克斯在20世纪60年代就宣布了这个被许多人视而不见的规律。由于这个规律的确算不上重要和深奥,在当时也没发现什么特殊的实用价值,因此没有受到人们的重视。到了20世纪90年代,科克斯提出一个新思想:在航天领域中,人们为节省燃料和各种费用,总希望用质轻而结实的材料。像锂、镁等金属在地面上不宜被用作结构材料,因为它们太活泼,易氧化着火,但它们在太空中却大有用武之地,因为在太空中没有引起锈蚀和化学反应的空气,那里几乎是真空。于是,科克斯决定对这些轻金属进行改造。他知道,塑料如果进行泡沫化,可以使密度成倍成倍地降低,变成很轻、很实用的泡沫塑料。如果把这些金属也变成泡沫金属,它们的密度也会变得更小,可以在水中浮起来。
    1991年,科克斯利用“哥伦比亚号”航天飞机进行了一次在微重力条件(失重状态)下制造泡沫金属的试验。他设计了一个石英瓶,把锂、镁、铝、钛等轻金属放在一个容器里,用太阳能将这些金属熔化成液体。然后在液体中充进氢气,产生大量气泡。这个过程有点像用小管往肥皂水中吹气一样,当金属冷凝后就形成了到处是微孔的泡沫金属。
有人会问,这种泡沫金属能做结构材料吗?这一点不用担心。实验证明,用泡沫金属作为结构材料做成的梁比同样重量的实心梁刚性高得多。因为泡沫使材料的体积大大扩张,获得更大的横截面,所以用泡沫金属制造的飞行器,可以把总重量降低一半左右。用泡沫金属建立太空站还有一个优点:即当空间站结束其使命时,可以让它们重返大气层并在大气层中迅速彻底地燃烧、全部化成气体,这样可以减少空间垃圾。
 
 

选自《十万个为什么》

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