第2章 走出远古的新材料(2)

此外，通过正压电效应，把机械振动转换为交流电信号，可用来制造压电拾音器、扬声器、蜂鸣器、超声波接收探头等，其中电子音乐贺卡就是这种器件的实例。反之，通过逆压电效应，将交流电信号转换为机械振动，可用于制造超声波发射仪、压电扬声器、录像机和录音机的传动装置以及超声波清洗剂。另外，许多高转换效率、高灵敏度的声波发射和接收的压电器件正服役于超声波的水下探测仪，材料的超声波无损探伤仪，探测海洋中鱼群的规模、种类、密集程度、方位和距离，潜水艇位置的水下声纳，超声波断层摄影装置，大功率超声波碎石仪等各种仪器。

压电陶瓷具有加工成型方便、成本低、压电特性便于控制等特点，应用范围正在不断扩大，前景不可估量。

透光陶瓷

喜欢蟋蟀的少年朋友都知道，蟋蟀习惯于生活在阴暗和潮湿的环境之中，所以，一旦捉到蟋蟀，就应将它们饲养在瓦盆内。之所以这么做，其中有一个原因就是瓦盆不透光。陶瓷的生产工艺比瓦盆要复杂得多，因此，它的透光性也就比瓦盆要差好多好多。

近三四十年来，陶瓷专家经过长期的研究，已开发出一批能透光的先进陶瓷。

20世纪50年代的某一天，有位陶瓷专家和他的助手们正在实验室里为研制透明陶瓷而勤奋地工作着。当一位助手从炉内取出一片烧制好的陶瓷样品时，稍一疏忽，那一小片样品正好落在实验桌上一本翻开的书上。这时，令人惊喜的事情发生了：透过陶瓷样品，书上的文字清晰可见。这本来就是他们实验的最后目的。经过无数次失败，现在终于研制成功了。年轻的助手们怎能不欢呼雀跃！他们一边把帽子抛向天空，一边呼喊着：“成功了！成功了！”

透光陶瓷这时，以治学严谨而著称的陶瓷专家抑制住内心的激动，让助手们通过显微镜验证一下。经过仔细检查，这片陶瓷样品完全合乎规格。在1957年的一次国际会议上，陶瓷专家郑重地向同行们宣布：世界上第一片透光陶瓷诞生了。

那么，从陶瓷罐中漆黑一片到能使陶瓷透光，需要攻克哪些技术难关呢？

陶瓷专家经过悉心研究后发现，陶瓷之所以不透光的主要原因是由于在陶瓷中有许许多多细微的气孔。科学家们曾经做过这样的实验，当一束光线照射到陶瓷表面时，由于陶瓷中的微小气孔对光线具有极强的散射能力，致使大部分光线分散到四面八方，最后被陶瓷所吸收。这就意味着，微小气孔是光线通过陶瓷的“拦路虎”。只有赶走这只“拦路虎”，才能使光线在陶瓷中畅通无阻。

为了赶走微气孔这只“拦路虎”，陶瓷专家和助手们主要采取了以下技术措施：

第一，选用上好的原料。烧制陶瓷所用的原材料，它们的纯度和细度都相当高，而且颗粒十分均匀。经检测表明，原料的纯度为99.99％，平均颗粒的尺寸为0.3微米，太大太小的颗粒一概去除。

第二，控制陶瓷结晶的形成速率。在透光陶瓷研制过程中，科学家们减缓了陶瓷结晶过程中晶粒的形成速度。

由于晶粒的缓慢挤压，进而将微气孔彻底赶跑。

第三，形成真空条件。为了在陶瓷体中不存在气孔，要减少加热炉中的气体，能抽成真空当然更好。这是因为，在加热炉中几乎没有气体，所以，这就等于隔绝了陶瓷中形成微气孔的源头。

透光陶瓷用于军事工业，主要是在导弹方面大显身手。

少年朋友，特别是男性少年朋友大都喜欢阅读有关现代武器装备的书籍和文章。大家都知道响尾蛇导弹具有跟踪目标的本领吧！

的确，响尾蛇导弹的这种本领是向响尾蛇学来的。动物学家告诉我们：在响尾蛇眼与鼻孔之间有一个凹陷的“颊窝”，在这一“颊窝”内有一层薄膜，在薄膜上布满着神经末梢和一种叫绒粒体的细胞器，这一细胞器能随着温度的变化而膨胀和收缩，周围温度只要有千分之一度的微妙变化，它就能感觉出来。在漆黑的夜间，响尾蛇之所以能出其不意地发起攻击，像闪电般地吞食田鼠，靠的就是这一个灵敏的细胞器。

军事科学家从响尾蛇捕食那儿得到启示，只要在导弹头部安装一个灵敏的感受器，不就可以自动引向目标了吗？

于是，军事科学家为导弹头部设计并研制了一个红外线探测器，这一探测器的任务就是发现、捕获从敌机那儿辐射出来的哪怕是极其微弱的红外线，对于敌机发动机喷射出来的高温燃气，那当然更不在话下。不过，为了抵挡导弹飞行过程中的高速气流以及雨雪的冲刷，在导弹头部的探测器上，需要有一个防护罩，这个防护罩要有足够的强度和硬度。那是因为，高速飞行过程的导弹，它头部的表面温度可超过几千摄氏度。这就是说，对防护罩材料的要求之一，必须能够耐超高温。

研究、比较表明，能承担这一任务的非透光陶瓷莫属。

只有它，最适合于制造响尾蛇导弹头部探测器的防护罩。

本世纪30年代初，人们就已经获悉：利用钠蒸气放电可以获得一种高效率的光源。但是，由于当时各方面条件的限制，一种新颖的灯具无法进入实用阶段。

这是因为，钠蒸气放电会产生超过1000℃的高温，在本书第一章中，我们已经谈到，钠是一种非常活泼的金属，它有很强的腐蚀性，而用玻璃制成的灯管又过不了高温关，由于一时找不到一种两全齐美（既耐高温又不怕腐蚀）的合适的灯管材料，因此，研制高压钠灯的计划只好搁浅。

1957年，世界上第一块透光（又称透明）陶瓷的问世，使研制高压钠灯的计划才得以实施。研究表明，透光陶瓷的熔点高达2050℃，而且在1600℃的环境下能不受钠蒸气的腐蚀，它又可以通过95％的光线。具备了这些条件，真可谓是“万事齐全，只欠东风。”经过有关科学家的努力，高压钠灯终于在1960年呱呱坠地，后经过不断改进，得到了实际应用。

我们说高压钠灯是一种发光效率很高的电光源，让我们与其他一些灯具进行比较。经测试表明，普通白炽灯的发光效率只有10流明／瓦，高压汞灯的发光效率为50～60流明/瓦，而高压钠灯的发光效率高达110～120流明／瓦。这就是说，在同样功率的情况下，一盏高压钠灯能抵两盏高压汞灯用，而且光色柔和、银白。在高压钠灯下看物体清晰，不刺眼。对于河道纵横交错的地区以及沿海城市来说，这种新颖灯具更具有特殊的吸引力——高压钠灯的光线能透过浓雾而不被散射，因此，作为汽车的前灯特别合适。

还值得一提的是，高压钠灯的平均寿命长达1～2万小时，比高压汞灯的寿命长两倍，比普通白炽灯高10倍以上，是目前使用寿命最长的灯。

除了可研制高压钠灯以外，透光陶瓷还适用于研制其他新颖灯具，例如钾灯、铷灯、铯灯以及金属卤化物灯等。

夏日，骄阳似火，要是戴上一副墨镜，就舒服多了。是的，强烈的阳光，会使你睁不开眼。假如你正好从焊接工人身旁走过，而他正在那儿焊接刚刚安装起来的人行天桥的扶手，这时，当你的眼晴受到电弧强光的刺激后，会一时看不清周围的东西。如果戴着墨镜，电弧的强光对你的眼睛就不会造成什么干扰了。电焊工人在操作时，都要戴上面罩，这种面罩的作用与墨镜大体相似。现在已经很清楚，墨镜有养目和避免强光线刺眼的作用。

说到强烈光对眼睛的刺激，当原子弹爆炸时，情况就更严重了——强烈的光辐射会使人看不清东西，甚至变得寸步难行。但是，核试验工作人员重任在肩，他们必须注视着原子弹爆炸的全过程。而在爆炸着的准备阶段，他们又有许多事情要做。那时，又不能戴着墨镜操作。从按下按钮——原子弹爆炸——到出现光辐射，总共不过3秒钟时间。

这就是说，等原子弹引爆之后再戴墨镜，显然是来不及了。