金屬材料在21世紀經濟發展中的地位和作用在展望麵向21世紀新材料發展的前景時,首先讓我們回顧一下20世紀80年代新材料在整個世界貿易中的市場景象。盡管陶瓷、複合材料、塑料的平均增長率分別高達16.1%、8.1%和7.0%,而新型鋼製品和新型有色金屬製品的平均年增長率分別隻有2.2%和3.7%,但是,新型鋼製品和新型有色金屬製品的營業額總和卻超過了其他所有的材料及其製品的總和,從其基數大和增長率低這一客觀事實可以得出兩個觀點:一是由於金屬材料畢竟是發展曆史悠久而且係統完整的傳統材料,從中發展新材料的機率和比例相對較低;二是由於基數大而增長率低這一事實並不能掩蓋新興金屬材料在新材料發展中的重要地位和作用。
根據多方麵預測,21世紀世界鋼產量仍處於上升的趨勢,但各國的情況差別很大,美國已進入飽和時期,從經濟和環境保護的角度出發,他們將減少本國的鋼鐵產量,進口部分鋼鐵並大力發展新材料;日本和歐洲共同體已開始進入飽和態;獨聯體也已進入成熟時期,但其居高不下的鋼產量已經阻礙了工程塑料等新材料的發展;中國和其他發展中國家則還處在成長期,不是什麼“夕陽工業”的問題。我國居世界第四,這是僅從數量講。更重要是在品種、規格和質量方麵,總的差距還是很大的,所以在相當長的時期內,我國包括鋼鐵、有色金屬等傳統金屬材料在內的金屬材料工業仍將處於重要的發展階段,而新興金屬材料則更需迎頭趕上世界發展的水平,並要特別注意我國富有的稀土和硼等資源的開發和利用。
金屬材料從原來幾乎一統天下的地位逐漸讓出部分市場並為其他新材料所取代,這是符合曆史發展規律的。但是,在可以預見的未來,金屬材料仍將占據材料工業的主導地位,這種情況在中國等發展中國家尤其如此。這是因為金屬材料工業已經擁有了一套相當成熟的生產技術和龐大的生產能力,並且質量穩定,供應方便,在性能價格上也占有一定優勢。此外,在相當長時期內金屬材料的資源是有保證的。
影響深遠的光電子材料
光導纖維是光通信的傳輸材料。這種通信線路不是用一般的金屬導線和電纜,而采用象頭發絲那樣細的透明玻璃纖維製成的電纜。玻璃纖維傳導的不是電信號,而是光信號,所以玻璃纖維又叫光導纖維。利用光導纖維進行遠距離通信的效率非常驚人,要比電纜的通信效率高十億倍以上。
光導纖維是怎樣傳輸信息的呢?大家熟悉的無線電通信,是靠電磁波在空間傳播的。光實質上是電磁波的一種,隻不過它比無線電用的超短波和微波頻率高得多。玻璃纖維就是用來傳導光波的導體。但是,光在任何物質中傳導都會不斷地衰減。實驗表明:通過長一公裏的光導纖維中的光束,至少要有30%在另一端出現才有實用價值,其中的關鍵問題是要有超純的質量很高的玻璃纖維材料。人們用超純石英或特種光學玻璃拉成極細的絲,直徑和一根頭發絲差不多。這種玻璃的純度極高,雜質的含量不超過幾億分之一,它相當於在一千噸純淨物質中,落入一克的雜質。高純纖維的出現,給光纖通信事業的發展提供了極有利的條件。
光纖通信的優點是很突出的,它和普遍電纜通信相比,通信容量大、重量輕、耐腐蝕、不怕電子對抗,而且保密性好、建設費用低、施工方便,還可節省大量的有色金屬。例如,1000公裏長的中同軸電纜,大約需銅五萬噸,鉛20萬噸;采用光導纖維,隻需幾十千克石英玻璃拉成1000公裏的光導纖維即可。現在的光導纖維都是石英製成的,不僅加工較困難而且價格高。為此,科研人員正在設法減小有機玻璃的光衰。這樣,廉價的有機玻璃就可代替石英用於光纖,這無疑有著革命性的意義。
光纖通信不僅可以廣泛應用在郵電部門,還可應用在軍事、經濟、科學技術、文化和人民生活等各個方麵。由於它的容量極大,利用它可進行超高速數據傳輸,建立起靈活高速的大規模計算機網、四通八達的電視網,並可遠距離傳送全息圖象。由於它的抗幹擾能力極強,可以解決超高壓輸電網的通信聯絡,使自動化遙控裝置最終擺脫高壓電幹擾。它應用在計算機、自動化係統和飛機、船舶、導彈等狹小空間的複雜控製係統中,可以避免大量電路之間的互相幹擾而產生錯誤動作。
光導纖維除用於通信外,另一個重要用途是傳能,即傳輸高強度的激光。
如在激光手術應用中,將激光器發射的光傳輸到需要手術的部位,尤其是內髒器官,與傳統的手術相比,把病人的痛苦減小到極限程度。對這種傳能應用來說,當激光波長在近紫外區到近紅外區時,可以用熔石英為基的低損耗光纖;當激光波長在紅外波段時,可采用重金屬氟化物玻璃光纖,也可用硫化物或鹵化物的單晶或多晶光纖。