第4章 晶體材料(2)(1 / 3)

簡單的說,羥基磷灰石等離子噴塗,是在已有的金屬複合材料表麵,用高溫等離子火焰噴塗上一層幾十微米厚的羥基磷灰石。目前醫學界公認的人造骨骼替代材料是金屬鈦的合金材料和羥基磷灰石材料。但它們各自存在著不可克服的缺陷,使眾多的科學家為之苦惱:金屬鈦有強度和良好的韌性,很接近生物骨骼的要求,但植入人體或生物體後,往往難以產生理想的生物相容性,缺乏生物活性,隻是簡單的機械物理結合,使這種材料的應用受到很大的限製;羥基磷灰石是與骨骼成分一樣的陶瓷材料,做成人造骨骼後,試驗表明,植入生物體後雖然具有很好的生物相容性,但強度和韌性卻很低,始終不能成為骨骼的理想的替代品,也極大的限製了它在醫學領域的應用。而我所等離子噴塗組所開展的羥基磷灰石等離子噴塗法人造骨骼的研究,創造性的將兩種最具有前途的生物材料揉合在一起。即保持了金屬材料的強度和韌性,保持了羥基磷灰石的生物活性。該塗層克服了一般的的簡單植入骨骼替代品的,常用的是金屬合金或陶瓷塗層所帶來的生物機體排異性,實現了良好的生物相容性,能夠很好的為成骨細胞所接受。在生物材料的研究領域,向前邁了一大步。

從生物材料的研究結果來看,等離子噴塗法在生物活性材料領域的優勢是不言而喻的。可以預測的是,在不久的將來,羥基磷灰石等離子噴塗人造骨骼會真正的造福於那些不幸的車禍或戰爭受害者。

寶石材料

寶石渾身是寶,既是珍貴的飾品,又是高科技材料,激光便是在研究紅寶石過程中被發現的。寶石是α-Al2O3剛玉晶體,模氏硬度為9,其基質內部含有微量Cr2O3者為紅色,稱為紅寶石,含有TiO2者為藍色,稱為藍寶石,不含有著色離子者為無色透明,稱為白寶石。人們喜受漂亮的顏色,亮麗的光澤和堅硬耐磨可收藏傳世的特性,便把它製成戒指、耳環、項鏈和各種飾品,把人們裝扮得更加華麗和高貴。在寶石飾品中有一種叫貓眼寶石,主要是寶石在天然形成過程中夾雜著一些液線物質所致,但這種寶石極其稀少而又像貓的眼睛那樣明亮好看,因而特別珍貴。盡管天然寶石遍布全球,但其藏量稀少,滿足不了人們對它的需求,因而科學家們在一百多年前須不斷尋求人工製造寶石的方法,而最有價值的方法是1890年法國化學家維納爾(Vernenil)發明的焰熔法,主要是用純淨的氧化鋁作原料以氫氧焰的焰熔爐培育紅寶石大晶體的方法。這種方法被推廣到工業上以後,大量的紅寶石晶體便被生產出來了,維爾納法也稱焰熔法從此便聞名於世,直到目前為止這種方法仍然廣泛被應用。維爾納法的主要優點是不需要容器,設備簡單,操作方便,燃料純淨不會沾汙晶體,晶體的生長速度快,晶體生長的形狀可以控製,生長晶體的尺寸不受限製等等。目前有些工廠的生產規模可達200多台爐子,每個工人可操作15~50台爐子,有些工廠每天可生產寶石30多公斤,大大地開發了寶石的應用範圍,寶石已不再局限於裝飾品的應用範圍了,而在工業、激光、醫療、科技、國防等各個領域都可看到寶石應用的蹤影,特別是在儀表和鍾表的軸承上其用量更大,紅寶石的用量除了水晶以外,是沒有其他晶體可以與之比擬的。

1962年我在張綬慶先生領導下從事激光紅寶石長杆晶的研究工作,紅寶石之所以成為激光材料,主要是由於紅寶石的Cr3+離子在受到外加光源的激發後下由於能量躍遷的關係能產生出另外一種光,這種光是由於受光激後出來的,所以人們稱它為激光,其波長為6943。這種光不像手電筒那種光會散射,並隨著發射的距離越長便越散射而到極遠處時那裏的光便完全被消失了,而激光卻不會散射不會消失的。因而對物體便有很強的穿透性,科學家們利用激光的這種穿透性便把它應用於激光打孔,激光醫療,激光傳輸,激光科技以及激光在國防上的應用等等。我們當時研究的目標是激光打導彈,因為光速比導彈的速度快,完全存在著這種可能性。經過一段時期的大會戰攻關。努力攻克在研究過程中的各種難關,諸如原料配比、粉料粗細、下料速度、爐子結構、火焰形狀、晶種取向、生長速度、以及晶體缺陷中的氣泡、夾雜、雲層、顏色分布、晶體的開裂、晶體的退火和加工、特別是晶體的性能如功率輸出、能量大小等等,終於采用焰熔法生長出了一米長的激光大寶石(φ28×1020毫米),並於1978年榮獲全國科學大會重大科技成果獎。後來又根據國家需要將這種激光紅寶石的生長技術推廣給了河南焦作激光技術研究所,為當時的激光打孔、激光科技作出了積極貢獻。在以後的軍轉民過程中又將這種技術變為民用,推廣給了福建等省市進行裝飾用寶石的生產,產生了可喜的經濟效益和社會效益。總之,大尺寸激光紅寶石的研究成功,在我所一室範圍內與大麵積人工合成雲母,大尺寸铌酸鋰,大尺寸鉬酸鋰,經鑒定為國際先進水平的铌酸鋇鈉以及舉世觸目的BGO等晶體研究成功,共同培育出了一大批晶體生長的研究骨幹,為我所晶體生長的研究發展奠定了堅實的基礎,並瞻望未來發展的遠景。曆史雖然過去,但回味確是無窮的。