與眾不同的微晶玻璃
說起微晶玻璃的發明,還有一則小故事。
有一天,有家聞名遐爾的美國玻璃製造公司打算研製一種感光玻璃。所謂感光玻璃,就是一種能感光顯色的玻璃新品種。這種新型玻璃經紫外線照射感光後,再經過熱處理,便能顯示出美麗的影像,不但色彩鮮豔,而且永不褪色。
按照工藝規格的要求,感光玻璃熱處理時的加熱溫度為玻璃軟化溫度以下50℃~100℃,保溫時間為1~2小時。有一位研究玻璃的專家,把一塊玻璃放入自動控製溫度的電爐中加溫,他把爐溫調到600℃。一切準備就緒,他關上爐門,接通電源,電爐即開始升溫。
就在這時,突然傳來一陣急促的電話鈴聲。原來,上司通知他立即去參加一個重要會議。按照實驗室的規定,實驗一旦開始,有關研究人員不得中途離開。但是,那位玻璃專家想,反正電爐有自動溫控儀控製,於是,他未向上司報告實驗室裏的工作情況便離開了崗位。
當玻璃專家返回實驗室時,由於自動溫控儀失靈,爐內溫度升到了900℃,他不由得大吃一驚。他趕緊打開爐門,所幸的是,玻璃沒有熔融,而是直挺挺地躺在爐內。玻璃專家把它放在顯微鏡下進行觀察,觀察結果表明,在這塊玻璃中,析出了大量的微小晶體,這就是世界上第一塊微晶玻璃的誕生經過。真是“忙中出錯,歪打正著”。
有些小朋友可能會問,玻璃中那些微小的晶體是怎樣形成的呢?
少年朋友也許都知道,空氣中的水汽要以塵埃作為凝聚的核心,才能形成水滴。同樣,製造微晶玻璃也要有適當的核心。這就是說,除了玻璃的自身成分可以作為結晶核心外,人們在熔煉、製作微晶玻璃時,還要加入一些特殊原料。試驗表明,金、銀、銅等金屬元素和氧化鈦、氧化鋯等氧化物也可作為結晶核心。此外,為了使玻璃析出晶體,還應具備溫度和能量等方麵的條件。
製作微晶玻璃的工藝的確很有趣:玻璃冷卻成型後,如果用紫外線照射一下,就會在它的體內“長出”無數肉眼分辨不出的微小晶體,變成不透明的象牙色,因此人們親切地把它叫做“微晶玻璃”。這種要經過紫外線照射才能製成的微晶玻璃,科學家們將它稱為“光敏微晶玻璃”。而不用紫外線照射,隻通過熱處理製成的微晶玻璃稱為“熱敏微晶玻璃”。
目前,科學家們已能研製出1000多種不同成分的微晶玻璃,它們的性能也各不相同。經測定表明,結晶的直徑通常不超過2微米,隻有頭發絲粗細的幾十分之一。
喜歡科普的少年朋友都知道,為了觀察天體,需要有一台大型的反射式望遠鏡。但是,由於老式的反射式望遠鏡的凹鏡是采用普通的光學玻璃製作的,這種玻璃會熱脹冷縮,這樣一來,凹鏡的準確形狀和精度尺寸都會因受氣溫的影響而發生變化,從而會大大影響天體望遠鏡的觀察效果。
微晶玻璃受熱脹冷縮的影響極小,所以,利用它來製作望遠鏡的凹鏡,使天體望遠鏡的精度不至於因為氣溫的變化而受到影響。1978年,我國利用微晶玻璃製成了凹鏡直徑為22米的反射式望遠鏡,安裝在北京天文台,使我國進入了為數不多的能製造大型微晶玻璃凹鏡的國家的行列。
由於微晶玻璃既像鋁那樣輕巧,在高溫下又不會變形,所以航空航天工程師看上了它。人們利用微晶玻璃來製作噴氣式飛機發動機的噴嘴,以及用作火箭、人造地球衛星和航天飛機的結構材料。
由於微晶玻璃的硬度極好,因此,可用來製造滾動軸承、壓縮機和汽輪機的葉片、高速切削工具、刹車構件、熱交換器、化工用泵和管道,以及其他要求耐磨、耐熱、耐蝕的機械零件。
微晶玻璃易於加工,材質均勻,製成後尺寸精確,因此在軍事工業中也大有用武之地。例如,利用微晶玻璃來製作導彈頭部的防護罩,使導彈在高速飛行過程中能輻射大量的熱,從而降低工業溫度。因此,軍事科學家將微晶玻璃譽為導彈頭部的“保護神”。
許多具有特殊性能的微晶玻璃,可以製作成人們所需要的器件。例如,有生物活性的微晶玻璃可以製成人工骨關節、人工牙齒等;有磁性的微晶玻璃可以製成電子計算機記憶元件;此外,還能製成廚房餐具和各種家用器皿等。