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对于众多的有色金属,人们按照它们的性质、用途、分布及其储量等的不同,将其分为重金属、轻金属、贵金属和稀有金属四类。其中,铝的密度小于4.5g/cm3,故属于轻金属,并具有代表性。
显赫一时的“贵金属”
在体育比赛中,倘若人们将铝制的奖牌颁发给优胜者,一定会被传为笑谈。殊不知,在一个多世纪之前,铝的身价却真的比金银高出许多。
早在19世纪初,有人就从明矾中发现了铝。然而直到1825年,丹麦物理化学家厄斯泰德才首先叩开了铝元素的大门。但在化学史上,一般常把德国的维勒称为最先分离铝的化学家。1827年,维勒在柏林一问简陋的实验室里第一次制得了较纯的铝。
由于铝的化学性质很活泼,与氧结合十分紧密,因此它在自然界中从不以金属单质的状态存在。当时人们曾试图像冶炼钢铁一样制取它,但总是事与愿违。27年后的1854年,法国化学家得维尔经过多年的潜心研究,终于取得了突破性的进展。他用氧化能力更强的金属钠从氯化铝中置换出了更纯的金属铝。
1855年,一块银光闪闪的铝标本在巴黎博览会上展出,立即引起了全世界的巨大反响。不过,得维尔虽然使铝变成了工业品,但铝仍被认为是一种稀罕的贵金属。因为用昂贵的钠做还原剂生产的铝,价格比黄金还要贵几倍。于是,铝金属在当时就成了珍贵无比的稀世之宝,被用来制作首饰,是达官贵人们显示财富的象征。1860年,法国皇帝拿破仑第三用美味佳肴大宴宾客,客人们用的碗碟都是金银所制,只有他自己用的碗碟是铝的。参加宴会的客人们皆羡慕不已。1869年,英国伦敦的化学家协会送给元素周期律的发现者门捷列夫一套贵重礼物,就是用铝合金制成的花瓶和杯子。可见,铝在当时是何其“受宠”。
时至1886年,美国、法国有两位同龄青年霍耳和厄鲁尔不约而同地发现了具有划时代意义的电解炼铝法。这样,制铝工业才迅速发展,并使铝的价格一落千丈。从此,铝作为“贵金属”长达60年的“荣耀生涯”宣告结束。这种本来是地壳中含量最多的金属元素从“红极一时”变为“返璞归真”,就成了一种价廉易得、用途广泛、家喻户晓的普通有色金属。
开发不久的“年轻金属”
铝在冶金学史上被称为“年轻的金属”,因为它的发现和大批量工业制造,距今不过一百多年时间。
铝是银白色金属,地壳中的铝含量约在8%左右,在所有元素中,仅次于氧和硅而居第三位。铝的导电导热性良好,仅次于银、金和铜,居第四位。铝的导电能力只有铜的65%左右,以传导等量的电流而论,铝的导电截面积大约是铜的1.6倍,然而它的重量只有铜的30%,按重量算,铝的用量还是节省了一半左右。铝的化学性质活泼,在表面生成一层致密的氧化薄膜,阻止铝的继续氧化,成为抗大气腐蚀的良好材料。它的可塑性好,容易加工,可轧制成薄板和箔,拉成极细的丝和挤压成各种复杂断面的型材;反光性能好,既能反射可见光,也能反射紫外线。
如果在铝中加入适量的其它元素配制成铝合金,便具有强度高、塑性好、强度大等特性,可与优质合金钢媲美,成为优秀的轻型结构材料,有“会飞的金属”之称,比如飞机结构中铝材就占50%以上。机动车以铝合金代替部分钢材制作构件,可使其重量减轻20%~75%,燃料消耗减少8%,机械部件寿命延长15%。在电器工业中,用铝制造电缆、电线等导电材料比铜更为经济,应用更加广泛。铝在化学工业中做液态天然气的输送管道、冷潦装置和石油精炼装置等。铝在建筑工业中也得到广泛应用。铝还是良好的包装材料、还原剂、脱氧剂,铝一钙合金具有超塑性,可制作异型器具和各种工艺品。
漂浮在水面上的“泡沫金属”
随着金属材料制造技术的不断发展,一种以金属铝为基本材料经加工而制成的“发泡”铝材应运而生,并成为金属材料家族的后起之秀。
泡沫铝是一种充满气泡的多孔金属,它兼有金属特性和气泡的特性。经过“发泡”处理后的金属铝材,在材料内部充满了空心孔隙结构,从而使材料的密度减小到300~1000公斤/立方米,与一般的木材相当。这不仅比相应体积的铝材要轻得多,而且比水还要轻,所以它会像木头一样漂浮在水面上。
英国剑桥大学的科研人员为了使“发泡”铝材的内部微孔更加符合需要,正在对新的制造工艺进行研究。因为从理论上分析,“发泡”铝材的物理性能的高低是与它的微孔孔径的大小密切相关的。单个孔径的长度越小,它所具有的物理性能越强。而目前的工艺水平还只能制取孔径为几毫米的铝材,这与人们所期望的目标还有一定的差距。为此,英国科学家的研究方向,就是制取孔径细密均匀的铝材,使单个孔径为1毫米,材料内部结构更加接近于人和动物的骨质结构。斯洛伐克的科研人员,根据人和动物骨骼内质微孔状结构而引发出新奇的构想,通过将这种微孔结构植入铝材之中,开发出了新型的“发泡”铝材。
由于“发泡”铝材具有一种奇异的内部结构,从而使它成为具有材质轻、强度高、吸音性能好、缓震效果佳、电磁兼容作用显著等特点集于一体的特殊金属材料,应用前景十分喜人。可以用于制造汽车、电梯及传送设备上的耐震部件,还可以用作各种建筑物和交通工具上的隔音材料、耐湿材料、防火材料、耐高温材料和耐氧化材料。在电子电气设备中可以制造新型散热片和轻型电磁屏障。在航空工业中,“发泡”铝材制造飞机机翼,在飞行时可以减少空气的阻力,提高飞机的安全飞行系数。在建筑工业中,泡沫铝可以用来制作内外装饰、隔音墙、天花板、门窗、间壁、屏蔽墙等。现在,泡沫铝材的应用领域在不断地扩展。而且,越来越多的科学家开始关注和参与发泡铝材的研制和开发应用。可以相信,它的未来前景十分美好。
显赫一时的“贵金属”
在体育比赛中,倘若人们将铝制的奖牌颁发给优胜者,一定会被传为笑谈。殊不知,在一个多世纪之前,铝的身价却真的比金银高出许多。
早在19世纪初,有人就从明矾中发现了铝。然而直到1825年,丹麦物理化学家厄斯泰德才首先叩开了铝元素的大门。但在化学史上,一般常把德国的维勒称为最先分离铝的化学家。1827年,维勒在柏林一问简陋的实验室里第一次制得了较纯的铝。
由于铝的化学性质很活泼,与氧结合十分紧密,因此它在自然界中从不以金属单质的状态存在。当时人们曾试图像冶炼钢铁一样制取它,但总是事与愿违。27年后的1854年,法国化学家得维尔经过多年的潜心研究,终于取得了突破性的进展。他用氧化能力更强的金属钠从氯化铝中置换出了更纯的金属铝。
1855年,一块银光闪闪的铝标本在巴黎博览会上展出,立即引起了全世界的巨大反响。不过,得维尔虽然使铝变成了工业品,但铝仍被认为是一种稀罕的贵金属。因为用昂贵的钠做还原剂生产的铝,价格比黄金还要贵几倍。于是,铝金属在当时就成了珍贵无比的稀世之宝,被用来制作首饰,是达官贵人们显示财富的象征。1860年,法国皇帝拿破仑第三用美味佳肴大宴宾客,客人们用的碗碟都是金银所制,只有他自己用的碗碟是铝的。参加宴会的客人们皆羡慕不已。1869年,英国伦敦的化学家协会送给元素周期律的发现者门捷列夫一套贵重礼物,就是用铝合金制成的花瓶和杯子。可见,铝在当时是何其“受宠”。
时至1886年,美国、法国有两位同龄青年霍耳和厄鲁尔不约而同地发现了具有划时代意义的电解炼铝法。这样,制铝工业才迅速发展,并使铝的价格一落千丈。从此,铝作为“贵金属”长达60年的“荣耀生涯”宣告结束。这种本来是地壳中含量最多的金属元素从“红极一时”变为“返璞归真”,就成了一种价廉易得、用途广泛、家喻户晓的普通有色金属。
开发不久的“年轻金属”
铝在冶金学史上被称为“年轻的金属”,因为它的发现和大批量工业制造,距今不过一百多年时间。
铝是银白色金属,地壳中的铝含量约在8%左右,在所有元素中,仅次于氧和硅而居第三位。铝的导电导热性良好,仅次于银、金和铜,居第四位。铝的导电能力只有铜的65%左右,以传导等量的电流而论,铝的导电截面积大约是铜的1.6倍,然而它的重量只有铜的30%,按重量算,铝的用量还是节省了一半左右。铝的化学性质活泼,在表面生成一层致密的氧化薄膜,阻止铝的继续氧化,成为抗大气腐蚀的良好材料。它的可塑性好,容易加工,可轧制成薄板和箔,拉成极细的丝和挤压成各种复杂断面的型材;反光性能好,既能反射可见光,也能反射紫外线。
如果在铝中加入适量的其它元素配制成铝合金,便具有强度高、塑性好、强度大等特性,可与优质合金钢媲美,成为优秀的轻型结构材料,有“会飞的金属”之称,比如飞机结构中铝材就占50%以上。机动车以铝合金代替部分钢材制作构件,可使其重量减轻20%~75%,燃料消耗减少8%,机械部件寿命延长15%。在电器工业中,用铝制造电缆、电线等导电材料比铜更为经济,应用更加广泛。铝在化学工业中做液态天然气的输送管道、冷潦装置和石油精炼装置等。铝在建筑工业中也得到广泛应用。铝还是良好的包装材料、还原剂、脱氧剂,铝一钙合金具有超塑性,可制作异型器具和各种工艺品。
漂浮在水面上的“泡沫金属”
随着金属材料制造技术的不断发展,一种以金属铝为基本材料经加工而制成的“发泡”铝材应运而生,并成为金属材料家族的后起之秀。
泡沫铝是一种充满气泡的多孔金属,它兼有金属特性和气泡的特性。经过“发泡”处理后的金属铝材,在材料内部充满了空心孔隙结构,从而使材料的密度减小到300~1000公斤/立方米,与一般的木材相当。这不仅比相应体积的铝材要轻得多,而且比水还要轻,所以它会像木头一样漂浮在水面上。
英国剑桥大学的科研人员为了使“发泡”铝材的内部微孔更加符合需要,正在对新的制造工艺进行研究。因为从理论上分析,“发泡”铝材的物理性能的高低是与它的微孔孔径的大小密切相关的。单个孔径的长度越小,它所具有的物理性能越强。而目前的工艺水平还只能制取孔径为几毫米的铝材,这与人们所期望的目标还有一定的差距。为此,英国科学家的研究方向,就是制取孔径细密均匀的铝材,使单个孔径为1毫米,材料内部结构更加接近于人和动物的骨质结构。斯洛伐克的科研人员,根据人和动物骨骼内质微孔状结构而引发出新奇的构想,通过将这种微孔结构植入铝材之中,开发出了新型的“发泡”铝材。
由于“发泡”铝材具有一种奇异的内部结构,从而使它成为具有材质轻、强度高、吸音性能好、缓震效果佳、电磁兼容作用显著等特点集于一体的特殊金属材料,应用前景十分喜人。可以用于制造汽车、电梯及传送设备上的耐震部件,还可以用作各种建筑物和交通工具上的隔音材料、耐湿材料、防火材料、耐高温材料和耐氧化材料。在电子电气设备中可以制造新型散热片和轻型电磁屏障。在航空工业中,“发泡”铝材制造飞机机翼,在飞行时可以减少空气的阻力,提高飞机的安全飞行系数。在建筑工业中,泡沫铝可以用来制作内外装饰、隔音墙、天花板、门窗、间壁、屏蔽墙等。现在,泡沫铝材的应用领域在不断地扩展。而且,越来越多的科学家开始关注和参与发泡铝材的研制和开发应用。可以相信,它的未来前景十分美好。