材料的功績

近代科技和生產(chǎn)的發(fā)展,，可以說是一日千里,，人類從乘牛車、馬車到乘宇宙飛船,；從點油燈照明到用原子能發(fā)電,；從使用大刀長矛到發(fā)射導(dǎo)彈核武器，等等,?？茖W(xué)技術(shù)能以驚人的速度發(fā)生巨大的變化，應(yīng)首先歸功于材料,。

如果沒有鋼鐵,，再高明的技術(shù)工人也造不出汽車；沒有高強度,、耐高溫的材料,，再聰明的科學(xué)家也無法把衛(wèi)星送上天；沒有耐腐蝕,、耐高壓的材料,，再勇敢的探險者也不能開發(fā)富饒的海洋資源??。在科學(xué)技術(shù)史上,，材料問題解決與否,，往往成為創(chuàng)造發(fā)明成敗的關(guān)鍵。新材料一旦應(yīng)用,，不僅大大提高了科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)力的發(fā)展,，也使人類的活動方式發(fā)生翻天覆地的變化，而且給人類帶來空前優(yōu)厚的物質(zhì)利益和精神上的享受,，把千百年來夢寐以求的神話變成現(xiàn)實。

縱觀近年來的成敗得失,，不少決策人逐漸意識到科技的進步,，關(guān)鍵在于材料。為了說明這一觀點,，他們要求對一些重大科學(xué)和技術(shù)項目進行分析,，現(xiàn)僅就一些材料在工業(yè),、農(nóng)業(yè)、國防和科研等方面所起的作用及其建立的功績,，選數(shù)例做一簡單介紹,。

飛機發(fā)展的關(guān)鍵

1903年，美國萊特兄弟發(fā)明了世界上第一架飛機,，所用原料是木材和帆布,。飛行速度只有 每小時16 公里，和騎自行車的速度差不多,。1911 年,，鋁合金研制成功，很快取代了木材和帆布,，到第一次世界大戰(zhàn)期間,，全金屬結(jié)構(gòu)的飛機已很普遍了。從木布結(jié)構(gòu)過渡到金屬結(jié)構(gòu),，使飛機的性能和速度獲得一個飛躍,。例如到 1939 年螺旋槳飛機創(chuàng)造的最高時速已達(dá) 755 公里，僅36年的時間,，飛行速度提高了47倍,。聲音在空氣中的傳播速度為1200公里/小時，有些人試圖用螺旋槳飛機超過音速,，但都沒有成功,。失敗和挫折使人們把音速看成是飛機速度無法逾越的障礙，簡稱“音障”,。

后來找到了失敗的原因：原來空氣是有壓縮性的,，螺旋槳飛機在高速飛行時，由于壓縮空氣的影響,，機翼或其它部位的表面會出現(xiàn)“激波”,，造成升力下降，阻力增加,，阻礙了飛行速度進一步提高,。于是人們尋求新的動力，造出了噴氣式飛機,。

但是,，初期的噴氣式飛機仍然沒有超過音速，因為噴氣發(fā)動機的進口溫度很高,，需要耐高溫的合金材料,，而英國研制出的鎳基合金只能承受 700℃，使發(fā)動機推力和飛行速度受到影響,。到了50年代,，高溫合金有了進一步發(fā)展,，已經(jīng)能夠制造耐 800℃以上的高溫合金，再加上采用了后掠角更大的機翼和其它減少阻力的措施,，終于研制出一種飛行速度超過音速的噴氣式飛機,，突破了以前不可逾越的“音障”。這里,，噴氣發(fā)動機立了大功,，而耐高溫合金材料則起了關(guān)鍵性的作用。

可是,，在提高飛行速度的征途上,，又出現(xiàn)了新的問題。這就是飛機以超音速飛行時,，其表面因受到空氣強烈摩擦而發(fā)熱,，使溫度急劇升高。這種現(xiàn)象叫做空氣動力加熱,。飛機的速度越快,，溫度也愈高。以飛機在同溫層邊界飛行（那里的溫度是-56℃）為例,，當(dāng)飛行速度等于音速時,，飛機的表面溫度為-18℃；兩倍音速時,，溫度為 98℃,；當(dāng)達(dá)到三倍音速時，飛機表面溫度會升至 300℃,。從鋁合金的耐熱性來講,，當(dāng)飛機速度達(dá)到兩倍音速時，鋁的強度會顯著降低,；三倍音速時,，就會發(fā)生空中解體。

通常認(rèn)為,，飛機速度應(yīng)在二到三倍音速范圍內(nèi),，這種空氣動力加熱又是一堵新的障壁，稱為“熱障”,。它對飛機的結(jié)構(gòu),、飛行員工作環(huán)境和各種設(shè)備均帶來不利影響，甚至危害,。因此,，要制造表面耐溫超過 180℃，即飛行速度為音速 2.5 倍的飛機,，需要用鈦合金（可承受550℃溫度）代替鋁合金,。飛機是一種更新非常快的產(chǎn)品,，它不斷追求的目標(biāo)是安全,、迅速、舒適和經(jīng)濟,。80年代制造成功的新一代中短程飛機波音757和波音767,，能滿足低油耗和低噪音的要求，與 60年代的波音727比較,，燃油消耗降低了35％,。

近年來，由于石油價格連續(xù)上漲,，使民用飛機的燃油費用由1973年占航線直接使用費用的18％,，上升到1982年的50％，從而迫使各飛機公司積極從飛機的減重入手,，采用新的替換材料,。

波音757是一種窄機身短程旅客機，載客190人,；波音767是一種半寬機身中程旅客機,，載客250人。新飛機的機身和機翼上,，大量使用了改進的鋁合金和復(fù)合材料,。水平尾翼和垂直尾翼由于采用聚芳酚胺（凱芙拉）纖維和碳纖維復(fù)合材料，使重量比用鋁減少了 20～40％,。波音 767 飛機上有 24個零部件共使用了三噸碳纖維與凱芙拉—49混纖復(fù)合材料,，比早期采用的玻璃纖維—環(huán)氧復(fù)合材料還要輕。波音767還是第一種使用鋁合金主起落架梁的民用飛機,，而波音757飛機由于空間的限制,，選用了鈦合金主起落架。此外,，兩種飛機都增加了超高強度鋼的品種和用量,。

這樣一來，一架波音767飛機由于采用復(fù)合材料減重450公斤,，采用超高強度鋼減重900公斤,，采用改進鋁合金減重363公斤，三項總計共1.7噸,。

據(jù)統(tǒng)計,，飛機結(jié)構(gòu)如減輕一公斤，每年可節(jié)省燃料2900公斤，可見其經(jīng)濟效益有多大,。波音公司已在90年代的波音旅客機上,，進一步擴大使用了復(fù)合材料。據(jù)稱,，除發(fā)動機和起落架外,，大部分結(jié)構(gòu)材料都能采用碳纖維和聚芳酚胺纖維，那么這架乘坐250人的飛機可減輕重量六噸,！

航空發(fā)動機的改進是從兩個方面進行的,，一是更多地使用比重小的鈦合金和復(fù)合材料，以減輕自重,；二是更多地使用工作溫度高的新型高溫合金,，以加大推力和提高熱效率。1982年波音767飛機的發(fā)動機上開始使用單晶渦輪葉片,。單晶合金的強度,、疲勞壽命、耐腐蝕性和抗氧化性都比普通合金高,，使整個熱效應(yīng)提高30％,。

至于高超音速的航天飛機，其表面溫度可達(dá)到1000℃以上,，這時任何合金都無能為力了,，只有采用特種復(fù)合陶瓷材料才行。

1981年 4 月 12 日,，美國“哥倫比亞”號航天飛機發(fā)射成功,，引起了世界的矚目。航天飛機機身長37.2米,，翼展23.8米,，重量為68.8噸，大大超過了1969年登月的“阿波羅”飛船,。它的主發(fā)動機使用液氫和液氧作燃料,，加上外部燃料箱和兩臺固體燃料助飛火箭，發(fā)射時的全長達(dá)56米,，實際重量2020 噸,。

航天飛機同時具有火箭和飛機兩方面的特性，是一項極為復(fù)雜的綜合技術(shù)成果,，涉及空氣動力學(xué),、氣動加熱、設(shè)計,、制造,、試驗和計算機控制等技術(shù),。據(jù)美國宇航局稱，航天飛機的關(guān)鍵技術(shù)有兩項：重返大氣層的熱防護和長壽命火箭發(fā)動機,。機身防熱材料要求重復(fù)使用100次,，火箭發(fā)動機要求連續(xù)飛行55次無大修。對于習(xí)慣于一次使用觀念的火箭設(shè)計師,，無疑是一次相當(dāng)苛刻的要求,。

航天飛機在空間執(zhí)行考察任務(wù)后,，由120公里軌道再入大氣層時,，表面最高溫度可達(dá)1500℃。根據(jù)不同部位的工作條件,，航天飛機使用四種防熱材料：頭錐和機翼前緣受氣動摩擦最大,，溫度最高，超過1260℃,，使用表面涂硅的碳—碳復(fù)合材料,。這是一種以熱分解石墨纖維布作為增強劑、碳化樹脂為基體的復(fù)合材料,；機身和機翼下表面需耐熱 650～1260℃,，由兩萬四千多片高溫陶瓷瓦組成；機身側(cè)面和機翼上表面耐熱370～650℃,，由七千多片低溫陶瓷瓦組成,；貨艙門、尾段,、機身等部分溫度不超過398℃,，防熱較為容易，采用聚芳酰胺纖維制造的氈瓦,，是一種柔性重復(fù)使用材料,。

可以看出，航天飛機的熱防護系統(tǒng)主要是由防熱陶瓷瓦組成,，防護面積占全機面積的70％,，幾乎可以說全身披掛陶瓷盔甲。高溫陶瓷瓦和低溫陶瓷瓦的尺寸分別是 15×15×1.3～8.9 厘米和 20×20×0.5～2.5 厘米,，都是由直徑1.5微米,、純度99.7％的氧化硅短纖維加入膠狀氧化硅熱壓制成。

陶瓷瓦的特點是重量輕（密度 0.14 克/厘米 3）,，耐熱性和隔熱性好,。缺點是具有一定的脆性，并且根據(jù)不同的位置來變化形狀和厚度,，所以粘貼技術(shù)相當(dāng)復(fù)雜,，全靠人工來一片片粘貼。美國第一架航天飛機“哥倫比亞號”原訂1979年11月上天，可是后來多次延期,，都是因為防熱陶瓷瓦出的毛病,。

原來臨發(fā)射前在地面試車時，貼在航天飛機機體上的陶瓷瓦在538～649℃已大片剝落,。官員們大吃一驚,，緊急召集了一個五人專家小組商討對策。經(jīng)過掃描電子顯微鏡觀察后發(fā)現(xiàn),，這些剝落的陶瓷瓦中的纖維分布不均勻,，導(dǎo)致了傳熱不良、局部過熱,。后來在一名美籍華裔科學(xué)家的建議下,，提高了陶瓷

纖維噴硼化硅后的凝固速度，使纖維排列的均勻性不受干擾,，才解決了問題,。

航天飛機第一次飛行結(jié)束，經(jīng)檢查機表面各部分的溫度未超過計算值,，令人擔(dān)心的陶瓷瓦損壞意外地少,，僅剝落700片左右，加上厚度減少需更換者,，僅一千三百余片,，占陶瓷瓦總數(shù)的4.5％，基本上滿足了設(shè)計要求,。

1982年7月發(fā)射的“挑戰(zhàn)者號”航天飛機的部分防熱陶瓷瓦改用80％氧化硅纖維和20％含硼纖維混合制成的陶瓷瓦代替,，效果更好，今后航天飛機的熱防護系統(tǒng)仍是有待改進的項目之一,。

關(guān)于航天飛機發(fā)動機所用材料不多,，已知高壓氧渦輪泵和高壓氫渦輪泵采用的葉片，都是用最新的高鉻—鈷—鎢鎳基高溫合金Mar M246,，按定向凝 固精密鑄造工藝制成,，提高了抗熱沖擊性能。航天飛機主發(fā)動機的導(dǎo)向葉片,，也采用MarM246合金,，但按更先進的單晶精密鑄造工藝制成，這種導(dǎo)向葉片 是空心的,，用液態(tài)氫進行冷卻,，更進一步提高了抗熱沖擊性能，從而保證了發(fā)動機低重量,、長壽命的要求,。

航天飛機的研制成功,，是人類征服太空的又一次勝利，也顯示出在現(xiàn)代技術(shù)革命中材料舉足輕重的地位,。

農(nóng)業(yè)現(xiàn)化的的堅強后盾

農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化是一場偉大的技術(shù)革命,，它的核心是工具和其他技術(shù)手段的變革。農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化最顯著的特征是要在生產(chǎn)中大量采用各種先進的工業(yè)技術(shù)和新材料,，換句話說,，現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)要由工業(yè)部門投入大量物資，用現(xiàn)代工業(yè)的裝備武裝農(nóng)業(yè),。

農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化包括的內(nèi)容很多,，大體可歸納為：農(nóng)業(yè)機械化、農(nóng)業(yè)工廠化,、農(nóng)業(yè)電氣化以及農(nóng)業(yè)和技術(shù)裝備的一體化,。不言而喻，材料都是它們當(dāng)中當(dāng)然的“主角”,。拿農(nóng)業(yè)機械來說，它包括農(nóng)田基本建設(shè)機械,、耕作機械,、排灌機械、植物保護機械,、收獲機械,、農(nóng)業(yè)運輸機械、農(nóng)副產(chǎn)品加工機械以及畜牧機械等等,。

拖拉機是應(yīng)用最廣泛的一種農(nóng)業(yè)機械,。制造拖拉機不僅消耗材料多，而且要求零部件質(zhì)量好,、壽命長,，這些零部件都要用性能優(yōu)越的材料來制造。

例如,，生產(chǎn)一臺自動聯(lián)合收割機,，僅鋼材就需要兩千多種不同規(guī)格的品種，其中優(yōu)質(zhì)鋼材用得最多,，約占整個鋼材品種的25％,。由于材料質(zhì)量和設(shè)計制造水平的提高，使得拖拉機的結(jié)構(gòu)和性能也得到不斷改進,。不但向大型化,、大馬力、高速度和高效率方向發(fā)展,，還可對配套農(nóng)具實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)和控制,。

它除了能耕地,、整地、播種外,，根據(jù)需要,，交換不同的農(nóng)具，還能干推土,、鏟運,、開溝、施肥,、收獲,、割草等幾十種工作。人們可能會問：這種拖拉機一定是幾百馬力的大家伙,，行動都很笨拙吧,？不，由于配有液壓的自動伸縮,、

折疊機構(gòu),，即便是碗口粗的農(nóng)具，也能乖乖地折起三,、五折,，便于路上行駛。作物成熟后,，用自動聯(lián)合收割機收割,。這些收割機是由電子計算機控制的，不需要駕駛員操作,，能完成前進方向的調(diào)整,、割頭高低的升降，到了地頭還能自動轉(zhuǎn)向,。它的收割頭,，像一把大的理發(fā)軋刀，隨著機器的運轉(zhuǎn),，一割就是一大片,。操作臺上裝有割脫監(jiān)視器，收割機前進速度和脫粒部分能很好配合,。裝上不同的收割頭,，可以收割水稻、麥子,、玉米,、油菜、大豆,、高粱等莊稼,。這種收割機工作效率很高,，每天能收割水稻幾萬斤，并能同時完成脫粒,、清場,、裝包等工作，相當(dāng)于一,、二百個強壯勞動力的工作量,。

新能源中的老問題

從能源危機以來，新能源的開發(fā)和節(jié)能技術(shù)引起了普遍重視,。

這些技術(shù)中除核反應(yīng)堆已經(jīng)進入實用階段,，其他都比較年輕。例如,，太陽能,、深層地?zé)岷蜌淠艿冗€存在各種各樣的問題。一些過去進展緩慢的領(lǐng)域,，如煤的氣化和液化,，重新成為研究的重點。從目前的情況看,，這些技術(shù)的突破,，在很大程度上將依賴于新材料的進展，目前使用的材料大多不能滿足苛刻的工作環(huán)境要求,。

自從1957年第一座核電站運轉(zhuǎn)以來，世界上已建成約300座核電站,，1990年其發(fā)電量占總電量的10％,。第一代核反應(yīng)堆為重水堆、石墨氣冷堆和輕水堆,；第二代為高溫氣冷堆,；第三代為快中子增殖堆。目前80％反應(yīng)堆為輕水堆,，而所用材料的要求一代比一代嚴(yán)格,。

核反應(yīng)堆材料涉及到核燃料、中子減速材料,、中子反射材料,、屏蔽材料和結(jié)構(gòu)材料等，要求都很嚴(yán)格,。對于高速增殖反應(yīng)堆來說,，未解決的問題更多。例如,，裝鈾材料的細(xì)管使用有鉬316的不銹鋼制造,，它遭受大量中子輻射,，并與高化學(xué)活性的鈉接觸，環(huán)境極端惡劣,，其壽命期使人擔(dān)心,。今后十年左右，初期-建造的反應(yīng)堆已面臨分解處理復(fù)雜等問題,，如何延長未來反應(yīng)堆的壽命,，是一項重點研究課題。1979年,，美國三里島核電站發(fā)生事故,，輿嘩然。最后調(diào)查表明,，是由于控制人員操縱錯誤而使含放射性的冷卻水泄漏,，與材料無直接關(guān)系，才平息了人們的議論,。反之,，如果材料上出現(xiàn)漏洞法是改進材料，提高反射鏡的反射效率和集熱效率?，F(xiàn)在太陽能電陽能的利用是否能夠普及,，有賴于材料科學(xué)家的努力。

地?zé)岚l(fā)電始于意大利,，至今已有一個多世紀(jì)的歷史,。今天地?zé)犭娬疽驯榧靶挛魈m、美國,、日本和菲律賓等國,。地?zé)岚l(fā)電站的關(guān)鍵問題是耐腐蝕材料和高效率的熱交換器。一般地?zé)岚l(fā)電站利用的熱源溫度在 100℃以下,，要通過低沸點的工質(zhì)（如氟利昂）蒸汽才能帶動汽輪機工作,。近年來，美國在新墨西哥洲芬頓山開鑿深井,，利用熱干巖的熱量發(fā)電,，引起了人們的注意。

熱干巖發(fā)電工程分為兩期,，第一期1978年完成,，由注水井和采熱井組成的豎井對深度為3000米、底部有一塊有效直徑約60米的人工破碎巖石區(qū),，有效傳熱面積約 8000 平方米,，當(dāng)注入冷水后，可以采出溫度 200℃的熱水,，相當(dāng)于每天4500千瓦的熱能,。

隨后又開始規(guī)模更大的第二期計劃,，將井深由3000米增加到4000米。經(jīng)過多次人工破碎作業(yè),，使總傳熱面積擴大到100～200萬平方米,，井底水溫相應(yīng)提高到 250～275℃，這樣豎井對提供的熱量達(dá)到 2～5 萬千瓦,。豎井穿過層層的花崗巖達(dá)到了6000米的深度,，注水井彎入采熱井的底部，中間為相距 330 米高的人工破碎區(qū),。即使估計低一些,，水溫為 160℃，所采的熱量仍足以帶動一臺五萬千瓦的發(fā)電機組,，而發(fā)電余熱還可供溫室和取暖使用,。

地下熱水中經(jīng)常含有硫酸鉀、硫化氫等硫腐蝕物質(zhì),，溫度越高腐蝕越嚴(yán)重,。豎井的使用壽命估計為25年，但目前的耐硫化鋼可能維持不了如此長的使用期,，這樣將給維修帶來很大的困難?，F(xiàn)正在發(fā)展更好的耐硫化鋼和尋找代用材料，可能陶瓷涂層有助于延長壽命,。

氫作為一種新型能源也引起了人們重視,。氫是一種無色、無嗅的可燃性氣體,，因此可做燃料使用,。氫氣一般用高壓鋼瓶儲存，即使加壓到150個大氣壓,，所裝氫氣重量還不到鋼瓶重量的百分之一，顯然這種方法不適于工業(yè)上和生活上大量用氫的場合,。

近年來普遍認(rèn)為液氫是一種更理想的燃料,，將氫氣經(jīng) 140 個大氣壓壓縮，同時用液氨或液態(tài)空氣冷卻,，即可獲得液氫,。液氫是一種清潔的燃料，它的燃燒過程只產(chǎn)生水蒸汽及少量氧化氮,，不會污染環(huán)境,。航天飛機的主發(fā)動機使用的燃料為液氧和液氫，以液氫為燃料的汽車和飛機正在設(shè)計中,。液

氫使用中最大的問題是運輸和儲存,，液氫必須儲存在與空氣隔絕的高壓容器內(nèi),，加以它的沸點在常壓下為-253℃，許多金屬在這樣低的溫度下都會發(fā)生脆化,，所以必須采用超低溫鋼制造,。同時為了隔熱保冷，儲箱外面包覆一層聚苯撐氧泡沫塑料,、聚氨酯泡沫塑料或玻璃纖維套等,，比普遍用的油箱復(fù)雜得多。

現(xiàn)在有一種新的儲氫方法,，就是利用某些合金與氫反應(yīng)吸收大量氫氣,，吸氫量高達(dá)體積的數(shù)十倍或上千倍，而加熱以后又很容易使氫氣再釋放出來,，這些合金為鈦合金,、鑭鎳合金和鎂鎳合金等，所形成的金屬氫化物是固體,，因此儲存時不需要高壓和低溫,。這些合金材料對于氫的利用將起到重要的作用。

國防軍事的當(dāng)務(wù)之急

實現(xiàn)國防現(xiàn)代化,，一個重要的標(biāo)志是要使武器和裝備現(xiàn)代化,。具體地說，就是要有現(xiàn)代化的戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)武器和先進的兵器,；要有高度可靠的現(xiàn)代化指揮通信工具和情報偵察手段,；還要有適應(yīng)于現(xiàn)代化戰(zhàn)爭的后勤和工程支援。顯然這一切都與材料結(jié)下了不解之緣,。因為單就武器來講,，不論是常規(guī)武器（如彈藥和坦克、軍用飛機）,，還是現(xiàn)代化武器如原子彈,、氫彈、中子彈,、核潛艇等,，哪一樣都離不開材料，尤其是性能優(yōu)異的新型材料,。

讓我們回顧一下,，材料是怎樣為坦克的“成長”創(chuàng)造條件的：

1916年，第一次世界大戰(zhàn)期間,，法國索瑪河畔的戰(zhàn)場上,，英德兩軍用猛烈的炮火互相攻擊，雙方的士兵都隱蔽在戰(zhàn)壕里，誰也不敢“越雷池一步”,。9月15日黎明,，英軍又開始炮擊，德軍照常還擊,。突然,，從英軍陣地發(fā)出一陣陣的怪聲。不一會,，許多像大鐵盒似的龐然大物向德軍陣地直沖過來,。這些大家伙沒有輪子卻能跑，炮彈不斷從它的兩側(cè)飛出來,。德軍慌忙向它射擊,，可是子彈一碰上去就被反彈回來。這種能攻能防又能跑的怪物就是坦克,。它一出現(xiàn)就在戰(zhàn)場上顯示出巨大的威力,。

可是過了不久，所向披靡的英軍坦克,，出乎意料地被德軍的一種特殊炮彈擊穿了,。英國分析了德國彈頭的成分，發(fā)現(xiàn)里面含有鎢這種元素,，鎢和鋼中的碳結(jié)合,，生成很硬的碳化鎢，用這種合金制成的炮彈穿透力很強,，所以能摧毀坦克,。然而，“道高一尺,，魔高一丈”,。后來又有人在制造坦克裝甲的鋼中加進了鎢、鉬,、釩等元素,，它的硬度超過了鎢鋼炮彈，這種合金的防彈能力很強?，F(xiàn)在的坦克裝甲厚度達(dá)150～240毫米,，采用鉻錳硅鋼或鉻鎳鉬鋼，經(jīng)過熱處理制成,，可以經(jīng)得住直徑120毫米的炮彈轟擊。但是增加裝甲的厚度,，坦克的重量也會增加,。為了提高防彈能力和減輕重量，又出現(xiàn)了金屬和非金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)的裝甲。

但是,，任何武器和裝備都不是無敵的,，坦克也是這樣，針對坦克裝甲材料和結(jié)構(gòu)的改進,，又相繼出現(xiàn)了許多反坦克武器,，如反坦克手榴彈、反坦克火箭筒,、反坦克炮,、反坦克地雷等等。為了對付各種反坦克武器,，坦克還在改進,。例如，英國研制出一種名叫“喬巴姆”的新型坦克,，它的裝甲是由兩層特殊鋼板制成,，中間裝有玻璃纖維、超硬陶瓷和樹脂,。據(jù)說,，這種裝甲具有抵御各種反坦克武器的能力。

從每一代坦克和反坦克武器的交替出現(xiàn),，我們不難看出,，戰(zhàn)爭中一種武器或裝備的克敵制勝，在很大程度上是由制造這種武器,、裝備的材料決定的,。

這也說明，為了贏得戰(zhàn)爭的主動權(quán)和實現(xiàn)國防現(xiàn)代化,，在國防建設(shè)和軍事工程中,，往往把新材料的研制作為當(dāng)務(wù)之急，道理就在這里,。

節(jié)能技術(shù)的突破

各工業(yè)大國在開發(fā)新能源的同時,，普遍注意到節(jié)能技術(shù)，因為在工礦使用的能源中,，幾乎有一半的熱量被作為廢熱排入大氣和江海之中,。日本1976年制訂的“月光”計劃中，把廢熱的回收利用作為重要的一環(huán),。從 30～60℃的低溫廢水,，直至700℃以上的加熱爐煤氣和1000℃的焦炭都規(guī)定了不同的余熱回收方式。對 400℃以下的廢熱以熱管回收為主,，更高溫度的廢熱則利用熱交換器回收,。

充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備的潛力,，盡可能達(dá)到極限效率也是節(jié)能的一種重要手段?！霸鹿狻庇媱澲邪岩慌_高溫燃?xì)鉁u輪和一臺汽輪機串聯(lián)作為試驗方案,，這時燃?xì)鉁囟雀哌_(dá)1500℃，普通渦輪葉片使用的鎳鈷基超級高溫合金已無能為力了,，必須采用氮化硅,、碳化硅、塞龍（Si—AL—O—N化合物等）等精鑄 陶瓷才能滿足要求,。

改革傳統(tǒng)設(shè)備,，采用效率更高的新型發(fā)電設(shè)備和儲能技術(shù)，也是節(jié)能中值得考慮的方式,。

磁流體發(fā)電經(jīng)過近20年的基礎(chǔ)研究,，已接近實用階段。磁流體發(fā)電機是在約2500℃高溫時,，使等離子氣體高速通過與其成直角方向的強磁場,，不經(jīng)過機械能，直接把熱能變?yōu)殡娔芏l(fā)電,，這種發(fā)電方式不用旋轉(zhuǎn)的機件,，因此比蒸汽機熱效率提高50％以上。

磁流體發(fā)電的最大問題是使用了高溫氧化氣體,，同時為了改善導(dǎo)電性還加入了鉀離子,，必須是在惡劣環(huán)境中不起反應(yīng)的材料才能勝任。目前,，只能采用折中的方法,，稍稍降低電極的表面溫度，并在氣體通道內(nèi)鋪覆耐火材料,。

所用電極材料只有陶瓷,，如碳化硅、鋯酸鑭或鉻酸鑭等,，所用絕熱材料在溫度較低部位為氧化鈹和氧化鋁,，在高溫部位為氧化鎂。但是,，這些材料還不夠理想,，有待于進一步改進。研究工作較早的前蘇聯(lián),，于 1990年建成百萬千瓦級的磁流體發(fā)電站,。

飛輪的儲能方式早已應(yīng)用在發(fā)動機和壓力機上，無論是電能和動能都可通過飛輪的旋轉(zhuǎn)儲蓄起來,。在70年代一些國家就發(fā)展了大型飛輪儲能系統(tǒng),，把夜間剩余的電力儲入飛輪,，以備白天高峰用電時使用。此外在電車和汽車上也可用飛輪把剎車能儲蓄起來,，以便在加速時使用，這些方面的研究工作正在進行,。

飛輪的特點是旋轉(zhuǎn)時必然產(chǎn)生動力損失,，設(shè)計高性能飛輪應(yīng)在選材和制造技術(shù)上考慮解決。使用碳纖維和聚芳酰胺纖維復(fù)合材料制造的飛輪轉(zhuǎn)子,，比使用金屬制造的重量輕而強度高,，因此提高了單位重量的儲能。一種試驗的復(fù)合材料飛輪,，輪緣用的是碳纖維—環(huán)氧復(fù)合材料,，而輪輻用的是聚芳酰胺—環(huán)氧復(fù)合材料。一個大規(guī)模的飛輪儲能系統(tǒng),，占地面積半英畝（2000平方米）,，共有36個直徑為2.1米的豎井，豎井分為八層,，每層放置五個飛輪,，總計使用飛輪 1440 個，共儲能 1600 千瓦時,。

目前復(fù)合材料強度高,，但成形困難，價格較貴,，因此在大規(guī)模使用上受到限制,。從以上介紹可以看出：在未來的能源工程中陶瓷材料和復(fù)合材料會被首先考慮。

科學(xué)實驗的先鋒

科學(xué)實驗是在生產(chǎn)斗爭的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項獨立的社會實踐活動,，它是科學(xué)研究工作的主要組成部分,。自從自然科學(xué)運用了實驗方法以后，人們除了通過生產(chǎn)實踐和從對自然界的直接觀察中來認(rèn)識自然規(guī)律外,，還可以憑借各種實驗手段和儀器設(shè)備,，更深刻地揭示自然界的本質(zhì)，推動科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,。如果沒有先進的科學(xué)儀器和設(shè)備,，即使再有本領(lǐng)的科學(xué)家也只能束手無策，而每一種儀器設(shè)備都是由各種材料,、特別是新型材料制成的,。例如，電子顯微鏡,、射電望遠(yuǎn)鏡,、高能加速器,、電子計算機，這些標(biāo)志著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平的儀器,，都是由金屬,、非金屬、晶體,、電磁,、熱敏、光電,、激光,、紅外、合成以及復(fù)合材料制成的,?？茖W(xué)工作者有了用這些材料制成的儀器和設(shè)備，就如同作家使用筆和紙一樣,，可以“胸藏萬卷憑吞吐,，筆者千鈞任施張”了。

另一方面,，材料在科學(xué)研究工作中的地位也是首當(dāng)其沖的,。例如，自從1990年發(fā)現(xiàn)第一個激光工作介質(zhì)以來,，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和研制了一百多種能產(chǎn)生激光的晶體材料,，為激光科研提供了必要的物質(zhì)前提。從科學(xué)和技術(shù)的關(guān)系來看,，材料往往是科學(xué)理論過渡到技術(shù)應(yīng)用的成敗關(guān)鍵,，它直接影響著很多重大科技領(lǐng)域的進展。例如,，60年代前后,，美國曾為發(fā)展核能飛機集中了大量人力和財力進行研究。經(jīng)過了幾年努力,，終因材料問題無法解決,，而使這項工作告吹。這也表明,，沒有適用的材料,，科學(xué)家將無所作為。

科學(xué)理論早已過關(guān),，但因缺少材料不能在技術(shù)上推廣應(yīng)用的也不乏其例,。這可以通過低溫超導(dǎo)體的科研情況說明。

1911年,，荷蘭物理學(xué)家翁納斯在研究水銀的低溫性能時,，發(fā)現(xiàn)了一個奇跡,。當(dāng)溫度下降到-269℃，水銀的電阻突然消失了,，這種現(xiàn)象就叫超導(dǎo)現(xiàn)象,，具有超導(dǎo)性質(zhì)的材料就叫超導(dǎo)體。電氣工程師們一直幻想著,，有一天獲得沒有電阻的導(dǎo)線,，超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，終于為他們打開了希望之門,。

然而，幾十年過去了,，由于沒有找到高轉(zhuǎn)變溫度,、高臨界磁場和高電流密度的超導(dǎo)材料，使這一科研項目一直停留在實驗階段,，得不到推廣應(yīng)用,。

自從60年初，研制出合格的鈮錫合金超導(dǎo)材料以后,，才使得超導(dǎo)輸電,、超導(dǎo)磁場得以實現(xiàn)，“超導(dǎo)”才在技術(shù)上嶄新露頭角?，F(xiàn)在,，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有近 30種金屬、上千種合金和化合物具有超導(dǎo)性,?！俺瑢?dǎo)”已經(jīng)發(fā)展成為一項專門技術(shù)，在電機,、輸配電,、交通運輸、核物理,、空間,、電子等科技領(lǐng)域，展現(xiàn)出誘人的前景,。例如,，利用超導(dǎo)電纜輸送電力，在幾乎沒有損耗的情況下,，把電流輸送到千里之外,；用超導(dǎo)體制成磁場強度為15～20高斯的電磁體，只有幾十公斤重,，若用銅導(dǎo)體制成這樣的電磁體,，重量有好幾噸,；超導(dǎo)體還可制成時速為500公里的超導(dǎo)磁懸浮列車，按這個速度計算,，從北京到上海只需三個多小時,。