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住在綠寶石里的金屬——鈹


有一種翠綠晶瑩、光耀奪目的寶石叫綠柱石。它過去是供貴族玩賞的寶物,今天成了勞動(dòng)人民的珍品。


為什么我們也把綠柱石當(dāng)做珍品呢?這倒不是由于它有一副漂亮誘人的外表,而是因?yàn)樗抢锩婧幸环N珍貴的稀有金屬——鈹。



的含意就是綠寶石。過了差不多三十年,人們用活潑的金屬鈣和鉀還原氧化鈹和氯化鈹,制得了純度不高的第一塊金屬鈹。又過了將近七十年,人們才對(duì)鈹進(jìn)行小規(guī)模的加工生產(chǎn)。近三十年來,鈹?shù)漠a(chǎn)量逐年激增?,F(xiàn)在,鈹?shù)?/span>“隱性埋名時(shí)期已經(jīng)過去,人們每年要生產(chǎn)好幾百噸的鈹。


看到這里,你可能會(huì)提出這樣的問題:為什么鈹?shù)陌l(fā)現(xiàn)時(shí)間這么早,而在工業(yè)上的應(yīng)用卻這樣晚呢?


關(guān)鍵在鈹?shù)奶峒児ぷ魃?,要從鈹?shù)V石中把鈹提純出來很困難,而鈹又偏偏特別喜歡清潔,鈹中只要含有很少一點(diǎn)點(diǎn)雜質(zhì),就會(huì)使它的性能發(fā)生很大的變化,失去許多優(yōu)良的品質(zhì)。


現(xiàn)在的情況當(dāng)然大有改觀了,我們已經(jīng)能夠采用現(xiàn)代的科學(xué)方法生產(chǎn)出純度很高的金屬鈹。鈹?shù)脑S多特性我們都了如指掌:比重比鋁輕三分之一;強(qiáng)度跟鋼差不多,傳熱本領(lǐng)是鋼的三倍,是金屬中良好的導(dǎo)體;透X射線的能力最強(qiáng),有金屬玻璃之稱。


曾有這么多優(yōu)異的性能,怪不得人們稱譽(yù)它是輕金屬中的鋼哩!


百折不撓的鈹青銅


起初,因?yàn)橐睙捈夹g(shù)不過關(guān),煉出來的鈹里含有雜質(zhì),脆性大,不好加工,加熱時(shí)又容易氧化,所以少量的鈹只是在特殊情況下使用,比如用X射線管的透光小窗、霓虹燈的零件等等。


后來,人們給鈹?shù)膽?yīng)用開辟了一個(gè)廣闊而又重要的新領(lǐng)域——制造合金,特別是制造鈹銅合金——鈹青銅。



大家知道,銅比鋼鐵要軟得多,彈性和抵抗腐蝕的能力也不強(qiáng)。但是,銅中加進(jìn)一些鈹后,銅的性能發(fā)生了驚人的變化。含鈹百分之一到三點(diǎn)五的鈹青銅,機(jī)械性能優(yōu)良,硬度加強(qiáng),彈性極好,抗蝕本領(lǐng)很高,而且還有很高的導(dǎo)電能力。用鈹青銅制成的彈簧,可以壓縮幾億次以上。


百折不撓的鈹青銅,最近又被用來制造深海探測(cè)器和海底電纜,這對(duì)海洋資源的開發(fā)具有重要的意義。


含鎳的鈹青銅還有一個(gè)可貴的特點(diǎn)——受到撞擊的時(shí)候不會(huì)產(chǎn)生火花。這個(gè)特點(diǎn)對(duì)炸藥廠很有用。你想,易燃易爆的材料怕得就是火,比如炸藥和雷管,一見火就會(huì)發(fā)生爆炸。而鐵制的錘子、鉆頭等工具在使用時(shí)都會(huì)冒出火花,這怎么得了。很明顯,用這種含鎳的鈹青銅來制造這些工具,是最合適的了,另外,含鎳的鈹青銅也不會(huì)被磁鐵所吸引,不受磁場(chǎng)磁化,所以又是制造防磁零件的好材料。


前面不是說過,鈹有金屬玻璃的外號(hào)嗎?近年來,比重小、強(qiáng)度高、彈性好的鈹,已經(jīng)作為反射鏡用到高精度的電視傳真上,效果果然不錯(cuò),發(fā)送一張照片只需要幾分鐘。


給原子鍋爐建造“住房”


鈹雖然有很多用處,但在眾多元素中,它仍是一個(gè)默默無名的小人物,受不到人們的重視。但在本世紀(jì)五十年代時(shí),鈹?shù)?/span>“命運(yùn)卻大為好轉(zhuǎn),一時(shí)成了科學(xué)家們的搶手貨。


這是為什么呢?


原來是這樣的:在無煤的鍋爐——原子反應(yīng)堆里,為了從原子核里解放出大量的能量,需要用極大的力量去轟擊原子核,使原子核發(fā)生分裂,就像用炮彈去轟擊堅(jiān)固的炸藥庫,使炸藥庫發(fā)生爆炸一樣。這個(gè)用來轟擊原子核的炮彈叫中子,而鈹正是一種效率很高的能夠提供大量中子炮彈的中子源。原子鍋爐中光有中子點(diǎn)火還不行,點(diǎn)火以后,還要使它真正著火燃燒起來。



中子轟擊原子核,原子核分裂,放出原子能,同時(shí)產(chǎn)生新的中子。新中子的速度極快,達(dá)到每秒幾萬公里。必須使這類快中子減慢速度,變成慢中子,才容易繼續(xù)去轟擊別的原子核而引起新的分裂,一變二、二變四……持續(xù)不斷地發(fā)展鏈?zhǔn)椒磻?yīng),使原子鍋爐里的原子燃料真正燃燒起來,正因?yàn)殁攲?duì)中子有很強(qiáng)的制動(dòng)能力,所以它就成了原子反應(yīng)堆里效能很高的減速劑。


這還不算,為了防止中子跑出反應(yīng)堆,反應(yīng)堆的周圍需要設(shè)置警戒線——中子反射體,用來勒令那些企圖越境的中子返回反應(yīng)區(qū)。這樣,一方面可以防止看不見的射線傷害人體健康,保護(hù)工作人員的安全;另一方面又能減少中子逃跑的數(shù)量,節(jié)省彈藥,維持核裂變的順利進(jìn)行。


鈹?shù)难趸锉戎匦?,硬度大,熔點(diǎn)高達(dá)攝氏二千四百五十度,而且能夠像鏡子反射光線那樣把中子反射回去,正是建造原子鍋爐住房的好材料。


現(xiàn)在,幾乎各種各樣的原子反應(yīng)堆都要用鈹作中子反射體,特別在建造用于各種交通工具的小型原子鍋爐時(shí)更需要。建造一個(gè)大型的原子反應(yīng)堆,往往需要?jiǎng)佑脙蓢嵍嘟饘兮敗?/span>


在航空工業(yè)中大顯身手


航空工業(yè)的發(fā)展要求飛機(jī)飛得更快、更高、更遠(yuǎn),重量輕、強(qiáng)度大的鈹當(dāng)然也可以在這方面顯一下自己的本領(lǐng)。


有些鈹合金是制造飛機(jī)的方向舵、機(jī)翼箱和噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)金屬構(gòu)件的好材料?,F(xiàn)代化戰(zhàn)斗機(jī)上的許多構(gòu)件改用鈹制造后,由于重量減輕,裝配部分減少,使飛機(jī)的行動(dòng)更加迅速靈活。有一種新設(shè)計(jì)的超音速戰(zhàn)斗機(jī)——鈹飛機(jī),飛行速度可達(dá)每小時(shí)四千公里,相當(dāng)于聲速的三倍多。在將來的原子飛機(jī)和短距離起落的飛機(jī)上,鈹和鈹?shù)暮辖鹨欢〞?huì)得到更多的應(yīng)用。


進(jìn)入二十世紀(jì)六十年代以后,鈹在火箭、導(dǎo)彈、宇宙飛船等方面的用量也在急劇增加。


鈹是金屬中最好的良導(dǎo)體?,F(xiàn)在有許多超音速飛機(jī)的制動(dòng)裝置是用鈹來制造的,因?yàn)樗袠O好的吸熱、散熱的性能,剎車時(shí)產(chǎn)生的熱量很快就會(huì)散失。


當(dāng)人造地球衛(wèi)星和宇宙飛船高速穿越大氣層的時(shí)候,機(jī)體與空氣分子摩擦?xí)a(chǎn)生高溫。鈹作為它們的防熱外套,能夠吸收大量的熱量并很快地激發(fā)出去,這樣就可防止溫度過度升高,保障飛行安全。



鈹還是高效率的火箭燃料。鈹在燃燒的過程中能釋放出巨大的能量。每公斤鈹完全燃燒放出的熱量高達(dá)15000千卡,是一種優(yōu)質(zhì)的火箭燃料。


醫(yī)治“職業(yè)病”的妙藥


人在工作、勞動(dòng)一段時(shí)間后會(huì)感到疲勞,這是一種正常的生理現(xiàn)象。然而,許多金屬和合金也會(huì)疲勞,不同的是,人們歇一會(huì)兒之后疲勞就自動(dòng)消失了,人們又可以繼續(xù)進(jìn)行工作,但金屬和合金就不行了,它們疲勞過度后,用它們?cè)斐傻臇|西就不能再用了。這多么可惜呀!


怎么來治療金屬和合金的這種職業(yè)病呢?


科學(xué)家已找到了醫(yī)治這種職業(yè)病靈丹妙藥,它就是鈹,如果在鋼中加入少量的鈹,把它制成小汽車用的彈簧,可以經(jīng)受1400萬次沖擊,也不會(huì)出現(xiàn)疲勞的痕跡。

甜味金屬


金屬也會(huì)有甜味嗎?當(dāng)然沒有,那為什么題目卻是甜味金屬呢?


原來,有些金屬的化合物是帶有甜味的,于是人們就把這種金屬叫做甜味金屬,鈹就是其中的一個(gè)。


但是千萬不要接觸鈹,因?yàn)樗哂卸拘浴C恳涣⒎矫椎目諝庵兄灰幸缓量蒜數(shù)姆蹓m,就會(huì)使人染上急性肺炎——鈹肺病。我國冶金戰(zhàn)線的廣大職工,向鈹毒發(fā)動(dòng)進(jìn)攻,終于使一立方米空氣中的鈹?shù)暮拷档偷绞f分之一克以下,已經(jīng)圓滿地解決了鈹中毒的防護(hù)問題。


跟鈹相比,鈹?shù)幕衔锏亩拘愿螅數(shù)幕衔飼?huì)在動(dòng)物的組織和血漿中形成可溶性的膠狀物質(zhì),進(jìn)而與血紅蛋白發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成一種新的物質(zhì),從而使組織器官發(fā)生各種病變,在肺和骨骼中的鈹,還可能引發(fā)癌癥。鈹?shù)幕衔镫m然甜,卻是老虎的屁股,千萬摸不得。


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