工業“高級滋補品”

文圖/袁潔

很多人都去眼鏡店配過眼睛，營業員一定會給大家推薦純鈦、B鈦、記憶鈦等多種以鈦金屬為主的鏡架，因為它具有超輕、耐腐蝕、抗過敏、強度高等優點。鈦，就是一種離我們日常生活很近的稀有金屬。其實，稀有金屬真正大展身手的地方是在工業領域。如果說鋼鐵是工業的糧食，那么，稀有金屬就可以說是工業的高級滋補品了。

隨著我國工業和科學技術現代化發展步伐的加快，稀有金屬的應用領域越來越廣泛，在尖端科學技術部門發揮著關鍵性作用。有了它，航天、軍工和精密儀器制造業就能如虎添翼，更上一個臺階。目前，世界各國都把稀有金屬當作增強國防實力、體現技術工藝水平、發展生產力的堅實基礎而倍加重視和保護，那么，稀有金屬究竟有哪些神奇的應用？它是從哪里來的？一起來聽聽專家是怎么說的吧！

稀有金屬從何處來？

最新研究認為，有色稀有金屬和貴金屬都來自遠古時期的隕石，而不是來自地球本身。在38億年至40億年前的原始地球上，曾遭到非同尋常的大規模隕石雨的撞擊，估計有2000億億噸隕石被“嵌入”到早期的地殼中，從此有了用途迥異的稀有金屬，這些金屬在地球的地質演化過程中，可能隨著時間的推移被吸收到地幔中。在各種地質的作用下，分散在地殼上和地幔中的稀有金屬元素相對富集而形成礦床的過程，被稱為“成礦作用”。

稀有金屬是在自然界中儲量、分布稀少，或難以被人類應用的一類元素的總稱。稀有金屬常用來制造特種金屬材料，如特種鋼、合金等，在飛機、火箭、原子能等工業領域也屬于關鍵性材料。其實，稀有金屬也是一個相對的概念，隨著人類對它們的研究愈加深入，加之新產源及新提煉方法的發現以及它們應用范圍的擴大，稀有金屬和其他金屬的界限也會逐漸消失。

鈦：并不稀有的“稀有”金屬

元素檔案

鈦屬于稀有金屬，但實際上鈦并不稀有，其在地殼中的豐度位列第七位，含量為0.45%，遠遠高于許多常見金屬。那為什么它還要“擠”在稀有金屬的行列里呢？這是由于鈦的性質活潑，對冶煉工藝要求高，使得人們長期以來無法制得大量的鈦，因而，它才被歸入“稀有”的行列。近年來，隨著鈦在現代技術中的應用日益廣泛，產量增多，有時，它也會被列入輕金屬。鈦的元素符號為Ti，原子序數為22。鈦的耐熱性很好，熔點高達1725℃。在常溫下，鈦甚至可以安然無恙地躺在各種強酸強堿的溶液中，就連最兇猛的酸—王水，也不能奈何得了它。

尖端應用

當前，由于鈦和鈦的合金被大量用于航空工業，因此它也有“空間金屬”之稱。不過，在造船工業、化學工業、制造機械部件、電信器材、硬質合金等方面，鈦也有著日益廣闊的應用。鈦的硬度與鋼鐵差不多，但它的重量幾乎只有同體積鋼鐵的一半，并且鈦沒有磁性，用鈦建造的核潛艇不必擔心被磁性水雷攻擊。早在第二次世界大戰期間，德國就造出了鈦鋼U型潛艇，橫行于大西洋。我國也于20世紀80年代研發了Ti80鈦合金，用于制造深潛器和潛艇的耐壓殼體，具有高強、高韌、耐蝕、可焊等優異性能。此外，我國還成功研制出了一批性能優異的鈦合金，如Ti31鈦合金，工作環境為高溫海水或常溫高速海水，可耐180℃高溫腐蝕。

鉭：制造的小電容有大用處

鉭是由瑞典化學家?？素惱镌?802年發現的，按希臘神話人物坦塔羅斯的名字命名，元素符號為Ta，原子序數73，為鋼灰色金屬。鉭的硬度較低（與其含氧量有關），但是它的熔點高達2980℃。

目前，世界上一半產量的鉭都被用在生產鉭電容上。鉭電容器的工作介質是在鉭金屬表面生成的一層極薄的五氧化二鉭膜。鉭電容是一種體積小而又能達到較大電容量的產品，多裝備到軍用設施中。金屬鉭還可用作飛機發動機燃燒室的結構材料。鉭鎢、鉭鎢鉿、鉭鉿合金還被用作火箭、導彈和噴氣發動機的耐熱高強材料以及控制和調節裝備的零件等。

銫：定義新一代時間計量基準

如今在人們的日常生活中，時間精確到秒已不夠用，比如百分之一秒的差別將決定田徑運動員的勝負，炮彈的發射精度需要達到千分之一秒，雷達甚至需要百萬分之一秒的時間精度值。因此，必須不斷提升時間計量的精確度。銫是一種堿金屬，元素符號是Cs，原子序數為55，由發現者羅伯特等以拉丁文“coesius”（意為天藍色）命名。銫的顏色為金色，質地非常軟，熔點低，一般28.44℃時即會熔化，也就是說，用手隔著玻璃管就能將其熔化。

激光冷卻銫原子噴泉鐘正是利用銫原子熔點低的特點，用六束激光將氣室中的銫原子捕獲，冷卻到幾μK（溫度的國際單位“開爾文”，用K表示），然后將冷卻后的銫原子上拋，上拋的銫原子經微波腔時與微波發生一次相互作用，當銫原子上升到最高點回落時經過同一微波腔，又一次與微波發生相互作用，構成一次躍遷振蕩。銫原子的躍遷振蕩具有極佳的穩定性和精確度，據此，定義一個原子秒的時間長度為銫原子躍遷91.9億次的時間長，就形成新一代的時間計量基準。根據這一原理制造的銫原子噴泉鐘，精度可達運行3000萬年都不出現1秒的誤差。

錸：助力神舟飛船上天

錸的元素符號是Re，原子序數75，常溫下的錸為銀白色的金屬或灰至黑色的粉末。錸的熔點為3180℃，沸點為5627℃。金屬錸非常硬，耐磨也耐腐蝕。錸的價格昂貴，因此在應用上多被制成合金。其中，尤以鎢錸和鉬錸合金的用途最廣。

含錸的合金可耐高溫，是制造航空發動機的關鍵金屬；也被用來制造電燈絲、人造衛星和火箭的外殼、原子反應堆的防護板等。錸及其合金可制作高溫熱電偶，鎢錸熱電偶在3100℃也不軟化。在鎢或鉬合金中加25%的錸，可增加材料的延展性能?；鸺?、導彈上會用錸作高溫涂層，宇宙飛船用的儀器和高溫部件也都要用到錸。此外，錸還在醇類脫氫、合成氨等化工生產中作為催化劑使用。隨著中國軍工發展的重心轉移至海空方向，未來航空發動機、無人機和高速飛行器等領域將進一步發展，錸的戰略價值將更為凸顯。

鎢：當之無愧的戰略金屬

鎢的元素符號是W，原子序數74，熔點很高，為3410℃。我國的鎢儲量居世界第一，占全球供應量的85%。鎢主要用于生產硬質合金、特種鋼等產品，并被廣泛應用于國防工業、航空航天、信息產業，被稱為“工業的牙齒”。如果一個國家沒有鎢的話，在目前的技術條件下，其金屬的加工能力就會出現明顯的頹勢，所以，鎢被稱為“戰略金屬”當之無愧。

由于鎢能耐高溫，所以鎢合金被大量用于機械、武器制造。比如，火炮身管等特種零部件，需要鎢合金材料加強耐燒蝕性能，提高火炮壽命。從攻擊角度看，制作穿甲彈的彈丸，必須使用比坦克裝甲更硬的高密度合金鋼、碳化鎢等材料。從防御角度看，由于鎢沒有放射性，化學性能也非常穩定，甚至在1000℃以上的高溫下也不會被氧化，并且硬度沒有明顯下降，因此制成的防彈裝甲對防御破甲彈的高溫金屬射流十分有利（高溫金屬射流是指炮彈攻擊部分被火藥在高溫下化成液態，并在高壓下被噴出形成的射流）。此外，由于鎢的硬度極高，加入鎢后，鋼的硬度也會有極大的提高。因此，目前它還主要用于生產鋼鐵的金屬合金。