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微晶玻璃是怎样发明的?
信息来源:www.yuhuistone.cn    发布时间:2019.12.26
有一天,有家闻名遐尔的美国玻璃制造公司打算研制一种感光玻璃。所谓感光玻璃,就是一种能感光显色的玻璃新品种。这种新型玻璃紫外线照射感光后,再经过热处理,便能显示出美丽的影像,不但色彩鲜艳,而且永不褪色。
按照工艺规格的要求,感光玻璃热处理时的加热温度为玻璃软化温度以下50℃~100℃,保温时间为1~2小时。有一位研究玻璃的专家,把一块玻璃放入自动控制温度的电炉中加温,他把炉温调到600℃。一切准备就绪,他关上炉门接通电源,电炉即开始升温。
就在这时,突然传来一阵急促的电话铃声。原来,上司通知他立即去参加一个重要会议。按照实验室的规定,实验一旦开始,有关研究人员不得中途离开。但是,那位玻璃专家想,反正电炉有自动温控仪控制,于是,他未向上司报告实验室里的工作情况便离开了岗位。
当玻璃专家返回实验室时,由于自动温控仪失灵,炉内温度升到了900℃,他不由得大吃一惊。他赶紧打开炉门,所幸的是,玻璃没有熔融,而是直挺挺地躺在炉内。玻璃专家把它放在显微镜下进行观察,观察结果表明,在这块玻璃中,析出了大量的微小晶体,这就是世界上第 一块微晶玻璃的诞生经过。真是“忙中出错,歪打正着”。
有些小朋友可能会问,玻璃中那些微小的晶体是怎样形成的呢?
少年朋友也许都知道,空气中的水汽要以尘埃作为凝聚的核心,才能形成水滴。同样,制造微晶玻璃也要有适当的核心。这就是说,除了玻璃的自身成分可以作为结晶核心外,人们在熔炼、制作微晶玻璃时,还要加入一些特殊原料。试验表明,金、银、铜等金属元素氧化钛氧化锆等氧化物也可作为结晶核心。此外,为了使玻璃析出晶体,还应具备温度和能量等方面的条件。
制作微晶玻璃的工艺的确很有趣:玻璃冷却成型后,如果用紫外线照射一下,就会在它的体内“长出”无数肉眼分辨不出的微小晶体,变成不透明的象牙色,因此人们亲切地把它叫做“微晶玻璃”。这种要经过紫外线照射才能制成的微晶玻璃,科学家们将它称为“光敏微晶玻璃”。而不用紫外线照射,只通过热处理制成的微晶玻璃称为“热敏微晶玻璃”。
目前,科学家们已能研制出1000多种不同成分的微晶玻璃,它们的性能也各不相同。经测定表明,结晶的直径通常不超过2微米,只有头发丝粗细的几十分之一。
喜欢科普的少年朋友都知道,为了观察天体,需要有一台大型的反射式望远镜。但是,由于老式的反射式望远镜的凹镜是采用普通的光学玻璃制作的,这种玻璃会热胀冷缩,这样一来,凹镜的准确形状和精度尺寸都会因受气温的影响而发生变化,从而会大大影响天体望远镜的观察效果。
微晶玻璃受热胀冷缩的影响极小,所以,利用它来制作望远镜的凹镜,使天体望远镜的精度不至于因为气温的变化而受到影响。1978年,我国利用微晶玻璃制成了凹镜直径为2.2米的反射式望远镜,安装在北京天文台,使我国进入了为数不多的能制造大型微晶玻璃凹镜的国家的行列。
由于微晶玻璃既像铝那样轻巧,在高温下又不会变形,所以航空航天工程师看上了它。人们利用微晶玻璃来制作喷气式飞机发动机的喷嘴,以及用作火箭、人造地球卫星和航天飞机的结构材料。
由于微晶玻璃的硬度极好,因此,可用来制造滚动轴承、压缩机和汽轮机的叶片、高速切削工具、刹车构件、热交换器、化工用泵和管道,以及其他要求耐磨、耐热、耐蚀的机械零件。
微晶玻璃易于加工,材质均匀,制成后尺寸精 确,因此在军事工业中也大有用武之地。例如,利用微晶玻璃来制作导弹头部的防护罩,使导弹在高速飞行过程中能辐射大量的热,从而降低工业温度。因此,军事科学家将微晶玻璃誉为导弹头部的“保护神”。
许多具有特殊性能的微晶玻璃,可以制作成人们所需要的器件。例如,有生物活性的微晶玻璃可以制成人工骨关节、人工牙齿等;有磁性的微晶玻璃可以制成电子计算机记忆元件;此外,还能制成厨房餐具和各种家用器皿等。