1、 中中 华华 文文 化化 撷撷 英英 材料科学 (一) 黄兵明 主编 北京银冠电子出版有限公司 图 书 在 版 编 目 (CIP)数 据 中 华 文 化 撷 英 /黄 兵 明 主 编 北 京 ： 北 京 银 冠 电 子 出 版 有 限 公 司 ， 2003ISBN 7-900060-29-4中 黄 文化知识普及读物中国 Z228.527中国版本图书馆 CIP 数据核字(2003)第 007295 号北京银冠电子出版有限公司发行 (北 京 海 淀 区 增 光 路 45 号 100037) 全国各地新华书店经销 北京双青印刷厂印刷开本： 7871092 1/32 印 张 ： 512 字 数 ： 4
2、 900 千字2003 年 12 月第 1 版 2003 年 12 月第 1 次印刷印数： 1 5 00 册 版 号 ： ISBN 7-900060-29-4/Z03定 价 ： 9998.00 元 (1CD,含 配 套 书 )I目 录 愚蠢的牧师和聪明的出纳员 1法国巴黎的象征 .3世界第一艘铁壳船 .6铁壳船漂洋过海 .8主轴为何突然断裂 .10钢铁的 “维生素 ” .13铁的新贡献 .15圣彼得堡的钮扣神秘失踪 .18隐蔽的杀手 .20幸运的军官，倒霉的士兵 .23黏土中提炼出的金属 .25贪得无厌的国王和贵夫人 .27拿破仑的餐叉和钮扣 .30带翼的金属 .32可以装进香烟盒的毯子 .3
3、5 充 当 过 “便 衣 警 察 ”的 锂 .37让灯泡照明更长时间 .39历经坎坷的钛 .42长期被埋没的 “功臣 ” .45忍辱负重的 “新银 ” .47连体兄弟的分离 .50钴颜料大放异彩 .52黄金的 “悲惨遭遇 ” .54I空中野战炮吓坏了德国飞行员 .56钶为何要改名为铌 .58西班牙国王干的蠢事 .60希腊神话和钽 .62 “天王 星 ”的本事 .64 能 “记 忆 ”形 状 的 材 料 .67氢气到哪儿去了？ .69 “千 疮 百 孔 ”的 多 孔 材 料 .71太空中的新材料 泡沫金属 .74 现 代 “阿 凡 提 ”种 金 属 .76悬空冶炼特殊材料 .79王权的象征 金刚
4、石 .81塑料的祖宗 赛璐珞 .83深海考察的发现 .86海底探宝 .88月球上的材料生产工厂 .91拦劫星星的计划 .93南非的钻石城 金伯利 .95用烟合成的钻石 .98材 料 科 学 1愚蠢的牧师和聪明的出纳员纯 金 是 一 种 很 柔 韧 的 金 属 ， 它 具 有 稳 定 的 “性 格” ， 即 使 把 它 加 热 到 熔 化 也 不 会 改 变 颜 色 ， 永 远 是 金 光 闪 闪 ， 所 以 自 古 以 来 有 句 名 言 叫 “真 金 不 怕 火 炼” 。 因 此 ， 谁 都 希 望 得 到 黄 金 ， 只 不 过 有 人 是 利 用 权 势 来 获 取 黄 金 ， 有 人
5、则 是 利 用 智 慧 而 已 。 下 面 的 两 个故事使我们看到了其中的智慧。 19 世纪末， 在美国的费城发生过一件非常稀奇的 事 情 。 有 一 家 年 代 很 久 的 造 币 厂 ， 常 年 铸 造 金 币 。 在 这 家 造 币 厂 的 对 面 则 有 一 座 很 古 老 的 教 堂 ， 因 年 代 太 久 ， 教 堂 有 些 破 旧 。 为 了 吸 引 更 多 的 教 徒 ， 牧 师 们 决 定 对 教 堂 进 行 彻 底 翻 修 。 当 地 的 一 位 居 民 听 到 这 个 消 息 后 ， 立 刻 拢 到 教 堂 的 主 管 牧 师 ， 要 求 教 堂 把 破 旧 的 屋顶卖
6、给他，他愿意出 3000 美元买下来。 牧师们很纳闷，以为这位居民有些神经不正常， 因 为 教 堂 的 屋 顶 破 旧 不 堪 ， 已 经 没 有 什 么 可 以 利 用 的 价 值 了 ， 但 是 ， 3000 美 元 可 不 是 一 个 小 数 目 ， 况 且 又 是自己送上门来的，用一座破旧屋顶换 3000 美元的 巨 款 ， 何 乐 而 不 为 ， 而 且 翻 修 教 堂 正 需 要 一 大 笔 资 金 呢！于是牧师们一致同意把破屋顶出售。 这 位 居 民 把 破 烂 屋 顶 买 回 来 后 ， 先 把 屋 顶 上 的 油 漆 一 点 不 剩 地 仔 细 刮 下 来 ， 然 后 把 这
7、 些 刮 下 来 的 油 漆材 料 科 学 2碎 末 放 在 一 个 大 坩 埚 中 焚 烧 ， 待 油 漆 碎 末 烧 尽 后 ， 在 剩下的灰烬中竟有 8 千 克 重 的 黄 金 。 这 些 黄 金 的 价 值当然远远超过 3000 美元。 这 些 油 漆 碎 末 中 的 金 子 是 哪 里 来 的 呢 ？ 原 来 ， 这是 多 年 以 来 ， 从 教 堂 对 面 的 造 币 厂 冶 炼 炉 的 烟 囱 中 飞 扬 出 来 的 黄 金 粉 末 积 落 下 来 的 ， 黄 金 粉 末 大 部 分 落 到 了 教 堂 的 屋 顶 上 。 等 教 堂 的 牧 师 们 知 道 自 己 上 当 之
8、后，已经晚了。 在 欧 洲 一 家 大 银 行 ， 则 发 生 过 一 个 更 具 戏 剧 性 的 故 事 。 在 第 一 次 世 界 大 战 前 夕 ， 当 时 大 多 数 国 家 使 用 金 币 。 成 千 上 万 的 金 币 天 天 流 入 银 行 ， 由 出 纳 员 将 金 币 清 点 、 分 类 并 用 纸 封 装 好 ， 而 清 点 分 类 工 作 通 常 都 是 在 一 张 专 门 的 木 制 工 作 台 进 行 的 ， 事 情 就 发 生 在 这 张桌子上。每天，一位出纳员在开始清点金币之前， 总 是 先 在 自 己 的 桌 子 上 铺 上 一 块 台 布 。 他 的 这 一
9、举 动 ， 受 到 了 银 行 经 理 的 赞 扬 ， 认 为 这 位 出 纳 员 很 爱 整 洁，并且是勤勤恳恳工作的榜样。 出 纳 员 更 是 持 之 以 恒 。 每 天 早 晨 ， 他 就 从 办 公 室 里取出台布铺在工作台上，下班时叠起来放在一起。 然 后 每 逢 星 期 六 他 把 台 布 带 回 家 ， 星 期 一 上 班 时 再 换 上一块新台布。 日 积 月 累 ， 这 位 勤 恳 工 作 的 出 纳 员 从 台 布 中 得 到材 料 科 学 3了他“合法”得到的金粒。 原来，在清点金币过程中，金币相互碰撞摩擦，经常落下一些人的眼睛看不出来的金粉末在台布上， 这 位 出 纳
10、员 每 星 期 用 炒 锅 焚 烧 一 块 台 布 ， 粘 在 台 布 丝 中 的 金 粉 熔 化 后 又 聚 成 细 小 的 金 粒 ， 它 的 价 值 当 然 远 高 于 一 块 台 布 的 价 值 。 这 件 事 他 一 直 干 到 他 的 女 仆 泄 露天机为止。 自 古 以 来 ， 人 们 已 经 习 惯 于 将 金 作 为 财 富 ， 因 为 金 在 史 前 期 就 已 经 被 发 现 和 应 用 。 其 实 金 还 是 一 种 很 有用的金属， 它的延展性极好， 1 克金即可拉成约 2.4 千 米 长 的 细 丝 ， 可 以 锤 成 极 薄 的 金 箔 ， 且 在 大 气 中 不
11、 受 腐 蚀 ， 所 以 古 代 人 用 它 做 首 饰 和 用 来 装 饰 佛 像 、 庙 宇，也用来做金币。 在现代科技中，金被用于电镀工业和电子工业， 还用来制造化学器皿，它至今仍是一种贵重金属。 法国巴黎的象征世 界 上 有 不 少 著 名 的 塔 ， 都 以 各 自 的 特 色 闻 名 于 世 。 例 如 意 大 利 中 部 比 萨 城 内 教 堂 广 场 上 的 比 萨 斜 塔，全部用大理石砌成，共 8 层，高不过 54.5 米。 它 之 所 以 闻 名 于 世 ， 除 了 建 筑 材 料 是 用 贵 重 的 大 理 石 外 ， 主 要 是 因 为 塔 身 倾 斜 ， 而 这 种
12、倾 斜 完 全 是 因 为 建 筑 师 设 计 时 疏 忽 了 沉 重 的 大 理 石 会 使 地 下 土 层 不 均材 料 科 学 4匀下沉而造成的。但这座始建于公元 1174 年，直到1350 年才建成的斜塔之所以如此闻名， 还在于传说著名的物理学家伽利略曾于 1590 年在这座塔上做过著 名 的 自 由 落 体 实 验 。 但 不 管 怎 样 ， 比 萨 斜 塔 应 “感 谢 ” 沉 重 的 大 理 石 和 粗 心 的 设 计 师 ， 要 不 自 己 怎 么 能 闻 名 天下？ 而 法 国 的 艾 菲 尔 铁 塔 之 所 以 闻 名 于 世 ， 则 是 由 于 它所采用的材料和精心巧妙的
13、设计。 1884 年，法国政府为了庆祝 1789 年资产阶级革命胜利 100 周年，决定于 1889 年开办一个轰动世界 的博览会，并计划在巴黎修建一座永久性的纪念塔。 用 什 么 材 料 建 ？ 当 时 有 各 种 意 见 ， 为 了 使 纪 念 塔 建 得 高 大 而 宏 伟 ， 当 时 杰 出 的 法 国 工 程 师 古 斯 塔 夫 艾 菲 尔提出用钢铁建造一座 300 米 高 的 铁 塔 的 方 案 。 因 为 过 去 还 没 有 这 样 的 铁 建 筑 物 ， 不 少 人 对 这 一 方 案 持 怀 疑 态 度 ， 经 过 激 烈 的 竞 争 ， 艾 菲 尔 终 于 获 胜 。 但
14、当 时 的 一 些 同 行 认 为 ： 这 样 高 的 塔 ， 重 量 将 达 到 7000 吨， 有 可 能 底 层 的 铁 架 结 构 承 受 不 了 如 此 大 的 重 压 而 不 能 持 久 。 艾 菲 尔 则 坚 持 认 为 ， 他 的 这 件 “纪 念 品 ”保 持 25 年绝对不会成问题。现在看来，他当时对自己的 估 计 也 比 较 保 守 。 因 为 现 在 这 座 铁 塔 已 过 了 100 多 年 ， 依 然 完 好 无 损 地 耸 立 在 巴 黎 ， 吸 引 着 成 千 上 万 的材 料 科 学 5游 客 。 说 起 来 这 还 是 要 归 功 于 艾 菲 尔 极 端 大
15、 胆 而 细 心 的设计。 原 来 ， 为 了 能 使 铁 塔 创 造 建 筑 史 上 的 奇 迹 ， 他 研 究 了 法 国 及 欧 洲 中 世 纪 以 来 兴 建 的 高 大 教 堂 和 城 堡 史 ， 分 析 了 埃 及 金 字 塔 和 中 国 的 寺 院 宝 塔 的 特 点 ， 结 合 自 己 多 年 兴 建 桥 梁 、 车 站 和 教 堂 的 经 验 ， 进 行 了 精 确 的 设 计 和 计 算 ， 最 后 才 定 下 施 工 方 案 。 为 了 使 塔 身 “稳如泰山” ， 不 发 生 像 比 萨 斜 塔 那 样 的 意 外 ， 他 把 塔基的面积扩大到 125 平方米。 四座塔
16、墩用水泥浇灌， 牢牢扎根在地基上；塔身用 1.3 万个钢铁构件和 250万 个 铆 钉 连 成 一 体 ； 塔 身 分 为 4 层 ， 第 一 层 高 57 米，第 2 层高 58 米 ， 第 三 层 高 159 米，最后一层距地面300 米，在最后一层上还建了一个小楼台，所以塔的总高达 328 米 。 这 在 当 时 是 全 世 界 最 高 的 建 筑 了 。 这座铁塔从 1887 年 1 月 20 日动工，到 1889 年 4 月 5 日 竣 工 ， 只 花 了 不 到 两 年 的 时 间 ， 正 好 赶 上 法 国 资 产 阶级革命胜利 100 周年纪念。 艾 菲 尔 铁 塔 建 成 后
17、 ， 许 多 人 预 言 ， 这 座 塔 的 寿 命 不 会 长 久 ， 因 为 它 将 在 风 雨 中 遭 到 锈 蚀 ， 变 脆 ， 最 后 坍塌。 1928 年 ， 美 国 有 几 家 报 纸 断 言 铁 塔 已 经 完 全 生 锈 而 可 能 在 不 久 的 将 来 会 倒 塌 ， 但 法 国 的 科 学 家 和 工 程 师 只 是 给 铁 塔 重 新 刷 上 了 一 层 防 锈 油 漆 保 护 它 ， 并材 料 科 学 6告 诉 美 国 报 纸 ， 那 些 说 铁 塔 要 倒 的 说 法 ， 不 过 是 一 些 耸 人 听 闻 的 谣 传 ， 不 要 把 它 当 回 事 ！ 果 然
18、， 铁 塔 至 今 还耸立在巴黎的上空。 现在， 只要常看电视的小朋友， 一看到艾菲尔铁塔，就知道那是法国巴黎的象征。 世界第一艘铁壳船现 代 的 军 舰 和 海 洋 内 河 大 型 船 舶 大 多 是 钢 铁 制 成 的 ， 但 在 200 多 年 前 ， 人 们 还 没 有 见 过 铁 壳 船 。 尽 管 铁 早 在 几 千 年 前 就 被 使 用 ， 但 因 为 它 太 重 ， 一 放 进 水 里 就 往 下 沉 ， 所 以 当 时 没 有 人 想 过 用 铁 来 造 船 。 我 国 著 名 的 航 海 家 郑 和 七 下 西 洋 ， 率 领 上 万 人 的 庞 大 舰 队使用的也是木船
19、。就是筹建于 1874 年的清朝北洋 海军，到 1888 年编成北洋水师时，22 艘军舰中也只 有 9 艘 是 铁 甲 舰 ， 还 是 从 英 国 和 德 国 购 买 的 。 那 么 世 界上第一艘铁壳船是谁制造的呢？ 说 到 建 造 铁 壳 船 ， 我 们 不 能 不 说 到 被 英 国 人 称 为 “铁匠大师”的约翰威尔金森。他是 18 世纪时英 国 的 一 位 生 产 钢 铁 的 实 业 家 ， 为 推 动 钢 铁 在 生 产 和 生 活 中 的 应 用 而 创 造 了 许 多 奇 迹 ， 因 而 又 被 人 称 为 “钢 铁狂人”或“铁疯子” 。 当 时 英 国 制 造 了 一 些 大
20、 炮 ， 需 要 通 过 运 河 塞 文 河 运 到 目 的 地 去 。 可 是 当 时 水 上 的 运 输 工 具 只 有 木 制 的 船 ， 木 船 的 载 重 量 承 受 不 起 沉 重 的 用 钢 铁 铸 就 的 大材 料 科 学 7炮，而且木质的材料也经不起钢铁家伙的磕磕碰碰， 于是钢铁实业家威尔金森宣布他将建造铁壳船。 威 尔 金 森 的 这 个 设 想 一 经 公 布 ， 许 多 人 为 之 瞠 目 结 舌 ， 铁 本 身 那 么 重 ， 又 不 能 像 木 材 那 样 可 以 随 意 加 工 ， 怎 么 可 能 造 出 浮 在 水 上 的 铁 船 ， 而 且 还 指 望 用 它
21、 来运载沉重的大炮哩！ 但 是 威 尔 金 森 充 满 信 心 地 回 答 说 ： “根 据 阿 基 米 德 浮 力 定 律 ， 物 体 在 水 中 所 受 到 的 浮 力 ， 等 于 它 所 排 开 的 同 体 积 的 水 重 ， 我 所 制 造 的 铁 船 ， 只 要 使 它 拥 有 足够大的空间，使船的体积所排开的水重大于船重， 铁船就能浮在水面上。我坚信这一点。 ” 再 说 如 果 用 钢 材 做 材 料 制 造 铁 船 ， 加 工 的 问 题 怎 么 解 决 ？ 威 尔 金 森 说 ， 他 可 以 用 滚 轧 机 将 炼 成 的 棒 状 铁 轧 成 需 要 厚 度 的 铁 板 ， 可
22、 以 用 钻 孔 机 给 铁 板 进 行 精 密 的 钻 孔 ， 再 用 螺 钉 铆 死 ， 这 个 方 法 可 以 使 衔 接 起 来 的 铁 板 滴 水 不 漏 。 威 尔 金 森 对 自 己 创 造 性 的 设 想 坚 定 不移， “钢铁狂人” 、 “铁 疯 子 ”的 外 号 就 是 这 么 来 的 。 经过一番努力， 1787 年 7 月 ， 威 尔 金 森 果 然 在 塞 文 河 上 放 下 了 一 艘 用 铁 板 制 成 的 铁 船 ， 它 吸 引 周 围 许 多人前去参观，为之惊叹不已。 威 尔 金 森 对 于 这 项 成 功 颇 感 自 豪 ， 他 在 写 给 朋 友 的信中说
23、： “铁 壳 船 的 试 航 符 合 我 的 一 切 期 望 。 我 说材 料 科 学 8服了那些不相信这个设想的人。 ” 关 于 这 位 威 尔 金 森 ， 应 该 多 说 几 句 ， 他 带 头 制 造了 铁 椅 子 ； 制 造 了 酒 坊 用 的 各 种 尺 寸 的 铁 管 ， 用 来 代 替传统用的竹管子；也是他，第一个带头建造铁桥， 代 替 传 统 的 石 桥 和 木 桥 ； 他 还 为 法 国 生 产 了 一 批 输 送 自来水的铁管子，可以把水通过铁管送到千家万户， 成 为 真 正 的 自 来 水 。 他 常 喜 欢 说 ： 有 一 天 人 们 会 看 到 到 处 是 铁 做 的
24、 房 子 ， 铁 做 的 道 路 ， 铁 做 的 船 在 他 80 高龄去世时，他要求家人把他放在铁棺材里安葬。 铁壳船漂洋过海英国的威尔金森于 1787 年制成的第一艘铁壳船，仍 属 于 老 式 的 平 底 小 铁 船 ， 没 有 动 力 ， 载 重 量 只 有 20 吨。真正使铁壳船成为能行驶在海上有动力的大船， 则应该提到世界公认的美国年轻的发明家富尔顿。 富尔顿是在 18 世纪时由英国移民到美国去的苏 格 兰 人 的 后 代 。 父 亲 本 是 裁 缝 ， 到 美 国 以 后 改 为 开 荒 种 地 ， 在 富 尔 顿 4 岁 时 父 亲 就 去 世 了 。 富 尔 顿 从 小 爱 画
25、 画 ， 还 爱 画 一 些 古 怪 的 机 器 。 21 岁 时 ， 富 尔 顿 来 到 伦 敦 ， 一 面 画 画 谋 生 ， 一 面 想 继 续 深 造 。 他 的 画 很 受 欢迎， 由此结识了一些社会名流和伯爵、 公爵等贵族， 从 中 认 识 了 发 明 蒸 汽 机 的 瓦 特 。 富 尔 顿 告 诉 瓦 特 ， 他 正 在 致 力 于 设 计 建 造 一 种 用 蒸 汽 做 动 力 的 轮 船 ， 瓦 特材 料 科 学 9愉 快 地 表 示 一 定 大 力 支 持 他 。 于 是 富 尔 顿 开 始 了 试 制 以蒸汽为动力的轮船的研究。 1803 年 ， 他 的 第 一 艘 试
26、制 成 功 的 轮 船 在 法 国 的 塞 纳 河 试 航 ， 试 航 虽 然 获 得 成 功 ， 但 没 想 到 就 在 试 航 的 那 天 夜 里 ， 一 阵 暴 风 将 船 摧 毁沉没了。 富 尔 顿 并 没 有 因 此 而 灰 心 失 望 ， 他 和 工 人 们 连 夜 从 河 里 把 沉 没 的 船 打 捞 出 来 ， 一 检 查 ， 原 来 木 制 的 船 身 太 单 薄 了 ， 又 载 着 沉 重 的 蒸 汽 机 锅 炉 ， 船 经 不 住 风 浪的颠簸就拦腰折断了。 查找出原因，富尔顿同时也找到了改进的办法， 他 认 识 到 如 果 要 制 造 用 蒸 汽 做 动 力 的 船
27、， 必 须 将 木 制 的 船 壳 改 为 铁 制 的 。 这 时 ， 英 国 威 尔 金 森 发 明 的 铁 壳 船使富尔顿得到启发。 又经过一番努力， 1807 年 ， 富 尔 顿 的 以 蒸汽为动 力 的 铁 壳 轮 船 制 成 了 ， 它 被 用 缆 绳 系 在 美 国 哈 德 逊 河 的 河 岸 上 。 当 时 许 多 人 一 是 不 相 信 铁 壳 的 船 能 漂 浮 在 水 上 ， 二 是 不 相 信 用 那 么 笨 重 的 蒸 汽 机 去 带 动 安 装 在 船 身 两 侧 的 轮 子 ， 能 将 船 推 动 前 进 ， 他 们 将 这 艘 轮 船 称做是“富尔顿的蠢物” ，站
28、在河岸上准备看笑话。 谁 知 蒸 汽 机 点 火 以 后 ， 高 高 的 烟 囱 喷 出 带 火 星 的 浓 烟 ， 马 达 发 出 “突 突 突 ”的 轰 鸣 声 ， 这 艘 人 们 从 未 见过的“蠢物” ，竟载着 40 位乘客在河上启航了。 材 料 科 学 10这 就 是 第 一 艘 以 蒸 汽 为 动 力 、 以 铁 壳 做 船 身 的 轮 船 “克 莱 蒙 特 ”的 胜 利 试 航 。 它 顺 利 地 行 驶 了 240 千米的路程，只用了 32 个小时。如果是木制船，就是遇到顺风，也得航行 48 个小时。 从 那 以 后 ， 人 们 开 始 认 识 到 用 钢 铁 为 材 料 制
29、作 船体 的 优 越 性 ， 激 发 起 更 多 人 的 创 造 灵 感 。 1822 年 ， 英 国 人 艾 伦 曼 比 制 造 的 铁 壳 船 试 航 成 功 以 后 ， 成 为 一 艘 正 式 的 商 船 ， 满 载 着 货 物 从 英 国 伦 敦 泰 晤 士 河 出 发 ， 穿 过 英 吉 利 海 峡 ， 顺 利 到 达 巴 黎 。 这 是 铁 壳 船 第 一次完成了从英国到法国的海上航行。 后 来 ， 铁 壳 船 不 断 得 到 改 进 和 发 展 ， 具 有 了 许 多 木 质 材 料 做 船 体 所 不 具 备 的 优 点 ， 铁 壳 船 渐 渐 就 取 代 了 木 质 船 ，
30、又 由 于 钢 材 具 有 比 铁 更 多 的 优 点 ， 钢 壳 船 渐渐取代了铁壳船。到 1890 年，钢材做船壳的船已 全 部 代 替 了 铁 做 的 船 ， 而 且 这 些 船 大 都 担 负 着 远 洋 航 行的任务。 主轴为何突然断裂李 薰 是 我 国 著 名 的 材 料 冶 金 学 家 ， 他 的 名 字 几 乎 和 冶 金 学 中 的 “发 裂 ”、 “氢 脆 ”这 些 内 行 们 很 熟 悉 但 外 行 们 却 很 生 疏 的 学 术 名 词 连 在 一 起 。 他 证 实 了 钢 中 发生的“发裂”这种现象是因为钢中存在氢引起的， 因 而 名 扬 世 界 ， 并 获 得 英
31、 国 的 白 朗 敦 奖 章 和 奖 金 ， 英材 料 科 学 11国 设 菲 尔 德 大 学 为 此 授 予 他 冶 金 学 博 士 学 位 。 李 薰 之 所以能获此殊荣，还有一段有趣的经历。 1936 年 ， 李 薰 从 湖 南 大 学 矿 冶 工 程 系 毕 业 后 ， 为 了 学 到 更 多 的 知 识 将 来 报 效 祖 国 ， 他 来 到 了 英 国 设 菲 尔德大学冶金学院，这一年他 24 岁。他在英国努力 学 习 ， 潜 心 钻 研 冶 金 理 论 ， 成 绩 优 异 ， 毕 业 后 被 留 任 为该校冶金研究部的负责人。 事有凑巧，第二次世界大战前夕的 1938 年，在 英
32、 国 突 然 发 生 了 一 起 飞 机 失 事 的 空 难 事 故 ， 造 成 机 毁 人亡。失事的是一架英国的“斯皮菲尔”式战斗机， 飞 行 员 是 一 位 勋 爵 的 儿 子 。 那 一 天 ， 蓝 天 如 洗 ， 碧 空 万 里 ， 是 适 合 特 技 飞 行 的 绝 好 天 气 。 勋 爵 的 儿 子 驾 驶 飞 机 升 空 ， 在 碧 蓝 的 天 空 中 做 着 各 种 飞 行 动 作 ， 使 地 面上观看的人目不转睛。 忽然， 飞机像断了线的风筝， 一 个 倒 栽 葱 就 向 地 面 坠 落 ， 随 着 一 声 巨 响 ， 整 架 飞 机 化成一堆碎片，勋爵的儿子当即死于这场空难
33、。 勋 爵 的 儿 子 驾 驶 技 术 是 过 硬 的 ， 好 好的一架飞机 为 什 么 会 突 然 失 事 ， 很 令 人 疑 惑 。 于 是 ， 英 国 空 军 下 令 立 即 调 查 飞 机 失 事 的 原 因 。 结 果 发 现 ， 这 起 事 故 并 非人为的破坏，而是飞机发动机的主轴断成了两截。 经 过 进 一 步 检 查 ， 发 现 在 主 轴 内 部 有 大 量 像 人 的 头 发 丝那么细的裂纹，冶金学中称这种裂纹为“发裂” 。 材 料 科 学 12问 题 不 能 至 此 为 止 ， 为 什 么 在 发 动 机 轴 里 会 出 现 大 量 的 “发 裂 ”呢 ？ 要 怎 样
34、才 能 防 止 这 种 裂 纹 造 成 的 断 裂 现 象 呢 ？ 不 搞 清 这 个 问 题 ， 所 有 的 飞 行 员 只 要 一 上 天 ， 就 提 心 吊 胆 。 他 们 纷 纷 要 求 生 产 发 动 机 轴 的 冶 金 工 厂 搞 个 水 落 石 出 ， 但 是 这 个 问 题 折 腾 了 一 两 年 也 没 有 搞 清 。 后 来 ， 这 个 难 题 交 给 了 设 菲 尔 德 大 学 。 当 时，年方 27 岁的李薰正在该大学的研究部工作，他 毫不犹豫地接受了这一艰巨的任务。 李 薰 对 制 造 发 动 机 轴 的 钢 进 行 跟 踪 调 查 ， 做 了 大 量 工 作 ， 收
35、 集 到 了 许 多 第 一 手 资 料 ， 并 用 显 微 镜 对 钢 进行了仔细的金相组织检查。 他终于发现， 钢中的 “发 裂 ”是 由 钢 在 冶 炼 过 程 中 混 进 的 氢 原 子 引 起 的 。 氢 原 子 混 进 钢 中 后 就 像 潜 伏 在 人 体 中 的 病 毒 一 样 ， 刚 开 始 并 不 “兴 风 作 浪 ”， 但 一 旦 “气 候 ”变 化 ， 它 就 跑 出 来 变 成 小 的 “氢 气 泡 ”， 像 “定 时 炸 弹 ”一 样 ， 在 外 力作用下就会一触即发， 使钢脆裂。 这种脆裂就叫 “氢 脆” 。 1950 年 ， 李 薰 载 誉 回 到 祖 国 ，
36、在 沈 阳 创 建 了 中 国 科 学 院 金 属 研 究 所 。 由 于 他 对 氢 在 钢 中 的 影 响 的 研 究 有卓越成就，1956 年 被 国 家 授 予 自 然 科 学 奖 。 李 薰 1983 年 3 月 20 日去世，但一直受到材料科学界的怀 念。 材 料 科 学 13钢铁的“维生素”现 在 世 界 上 每 年 都 有 汽 车 大 奖 赛 之 类 的 体 育 赛 事 ， 竞 赛 中 车 毁 人 亡 的 事 故 已 是 司 空 见 惯 。 其 实 ， 这 类汽车竞赛大概已有上百年的历史了。 1905 年 ， 在 一 次 汽 车 比 赛 中 因 一 起 撞 车 事 故 而 意
37、外 地 使 金 属 钒 受 到美国汽车大王福特的重视，并使它从此风靡世界。 这 一 天 ， 美 国 汽 车 大 王 亨 利 福 特 正 好 也 来 观 看 这 场 汽 车 比 赛 ， 车 祸 发 生 后 ， 职 业 的 敏 感 性 使 他 立 即 赶 到 事 故 现 场 ， 他 想 亲 自 查 看 一 下 汽 车 受 撞 之 后 的 损 坏 情 况 。 受 撞 的 是 一 辆 法 国 汽 车 ， 他 仔 细 检 查 后 ， 发 现 汽 车 受 撞 后 从 一 根 阀 轴 上 掉 下 来 一 个 零 件 ， 零 件 本 身 看 不 出 有 任 何 特 殊 的 地 方 ， 但 是 零 件 闪 闪
38、发 亮 的 表 面 和 硬 度 引 起 了 这 位 汽 车 大 王 的 注 意 。 他 是 汽 车 行 家 ， 对 这 种 事 情 历 来 十 分 敏 感 。 于 是 他 悄 悄 捡 起 零 件 拿 回 去 分 析 ， 结 果 证 实 这 是 一 种 含 有 钒 元 素 的 特 殊 钢 ， 其 性 能 之 好 是 他 这 个 汽 车 大 王 过 去 一 直 向 往 却 从 来没有见到过的。 福 特 立 即 根 据 这 种 特 殊 钢 的 性 能 进 行 了 计 算 ， 他 想 ， 如 果 在 汽 车 上 大 量 采 用 这 种 高 强 度 的 含 钒 特 殊 钢 ， 汽 车 的 重 量 肯 定
39、 会 大 大 减 轻 ， 大 量 的 原 材 料 就 会 节 省 下 来 ， 从 而 使 汽 车 价 格 便 宜 得 多 。 于 是 ， 福 特 决 定， 立即组织生产这种特殊钢， 并大量在汽车上采用。材 料 科 学 14果 然 ， 几 年 之 后 ， 福 特 就 以 他 的 物 美 价 廉 的 汽 车 在 世 界的汽车市场上击败了自己的对手。 后 来 ， 福 特 感 慨 地 说 ： “如 果 没 有 钒 ， 就 不 会 有 福 特 公 司 的 汽 车 。 ”后 来 ， 人 们 就 把 钒 这 种 元 素 称 为 钢铁的维生素“V” ：V 是钒的英文元素符号。 说 起 来 ， 钒 本 身 的
40、经 历 就 是 一 段 曲 折 的 故 事 。 1801 年， 西班牙的矿物学家里奥在研究墨西哥锡马潘 的 褐 铅 矿 时 ， 发 现 了 一 种 新 金 属 元 素 ， 这 种 过 去 未 见 过的金属元素化合物的颜色因温度不同而不断变化， 于 是 就 给 它 起 了 一 个 名 字 叫 “帕 克 罗 米 纳 ”，即“全 色 ”的 意 思 。 后 来 因 为 发 现 这 类 元 素 的 盐 与 酸 加 热 时 呈 红 色 又 改 名 叫 “埃 赖 特 罗 立 姆 ”， 意 即 “红 色 ”。 可 惜，里奥没有重视自己的发现，反而在 1802 年错误 地 宣 布 ， 说 他 不 久 前 发 现
41、 的 那 种 金 属 其 实 不 是 新 元 素 ， 而 是 铬 。 于 是 ， 这 种 新 元 素 被 误 会 为 铬 而 埋 没 了 近 30 年之久。 1830 年， 年轻的瑞典化学家塞弗斯托姆用瑞典塔 贝 里 附 近 的 矿 石 冶 炼 生 铁 时 ， 发 现 炼 出 的 生 铁 总 是 脆 的 ， 而 从 另 一 些 铁 矿 中 炼 出 的 铁 却 有 很 高 的 塑 性 ， 他 决 心 揭 开 这 个 谜 。 后 来 终 于 发 现 ， 那 些 铁 之 所 以 总 是 脆 的 ， 是 因 为 矿 石 中 含 有 一 种 新 元 素 (这 种 元 素 后 来 被 证 明 就 是 里
42、奥 曾 发 现 过 而 后 来 又 误 认 为 是 铬 的 那材 料 科 学 15种 金 属 )， 于 是 他 把 这 种 金 属 元 素 命 名 为 钒 ， 这 个 名 称是由女神凡娜迪丝的名字演化来的。 由 于 德 国 化 学 家 沃 勒 也 曾 和 里 奥 一 样 误 认 为 钒 就是铬，所以后来他在给朋友的一封信中懊丧地说： “我 是 一 个 十 足 的 笨 蛋 ， 没 有 发 现 褐 铅 矿 中 有 新 的 元 素。 ” 后 来 ， 瑞 典 的 化 学 家 柏 齐 利 厄 斯 取 笑 说 ： “里奥 和 沃 勒 两 个 人 都 向 女 神 凡 娜 迪 丝 求 爱 ， 但 都 没 有
43、敲 开 凡 娜 迪 丝 的 闺 门 ， 只 有 塞 弗 斯 托 姆 才 获 得 了 女 神 的 爱 情 ， 并 一 见 钟 情 ， 不 久 就 生 下 一 个 宝 贝 儿 子 钒 。 ” 钒 是 钢 铁 合 金 中 的 重 要 元 素 。 普 通 碳 素 钢 加 入 不 到 1的钒，它的弹性和强度就会大大加强，适合于 制 造 船 舶 、 飞 机 和 钢 轨 等 。 铬 钒 钢 、 铬 镍 钒 钢 、 铬 钒 铒钢，其中只有不到 1的钒，但是硬度、韧性和弹 力强度都大大增加，适合于制作弹簧。 铁的新贡献铁 在 历 史 上 的 功 绩 是 尽 人 皆 知 的 ， 因 为 它 创 造 了 铁 器 时
44、 代 。 但 历 史 进 步 到 今 天 ， 西 方 有 人 认 为 钢 铁 工 业已是夕阳工业， 寿命不会太长了。 事实则并非如此， 世 界 仍 然 离 不 开 铁 ， 而 且 现 在 又 有 科 学 家 试 图 给 铁 派 上新用场， “委 派 ”它 去 降 低 全 球 的 温 室 效 应 。 这 听 起 来 有 点 让 人 莫 名 其 妙 ， 铁 怎 么 能 承 担 如 此 重 任 呢 ？材 料 科 学 16但 如 果 你 知 道 了 有 关 已 故 科 学 家 马 尔 丁 的 故 事 ， 你 就 会明白了。 近 年 来 ， 由 于 温 室 效 应 已 使 全 球 气 候 变 暖 ， 并
45、 给 人 类 未 来 的 生 活 和 生 存 带 来 了 威 胁 ， 而 造 成 温 室 效 应 的 罪 魁 祸 首 是 大 气 中 不 断 增 加 的 二 氧 化 碳 。 它 像 在 地 球周围罩了一层玻璃，阻挡了太阳的热量返回太空， 形 成 一 个 “地 球 温 室 ”， 因 此 许 多 科 学 家 都 在 设 法 降 低温室效应。 20 世纪 80 年代，美国一位叫约翰马尔丁的海 洋 学 家 就 开 始 研 究 怎 样 控 制 全 球 气 候 变 暖 的 问 题 。 他 认 为 ， 仅 陆 地 上 的 植 物 ， 通 过 光 合 作 用 每 年 就 能 吸 收 200 亿300 亿 吨
46、碳 (这 些 碳 来 源 于 大 气 中 的 二 氧 化 碳 )。 然 而 陆 地 上 的 植 物 仅 是 全 球 植 物 的 很 少 一 部 分 ， 在占地球面积 70以上的海洋中也有植物。 比如海水 中的浮游藻类， 它们吸收大气中二氧化碳的能力并不 比 高 大 的 陆 地 植 物 逊 色 ， 一 年 能 吸 收 400 亿吨左右的 碳。 但 是 他 发 现 ， 在 地 球 南 极 水 域 中 的 浮 游 藻 类 植 物 特 别 稀 少 。 为 什 么 不 能 在 这 里 大 量 繁 殖 海 藻 来 吸 收 二 氧 化 碳 呢 ？ 他 在 南 极 考 察 时 ， 南 极 区 的 植 物 并
47、不 稀 少 ， 甚 至 比 英 国 周 围 的 海 水 中 还 多 ， 水 温 对 海 藻 也 很 适合，但南极海藻为何不能繁殖呢？ 材 料 科 学 17后 来 ， 马 尔 丁 发 现 ， 在 南 极 海 域 的 海 水 中 铁 的 浓 度 特 别 低 。 正 常 的 海 水 中 的 含 铁 量 为 每 升 1/(1.6 108)毫 克 ， 而 南 极 海 水 中 的 铁 每 升 只 有 1/(8109) 毫 克 ， 相 差 约 50 倍 。 因 此 海 藻 的 光 合 作 用 无 法 完 成 ， 因 为 铁 是 参 与 光 合 作 用 不 可 缺 少 的 元 素 ， 就 像 人 体 中 缺铁
48、会造成贫血，严重时还会造成死亡一样。 马 尔 丁 提 出 了 一 个 在 南 极 海 域 大 量 繁 殖 海 藻 的 大 胆 方 案 ， 即 向 那 里 的 海 水 中 投 放 约 10 亿千克铁粉，使那里的约 320 万立方千米的海水中的铁含量增加， 这 一 任 务 用 大 型 的 油 船 即 可 完 成 。 据 马 尔 丁 计 算 ， 投 放 铁 粉 后 ， 海 藻 就 会 大 量 增 加 ， 每 年 可 以 多 吸 收 64 000 亿千克二氧化碳，这一数量几乎相当全世界工业 生 产 一 年 排 放 的 二 氧 化 碳 。 这 样 ， 全 球 性 气 候 变 暖 就 会得到缓解。 当然，
49、 也有一些科学家不同意这种方法， 但大多数环境科学家都称赞马尔丁的大胆设想。 马 尔 丁 为 了 证 实 方 案 的 可 行 性 ， 专 门 收 集 了 许 多 瓶 南 极 海 水 ， 然 后 以 正 常 海 水 (含 铁 正 常 )为 对 照 ， 在 各 瓶 南 极 海 水 中 加 入 不 同 剂 量 的 铁 粉 后 ， 分 别 繁 殖 海 藻 。 结 果 发 现 ， 凡 加 入 足 够 铁 粉 的 瓶 子 内 ， 海 藻 毫 无 例 外 地 旺 盛 生 长 ， 仅 几 天 内 其 产 生 的 叶 绿 素 含 量 就 猛 增 10 多倍。他还准备在南极地区的海面上人工设置 一 些 人 造 浮 体 ， 种 植 几 百 万 平 方 千 米 的 海 藻 ， 补 施 铁材 料 科 学 18质 肥 料 ， 用 以 促 进 海 藻 的 大 量 繁 殖 。 可 惜 的 是 ， 他 的 宏 伟 计 划 还 没 有 实 现 ， 就 不 幸 去 世 了 。
