世界当代科技史-第24节
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铝陶瓷、氧化锆陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、复相陶瓷等。1957年，美
国通用电气公司工程师根据陶瓷的烧结机理，选择了强度达99。99％、颗粒
直径平均为0。3微米的氧化铝细粉作原料，搀和不到3％的氧化镁，在通氢
气的高温电炉里烧制，获得了半透明的氧化铝陶瓷。氧化铝陶瓷的研制成功，
在陶瓷发展史上有重要意义。人们认识到，只要把内部气孔和杂质尽可能除
净，陶瓷也可以与玻璃一样透明。这类透明陶瓷的优良性能是玻璃无法比拟
的。它是当代尖端技术的重要材料。红外线制导导弹的整流罩、防止核爆炸
闪光盲害的眼镜，立体工业电视的观察镜等都必须用透明陶瓷；超音速飞机
的风挡、高级轿车的防弹窗、坦克的观察窗等也多用透明陶瓷。氧化锆陶瓷
是60年代发展起来的用途广泛的先进结构陶瓷。它的出现，改变了人们对陶
瓷力学性质的传统看法，促进了先进结构陶瓷的发展。氧化锆陶瓷强度高、
韧性好。氧化锆相变增韧现象的发现，是近年来在先进结构陶瓷方面最重要
的研究成果之一。氮化物陶瓷的优良性能，人们在50年代已有所认识。随着
烧结设备的不断改进，近年来氮化物陶瓷有很大发展。氮化硅陶瓷作为一种
高强度、高硬度的高温陶瓷，已用于制造陶瓷刀具，并试制出在1200℃以上
高温下工作的陶瓷涡轮转子。氮化铝陶瓷是以其特别高的热导率、优异的电
气绝缘性质用于大规模集成电路和混合集成电路的基片。立方氮化硼陶瓷则
作为一种硬度接近金刚石的超硬材料受到重视。碳化硅陶瓷在近30年发展起
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来。它的抗弯强度在1400℃高温下仍保持在5000—6000公斤／厘米 以上，
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是非常好的高温结构材料。复相陶瓷是近几年来出现的先进结构陶瓷。它是
性能更加理想、更全面的陶瓷材料。目前，先进结构陶瓷的生产和市场容量
以每年15—18％的速度增长。在少冷和绝热发动机、燃气涡轮的叶片和转子
等制造方面，它是非常理想的材料。中国在“七五”期间研制成一系列陶瓷
发动机的关键陶瓷部件，装配成发动机，并完成了在大型公共汽车上从上海
往返北京的装车路试。由陶瓷部件装成的发动机，不仅能提高燃油效率，而
且无需专门的冷却系统，特别适用于沙漠地区等恶劣环境。陶瓷刀具不仅具
有高硬度、高耐磨性，同时在高温下的力学性质也很好，仍然和低温时一样
坚硬锋利。
先进功能陶瓷与电子技术密切相关，又称为信息陶磁。这类陶瓷具有特
殊的物理性能，如绝缘性、电感性、压电性、热电性、磁性、半导体性、超
导性、光学性能等。电容器陶瓷从50—60年代开始发展起来，现已成为电容
器中最重要的一类，约占各类电容器总和的一半以上。铁电陶瓷中最早发现
的是钛酸钡，已被主要用于制造陶瓷电容器。1988年，非挥发性的铁电随机
存贮器问世。它的出现给计算机技术以很大的冲击，引起科学界和工业界的
注意。压电陶瓷最早用的也是钛酸钡。60年代初，锆钛酸铅压电陶瓷的出现，
为压电陶瓷未来的发展打下了坚实的基础。压电陶瓷主要用来进行换能、传
感、驱动和频率控制，可用于许多先进技术领域。电致伸缩陶瓷是70年代后
期发展起来的一种新型功能陶瓷。10多年来，关于它的研究取得很大进展。
多层结构的电致伸缩位移器可以在低电压下工作，大有取代压电微位移器的
趋势。磁性陶瓷在40年代末50年代初萌芽。经过长期反复的探索，人们发
现，与磁铁矿具有相同尖晶石结构的锰铁尖晶石、锌铁尖晶石及其固溶体既
有很高的导磁率，又有很高的电阻率，可以烧结成瓷质很好的磁性陶瓷。这
类陶瓷为高频电感器件的发展开辟了道路。半导电陶瓷主要用来制造各种陶
瓷敏感器件和传感器件，如陶瓷变阻器、热敏电阻器、湿敏电阻器、气敏电
阻器、生物敏感电阻器等。60年代后期，发现了掺杂氧化锌陶瓷的非线性变
阻特性。这种电流电压非线性，或者电阻值的电压敏感特性可用来吸收供电
系统经常产生的过电压、过电流脉冲，保护用电设备和器件免遭破坏。20多
年来，对氧化锌变阻器进行了广泛的研究，但许多问题尚未弄清楚。其他几
种半导电陶瓷正处于研究开发阶段。超导电陶瓷的出现是近年来物理学和陶
瓷学取得的最重要进展之一。光学陶瓷的研究和应用目前也取得了可喜的成
绩。由于先进功能陶瓷具有许多独特的优良性能，所以近二三十年来发展很
快。有人预计未来将是先进功能陶瓷的黄金时代。
目前绝大部分先进陶瓷的晶粒大小约为1—10mm。如果晶粒的线度降到
0。01—0。1mm，那么它就变成一种新的纳米陶瓷。这将是陶瓷发展进程中的第
三次飞跃。我国在先进陶瓷材料的研究方面有较好的基础，但在应用方面还
比较落后。开发推广先进陶瓷材料是我国材料科学技术的重要任务之一。
无机非金属材料中的玻璃在第二次世界大战后也有很大发展。40年代后
期开始了对低折射率的氟化物、氟磷酸盐玻璃的研究，于60年代初获得了产
品。70年代又开始了向高折射率的玻璃中引入氧化锗和氧化碲的研究，着重
发展具有特殊色散的光学玻璃，以满足新兴技术的需求。此外，有色玻璃、
变色玻璃也发展很快，它广泛用于生产和生活的许多方面。
（3）有机高分子材料
高分子合成材料是20世纪用化学方法制造的一种新型材料。它具有不同
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于低分子的独特的物理、化学和力学性能。在短短的几十年内，高分子材料
迅速发展，已与有几百上千年历史的传统材料并驾齐驱，在相当程度上取代
了钢材、本材和棉花等材料。合成高分子材料的原料来自石油、天然气和煤，
其资源比金属矿藏丰富得多。有机高分子材料主要有合成橡胶、塑料和合成
纤维。
合成橡胶最早出现在1912年。德国采用二甲基丁二烯为单体合成了甲基
橡胶。在第二次世界大战中，由于战争的需要，美国与德国展开了竞争，大
力发展合成橡胶。面对德国的优势，美国奋起直追。1940年，杜邦公司的化
学家卡罗瑟斯研制生产出以氯丁二烯为单体的氯丁橡胶。美国迅速建立起50
多座合成橡胶工厂，到1944年产量已达63万吨。合成橡胶在第二次世界大
战中为美军的运输建立了“功勋”。50—60年代，丁苯橡胶生产工艺不断改
进，产量居合成橡胶之首。50年代，出现新品种——顺丁橡胶，60年代，在
美国发展很快。异戊橡胶是人工合成的天然橡胶，于1962年研制成功。乙丙
橡胶也由意大利、美国研制出来。60年代以来，一些特殊性能的橡胶如丁腈
橡胶、硅橡胶、氟橡胶等也陆续发展起来。硅橡胶用于耐高温达 300℃、耐
低温－100℃的憎水性橡胶垫圈、胶管、绝缘材料和密封垫等，还可以用于人
造心脏和血管。特种橡胶目前已有200多种。它们在许多技术领域中各显神
通。
第二次世界大战以前和战争期间，通用塑料已有很大发展。从50—60
年代起，第二代塑料即工程塑料异军突起。工程塑料在一定高温（100℃以上）
具有一定强度（＞50MPa）和刚度；比强度（即强度／比重）、比模量（模量
／比重）均超过钢铁，耐磨、耐腐蚀、吸震、具有优良的绝缘和自润滑性。
工程塑料主要有ABS（丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物）、聚碳酸酯、聚酰
胺 （尼龙）、聚酯、聚甲醛及聚砜。ABS出现在50年代。美国将其用于汽车
工业及管材，日本多用于家用电器。聚碳酸酯是高抗冲击透明塑料，可用作
2倍音速飞机的风挡夹层和天窗盖，还可用作计算机齿轮、电动工具壳、安
全防护用具。美国波音 747客机有 2500个部件用聚碳酸酯制造，每架飞机
用量近2吨。特种工程塑料是指抗张强度大于45MPa，连续使用温度高于150
℃的工程塑料，如聚芳砜、聚芳酯、聚醚砜、聚苯酯等。这类耐高温的特殊
工程塑料主要作为功能材料用于飞机、汽车的轻量化及家用电器。近年来高
分子合金引起各国重视，出现高分子合金研究开发热，也获得了大量成果。
高分子合金是像制造合金那样，把两种聚合物混合，以得到比单独组分性能
更好或兼备二者优点的高分子材料。导电塑料是塑料园圃中的一朵奇葩。1977
年，日本的白川与另外两个美国人发现一种塑料薄膜掺入碘后能导电。从80
年代初，导电聚合物很快发展起来，已在许多工业领域内应用。此外，高吸
水性塑料、高效分离膜塑料、隐形飞机使用的隐形材料等也已开发出来并获
得应用。近10年来，为减少废弃塑料对环境的污染，可降解塑料的开发日益
升温。美国、日本、英国已在这方面领先。70年代，DNA重组技术和细胞融
合技术，为可降解塑料发展提供了技术保障。在资源、能源、农业、人口、
环境五大危机威胁下，利用生物技术制造新型材料已成必然。直接以发酵技
术生产的结构材料微生物聚酯已步入了高分子材料行列。微生物聚酯是一种
具有热塑性、生物降解性且耐紫外线辐射的生物高分子。由于具有良好的生
物降解性并与生物组织相容，此类高分子材料可用于医药卫生领域及做一次
使用的各种包装材料。由于其原料主要为农产品，因而还为从非化石资源生
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产材料指出了一个方向。英国ICI公司在80年代实现了中等规模的3—羟基
丁酸均聚物及其与3—羟基戊酸共聚物的工业化生产。其产品不仅引起材料
科学家的重视，而且获得了商业上的巨大成功。美国1970年开始光降解塑料
的研究，到1990年降解塑料总销售量已达55万吨。80年代欧洲许多国家把
光降解、淀粉添加剂型塑料购物袋、垃圾袋推上市场。日本80年代末几十家
公司成立了生物降解研究会，研究微生物合成和天然高分子生物降解塑料。
合成纤维出现在本世纪30年代末40年代初。美国的卡罗瑟斯1939年生
产出尼龙66，德国研制出了锦纶。聚酯纤维是英国1940年合成的，1946年
实现工业生产。聚酯纤维中的涤纶制品深受欢迎，70年代已成为合成纤维中
发展最快产量最大的品种。被人称为人造羊毛的聚丙烯腈纤维是1950年问世
的。它的保温性、弹性都很好，强度比羊毛高，价格却比羊毛低，近30年来
发展较快。这些种类繁多的合成纤维已成为人们主要的衣着材料。40年代
初，尼龙丝袜近千元一双，只有少数名星才穿得起，在美国批量上市时人们
排队购买。现在合成纤维制品已从奢侈品、代用品变为普及品，使人们的服
装更加缤纷多彩。1970年合成纤维世界总产量为490万吨，1980年达1200
万吨，预计2000年将达3500万吨。这不仅解决人们的穿衣问题，而且可节
省大量棉田改种粮食，有利于解决世界粮食短缺问题。
80年代以来，高分子材料研究异常活跃，其性能也有很大提高。目前耐
高温聚合物可在400℃条件下连续工作1万小时，在800℃条件下工作数小
时，甚至在比太阳表面温度高一倍的9000℃高温下，短时间内也不致毁坏。
自润滑聚合物可以作为轴承在…200℃至300℃的环境中工作。导电和压电高
分子、感光和透光高分子、生物高分子、智能高分子等已在科研、生产和日
常生活中广泛应用。人类已进入了高分子时代。未来的高分子材料正大力朝
着第三代特种工程塑料、特种合成纤维、特种合成橡胶、特种粘合剂和涂料
等发展，并将向第四代微观结构及微观性能控制的新型塑料进军。
（4）先进复合材料
复合材料是由两种或两种以上不同材料制成的。单一材料都有一定弱
点，如金属材料不
