烈火金剛”和“抗蝕冠軍”——鈮和鉭

 　　這次我們要結識的是鈮和鉭這一對“孿生兄弟”。

　　把它們放到一起來介紹是有道理的，因為它們在元素周期表里是同族，物理、化學性質很相似，而且常常“形影不離”，在自然界伴生在一起，真稱得上是一對維妙維肖的“孿生兄弟”。

　　事實上，當人們在十九世紀初首次發現鈮和鉭的時候，還以為它們是同一種元素呢。以后大約過了四十二年，人們用化學方法第一次把它們分開，這才弄清楚它們原來是兩種不同的金屬。

　　鈮、鉭和鎢、鉬一樣都是稀有高熔點金屬，它們的性質和用途也有不少相似之處。

　　既然被稱為稀有高熔點金屬，鈮、鉭最主要的特點當然是耐熱。它們的熔點分別高達攝氏二千四百多度和將近三千度，不要說一般的火勢燒不化它們，就是煉鋼爐里烈焰翻騰的火海也奈何它們不得。難怪在一些高溫高熱的郡門里，特別是制造一千六百度以上的真空加熱爐，鉭金屬是十分適合的材料。

　　我們在前面介紹鎢鉬合金鋼的時候就已經看到，一種金屬的優良性能往往可以“移植”到另一種金屬里?，F在的情況也是這樣，用鈮作合金元素添加到鋼里，能使鋼的高溫強度增加，加工性能改善。鈮、鉭與鎢、鉬、釩、鎳、鈷等一系列金屬合作，得到的“熱強合金”，可以用作超音速噴氣式飛機和火箭、導彈等的結構材料。目前科學家們在研制新型的高溫結構材料時，已開始把注意力轉向鈮、鉭;許多高溫、高強度合金都有這一對孿生兄弟參加。

　　鈮、鉭本身很頑強，它們的碳化物更有能耐，這個特點與鎢、鉬也毫無二致。用鈮和鉭的碳化物作基體制成的硬質合金，有很高的強度和抗壓、耐磨、耐蝕本領。在所有的硬質化合物中，碳化鉭的硬度是最高的。用碳化袒硬質合金制成的刀具，能抗得住三千八百度以下的高溫，硬度可以與金剛石匹敵，使用壽命比碳化鎢更長。

　　鉭在外科醫療上也占有重要地位，它不僅可以用來制造醫療器械，而且是很好的“生物適應性材料”。比如說吧，用鉭片可以彌補頭蓋骨的損傷，鉭絲可以用來縫合神經和肌腱，鉭條可以代替折斷了的骨頭和關節，鉭絲制成的鉭紗或鉭網，可以用來補償肌肉組織……

　　在醫院里，還會有這樣的情況：用鉭條代替人體里折斷了的骨頭之后，經過一段時間，肌肉居然會在鉭條上生長起來，就像在真正的骨頭上生長一樣。怪不得人們把鉭叫作“親生物金屬”哩。

　　為什么鉭在外科手術中能有這樣奇特的作用呢?

　　關鍵還是因為它有極好的抗蝕性，不會與人體里的各種液體物質發生作用，并且幾乎完全不損傷生物的機體組織，對于任何殺菌方法都能適應，所以可以同有機組織長期結合而無害地留在人體里。

　　除了在外科手術中有這樣好的用途外，利用鈮、鉭的仆學穩定性，還可以用它們來制造電解電容器、整流器等等。

　　特別是鉭，目前約有一半以上用來生產大容量，小體積，高穩定性的固體電解電容器。全世界每年都要生產幾億只。

　　鉭電解電容器沒有“辜負”人們的厚望，它具有很多其他材料比不上的優點。

　　它比跟它一般大小的其他電容器“兄弟”的電容量大五倍，而且非?？煽?、耐震，工作溫度范圍大，使用壽命長，現在已經大量地用在電子計算機、雷達、導彈、超音速飛機、自動控制裝置以及彩色電視、立體電視等的電子線路中。

　　然而，最使我們驚詫不已的，是它們不僅能在極高溫度的環境里頑強地工作，而且還能在超低溫的條件下出色地為我們服務，它們可真是了不起。

　　小朋友，你們中也許有一些人會知道有這么個溫度，叫“絕對零度”，它的零度相當于攝氏零下二百七十三度。絕對零度被認為是不能再低的低溫了。

　　人們很早以前就發現，當溫度降低到接近絕對零度的時俟，有些物質的化學性質會發生突然的改變，變成一種幾乎沒有電阻的“超導體”。物質開始具有這種奇異的“超導”性能的溫度叫臨界溫度。不用說，各種物質的臨界溫度是不一樣的。

　　要知道，超低溫度是很不容易得到的，人們為此而付出了巨大的代價;越向絕對零度接近，需要付出的代價越大。所以我們對超導物質的要求，當然是臨界溫度越高越好。

　　具有超導性能的元素不少，鈮是其中臨界溫度最高的一種。而用鈮制造的合金，臨界溫度高達絕對溫度十八點五到二十一度，是目前最重要的超導材料。

　　人們曾經做過這樣一個實驗：把一個冷到超導狀態的金屬鈮環，通上電流然后再斷開電流，然后，把整套儀器封閉起來，保持低溫。過了兩年半后，人們把儀器打開，發現鈮環里的電流仍在流動，而且電流強弱跟剛通電時幾乎完全相同!

　　從這個實驗可以看出，超導材料幾乎不會損失電流。如果使用超導電纜輸電，因為它沒有電阻，電流通過時不會有能量損耗，所以輸電效率將大大提高。

　　有人設計了一種高速磁懸浮列車，它的車輪部位安裝有超導磁體，使整個列車可以浮起在軌道上約十厘米。這樣一來，列車和軌道之間就不會再有摩擦，減少了前進的阻力。一列乘載百人的磁懸浮列車，只消一百馬力的推動力，就能使速度達到每小時五百公里以上。

　　用一條長達二十公里的鈮錫帶，纏繞在直徑為一點五米的輪緣上，繞組能夠產生強烈而穩定的磁場，足以舉起一百二十二公斤的重物，并使它懸浮在磁場空間里。如果把這種磁場用到熱核聚變反應中，把強大的熱核聚變反應控制起來，那就有可能給我們提供大量的幾乎是無窮無盡的廉價電力。

　　不久前，人們曾用鈮鈦超導材料制成了一臺直流發電機。它的優點很多，比如說體積小，重量輕，成本低，與同樣大小的普通發電機相比，它發的電量要大一百倍。