邢淑儀

多少世紀(jì)以來(lái)，人類幻想著能夠和鳥(niǎo)兒一樣，飛翔在蔚藍(lán)色的天空里。這個(gè)宏偉的志愿，由于飛機(jī)的發(fā)明完全實(shí)現(xiàn)了。蘇聯(lián)發(fā)射人造衛(wèi)星成功更是人類跨出地球的前奏，飛到月亮上“問(wèn)訊吳剛”，看“嫦娥舒廣袖”的日子已經(jīng)不遠(yuǎn)了。

為了飛上天空，人們花費(fèi)過(guò)巨大的勞動(dòng)，解決了一系列困難的問(wèn)題。飛機(jī)材料問(wèn)題也是其中之一。大家知道，飛機(jī)是在空中“懸”著的，一旦發(fā)生故障，容易失事墜毀。所以制造飛機(jī)的材料，必須堅(jiān)實(shí)可靠；但另一方面，飛機(jī)必須很輕，才能飛得快，飛得遠(yuǎn)，裝載的人和貨物多，這又要求飛機(jī)零件做得輕巧。目前農(nóng)業(yè)上使用的鍋駝機(jī)，只能發(fā)出幾馬力，重量卻有幾百公斤；而一臺(tái)相同重量的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，卻能發(fā)出幾百甚至成千馬力。這就足以說(shuō)明飛機(jī)材料的優(yōu)越了。不僅如此，因?yàn)轱w機(jī)的工作條件很復(fù)雜，它既要穿云過(guò)霧，還受風(fēng)吹雨打，有時(shí)凌空萬(wàn)丈，有時(shí)要做海面飛行，所以，飛機(jī)材料還應(yīng)能抵抗外界物質(zhì)的浸蝕。這一切，都向航空材料提出了嚴(yán)格的要求：比重小，強(qiáng)度大，能耐腐蝕……。

圖1鍋駝機(jī)與飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)馬力比較

在航空工業(yè)中，應(yīng)用著極為繁多的材料：金屬、非金屬，塑料……我們?cè)谶@里僅向大家介紹一些航空中常用的金屬材料。

金屬——化學(xué)元素中數(shù)目最多的物質(zhì)，不但是日常生活中必不可少的東西，和近代工業(yè)的基礎(chǔ)和脊骨，也是航空器中使用最廣的材料。金屬是具有金屬光澤和延展性的物質(zhì)，是熱和電的良導(dǎo)體。但是，純粹的金屬除去用作電線等之外，在機(jī)器制造中使用的并不多。原來(lái)純金屬?gòu)?qiáng)度小，也不具有機(jī)器所需要的其他許多性能。實(shí)際使用的多半是“合金”，“合金”就是金屬與金屬或非金屬的結(jié)合體。比如我們常用的鋼，就是鐵和碳的合金。合金比純金屬有更高的強(qiáng)度和其他優(yōu)異的性能。比如一根純鐵制成的鐵絲，截面積是一平方公厘，只能經(jīng)得住25公斤的力；而最強(qiáng)的合金鋼絲，一平方公厘卻能經(jīng)的住200多公斤的力。

飛機(jī)的蒙皮——它的外殼，通常是鋁合金做的。(就是制作日用器具的鋼鐘)。鋁是地球上蘊(yùn)藏最多的金屬?？梢哉f(shuō)，有土的地方都有鋁。純鋁是很柔軟的，也很輕，它的合金卻有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，鋁和空氣接觸，生成一層氧化鋁膜，能起保護(hù)作用，使內(nèi)部不再受腐蝕。鋁的用途很多，產(chǎn)量增長(zhǎng)很快，是國(guó)防工業(yè)的重要原料，它的發(fā)展曲線也說(shuō)明了這一點(diǎn)。除去做為蒙皮之外，鋁合金還用做飛機(jī)的骨架等。一架現(xiàn)代飛機(jī)的絕大部分都是用鋁合金制成的。

圖2鋁的世界產(chǎn)量曲線

鋁在世界各國(guó)都是用電解法得到的，由于電價(jià)高，所以價(jià)錢較貴?？墒?，我國(guó)已經(jīng)用“土”法煉鋁成功，這就為更加大量的使用鋁開(kāi)辟了廣闊道路。

鎂制成的合金比重和水差不許多。飛機(jī)上也常用到它。

飛機(jī)的心臟和動(dòng)力來(lái)源是發(fā)動(dòng)機(jī)。這是一種最堅(jiān)強(qiáng)的金屬組合。發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)速，有的高達(dá)每分鐘10000轉(zhuǎn)以上；同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的某些零件，要在幾百度的高溫下工作。發(fā)動(dòng)機(jī)中，使用著多種合金鋼，有的耐磨，有的耐熱，有的不怕氧化，有的強(qiáng)度很高。這些合金鋼都是成分復(fù)雜的，它們大多含有鐵、碳、鉻、鎳以及其他元素。

在飛機(jī)的操縱系統(tǒng)中，還使用特殊性能的材料。如很易傳導(dǎo)磁性的合金，受熱后很少膨脹的合金……

現(xiàn)代的飛機(jī)，正朝著高速高空大馬力的方向突飛猛進(jìn)，星際飛行也提上了日程。這種迅速的發(fā)展，向材料提出許多全新的課題。比如飛行速度增加，勢(shì)必增大空氣和飛機(jī)之間的摩擦作用，摩擦生熱，引起飛機(jī)蒙皮溫度上升。當(dāng)馬氏數(shù)(飛行速度/音速)達(dá)到2－3之間時(shí)，飛機(jī)表面溫度竟高至400℃以上。在這種條件下，現(xiàn)有的鋁合金就支持不住了，必須采用耐高溫的材料。又如洲際導(dǎo)彈回到大氣層中時(shí)，其頭部溫度更高到5000℃以上，比最難熔的金屬鎢的熔點(diǎn)還高一千多度。為要增加噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)力，必須提高渦輪葉片的工作溫度，目前應(yīng)用的耐熱材料，還經(jīng)不住1000℃以上的高溫。當(dāng)溫度再高時(shí)，材料就會(huì)加速“蠕變”。所謂蠕變，是金屬材料在高溫和應(yīng)力作用下尺寸不斷改變的一種性質(zhì)，蠕變現(xiàn)象隨溫度上升而加劇。由于“蠕變”，工作一段時(shí)間之后，另件的形狀和強(qiáng)度就不合要求了。

科學(xué)家和工人們正在從多方面解決這些問(wèn)題，在金屬材料方面，正在改進(jìn)現(xiàn)有材料的性能，并且不遺余力地尋求新的材料。鈦合金的研究就是一個(gè)方向。鈦比鋁重不了多少，強(qiáng)度卻和鋼不相上下。它的合金，至少可以在500℃溫度下工作，而且有很高的抗腐蝕性。以難熔金屬為基礎(chǔ)的新合金探求工作，也是研究耐熱合金的重點(diǎn)之一，像鉬或鎢的合金便是。這些材料現(xiàn)在都有一些缺點(diǎn)，但它們的前途，卻都不可限量。

在我國(guó)航空事業(yè)的發(fā)展中，航空金屬材料擔(dān)負(fù)著光榮而艱巨的任務(wù)。我們急需組成一支“材料大軍”。我國(guó)有蘊(yùn)藏豐富的鐵礦和稀有金屬。我們必須按照自己的特點(diǎn)，建立自己的材料工業(yè)和合金系統(tǒng)，來(lái)滿足追趕世界先進(jìn)水平的要求，和實(shí)現(xiàn)星際飛行重大的歷史任務(wù)。