贵金属铌和钽 把它们放到一起来介绍是有道理的,因为它们在元素周期表里是同族,物理、化学性质很相似,而且常常“形影不离”,在自然界伴生在一起,真称得上是一对惟妙惟肖的“孪生兄弟”。事实上,当人们在十九世纪初首次发现铌和钽的时候,还以为它们是同一种元素呢。以后大约过了四十二年,人们用化学方法第一次把它们分开,这才弄清楚它们原来是两种不同的金属。铌、钽和钨、钼一样都是稀有高熔点金属,它们的性质和用途也有不少相似之处。
既然被称为稀有高熔点金属,铌、钽最主要的特点当然是耐热。它们的熔点分别高达摄氏二千四百多度和将近三千度,不要说一般的火势烧不化它们,就是炼钢炉里烈焰翻腾的火海也奈何它们不得。难怪在一些高温高热的郡门里,特别是制造一千六
百度以上的真空加热炉,钽金属是十分适合的材料。
一种金属的优良性能往往可以“移植”到另一种金属里。现在的情况也是这样,
用铌作合金元素添加到钢里,能使钢的高温强度增加,加工性能改善。铌、钽与钨、钼、钒、镍、钴等一系列金属合作,得到的“热强合金”,可以用作超音速喷气式飞机和火箭、导弹等的结构材料。目前科学家们在研制新型的高温结构材料时,已开始把注意力转向铌、钽;许多高温、高强度合金都有这一对孪生兄弟参加。
铌、钽本身很顽强,它们的碳化物更有能耐,这个特点与钨、钼也毫无二致。用铌和钽的碳化物作基体制成的硬质合金,有很高的强度和抗压、耐磨、耐蚀本领。在所有的硬质化合物中,碳化钽的硬度是最高的。用碳化钽硬质合金制成的刀具,能抗得住三千八百度以下的高温,硬度可以与金刚石匹敌,使用寿命比碳化钨更长。
超导应用 人们很早以前就发现,当温度降低到接近绝对零度的时俟,有些物质的化学性质会发生突然的改变,变成一种几乎没有电阻的“超导体”。物质开始具有这种奇异的“超导”性能的温度叫临界温度。不用说,各种物质的临界温度是不一样的。
要知道,超低温度是很不容易得到的,人们为此而付出了巨大的代价;越向绝对零度接近,需要付出的代价越大。所以我们对超导物质的要求,当然是临界温度越高越好。
具有超导性能的元素不少,铌是其中临界温度最高的一种。而用铌制造的合金,临界温度高达绝对温度十八点五到二十一度,是目前最重要的超导材料。
人们曾经做过这样一个实验:把一个冷到超导状态的金属铌环,通上电流然后再断开电流,然后,把整套仪器封闭起来,保持低温。过了两年半后,人们把仪器打开,发现铌环里的电流仍在流动,而且电流强弱跟刚通电时几乎完全相同!
从这个实验可以看出,超导材料几乎不会损失电流。如果使用超导电缆输电,因为它没有电阻,电流通过时不会有能量损耗,所以输电效率将提高。
有人设计了一种高速磁悬浮列车,它的车轮部位安装有超导磁体,使整个列车可以浮起在轨道上约十厘米。这样一来,列车和轨道之间就不会再有摩擦,减少了前进的阻力。一列乘载百人的磁悬浮列车,只消一百马力的推动力,就能使速度达到每小时五百公里以上。
用一条长达二十公里的铌锡带,缠绕在直径为一点五米的轮缘上,绕组能够产生强烈而稳定的磁场,足以举起一百二十二公斤的重物,并使它悬浮在磁场空间里。如果把这种磁场用到热核聚变反应中,把强大的热核聚变反应控制起来,那就有可能给我们提供大量的几乎是无穷无尽的廉价电力。
不久前,人们曾用铌钛超导材料制成了一台直流发电机。它的优点很多,比如说体积小,重量轻,成本低,与同样大小的普通发电机相比,它发的电量要大一百倍。