科学发展的步伐越来越快，日新月异的高新技术以及它们在人们生活中的应用，使得我们身边的世界魔幻般地变化，无数曾经认为只有在神话中才出现的事物，也许我们已经屡见不鲜了。
（第一节）无机非金属材料——赛伦
近三四十年，在传统硅酸盐陶瓷的基础上，出现了新一代无机非金属材料，叫氧氮化硅铝或硅铝氧氮，即赛伦。
赛伦可以采用常压烧结或热压工艺来制备。在氮化硅中添加氧化铝，用氧原子霸占一部分氮的位置，再用铝原子赶走一部分硅，这样就生成均匀的固溶体——赛伦。
赛伦不怕热、强度高、超级坚硬，而且耐磨损、抗腐蚀，因此在冶金、机械、汽车、光学、医学等领域有重要应用。
用赛伦制作的新型刀具没有冷却液也可以工作，比起硬质合金来具有切削速度高、寿命长等优点，被广泛用作钻头、丝锥和滚刀，在工业上用于加工铸铁、淬火钢、镍基高温合金和钛合金等。例如，赛伦刀具进行高速切削时，刀具寿命为硬质合金刀具的10～12倍，金属切除率高达硬质合金刀具的18倍！
利用赛伦耐磨、耐腐蚀，以及摩擦系数小，具有自润滑性（摩擦表面微量分解形成薄的气膜）的特性，可用作各种机械上的耐磨部件。比如轴承，它的工作温度可达12000℃，比普通合金轴承的工作温度提高2．5倍，真是“烈火焚烧若等闲”呀。而赛伦轴承的工作速度是普通轴承的10倍，还可免除润滑系统，大大减少对铬、镍、锰等原料的依赖。
用于赛伦制作水泵、砂浆泵、带腐蚀性的化工泵中的耐磨、耐腐蚀部件和密封件，性能优越于其他材料。焊接定位梢在工作时要承受很大的热应力和机械应力。其他材料的定位梢寿命为7000次，而赛伦做的定位梢寿命竟高达500万次。
此外，赛伦还用作晶体生长器具、坩埚、高炉炉下部内衬、压铸模具等。
赛伦具有耐高温、高强度性能，而且比一般金属材料轻得多，所以可以用它代替金属制造发动机部件。例如，用赛伦制的汽车内燃机挺杆，运行6万公里，只磨损0．76微米。利用赛伦很好的电绝缘性和耐急冷急热性，可以用来做电热塞，用它进行汽车点火，使发动机起动时间从原来的6～7秒缩短到1．2秒，还可以不用担心寒冷天气汽车启动的困难。1991年，我国的陶瓷发动机汽车从上海到北京试开了一个往返，试用情况表明，这种发动机不必水冷却并能大量节约汽油。
赛伦可制成透明陶瓷，用作大功率高压钠灯的灯管，它在高温下与钠蒸气不发生作用，又能把95％以上的可见光传送出来。这种灯是目前世界上发光效率最高的灯。在相同功率下，一只高压钠灯要比两只水银灯或10只普通白炽灯发出的光还要亮，寿命比普通白炽灯高20倍，可使用2万小时以上，是目前寿命最长的灯。
赛伦可用于人体硬组织的修复，使其功能得以恢复。与其他材料相比，赛伦和骨组织的化学组成比较接近，生物兼容性好，在体内的化学稳定性、生物力学兼容性和组织亲和性等也较好。在临床医学上，用来修复人体的那些失去或多病的部位。便如，髋骨、膝关节、指关节、牙根、脊椎骨联合等。
（第二节）未来世纪的金属——钛
元素钛是一种过渡金属，在过去很长一段时间内人们一直认为它是一种稀有金属。其实，钛在地壳中的含量占第10位，在金属中仅次于铝、铁、钙、钠、钾和镁，蕴藏很丰富。钛的矿物有70多种，提取钛的主要有金红石和钛铁矿。
人类最早使用的金属是铜。后来人们从“青铜时代”步入“铁器时代”，铁成为使用最广泛的金属。到19世纪末，电解炼铝技术的突破使铝的应用越来越广泛。今天，钛又引起了人们的普遍重视。
从20世纪40年代以后，钛及其化合物被广泛应用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、军工、医疗以及石油化工等领域。科学家预言：21世纪，金属钛将是冶金工业最重要产品之一。
一、钛的发现和性质
钛是1791年被英国人发现的。由于钛很容易和常见的金属形成合金，在发现后很多年内，许多人企图从它的化合物中将它分离出来，都未获成功，直到1910年，才由美国化学家亨特用置换的方法提炼出纯度高达99．9％的钛。
随着钛的应用逐渐广泛，科技生产上对钛的需求逐渐扩大，钛的年产量也越来越多，由1910年的0．2吨增加到1972年的20万吨。进入20世纪70年代以来，钛的年产量仍以15％的速度稳步上升。
钛的外观很像钢，具有银灰色光泽。钛的强度大，钛合金抗拉强度达180公斤／毫米3。钛的特性是密度小（4．51克／厘米3），硬度大，熔点高（1675℃）。高纯度钛具有良好的可塑性，但当有杂质存在时就会变得又脆又硬。
在室温时钛不与氧气、稀硫酸、稀盐酸和硝酸这些化学性质非常活泼的物质发生作用，但能被氢氟酸、磷酸、熔融碱侵蚀。钛最突出的性能是对海水的抗腐蚀性很强，有人将一块钛沉入海底，5年以后取出一看，上面粘附着许多小动物与海底植物，本身却一点也没有被锈蚀，上面仍然亮光闪闪。
二、钛及其化合物的应用
钛具有超众的性能和储藏量大的优势。在地壳中约占总重量的0．42％，在金属世界里排行第7；含钛的矿物多达70多种，在海水中含量也非常丰富。目前钛的用途发展很快，已被广泛应用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、军工、轻工、化工、纺织、医疗以及石油化工等领域。
极细的钛粉，是火箭的好燃料；钛的抗腐蚀能力，比常用的不锈钢强15倍，使用寿命比不锈钢长10倍以上。在电影的底片和正片制作中，需要使用多种强酸强碱等药物，它们对洗印设备腐蚀十分严重，洗印设备中的齿轮最多只能使用几个月，1980年西安电影制片厂试用钛材，结果设备运转一年多时间，齿轮丝毫没有腐蚀。
钛在外科医疗手术上的应用，也非常引人入胜。目前，外科接骨是用不锈钢。使用不锈钢有一个缺点，就是接骨愈合之后，要把不锈钢片再取出来，这是件十分痛苦的事。不然，不锈钢会因生锈而对人体产生危害。如果改用钛制的“人造骨胳”，将使骨科技术完全改观。在骨头损坏的地方，用钛片与钛螺丝钉固定，过几个月，骨头就会重新生长在钛片的小孔与螺丝里，新的肌肉纤维就包在钛的薄片上，钛骨骼宛如真正的骨骼一样和血肉相联，起到支撑和加固作用。所以，钛被人们赞誉为“亲生物金属”。现在它已开始应用于膝关节、肩关节、肋关节、头盖骨、主动心瓣、骨骼固定夹等方面。
在炼钢工业中，少量的钛是良好的脱氧、除氮及除硫剂。
二氧化钛是一种宝贵的白色颜料，叫钛白。钛白兼有铅白的延展性能和锌白的持久性能，它是世界上最白的物质之一，1克钛白可以把450多平方厘米的面积涂得雪白。特别可贵的是钛白无毒，现在每年用作颜料的二氧化钛有几十万吨。
由于二氧化钛具有高熔点的性质，常被用来制造耐火玻璃、釉料、陶土、耐高温的实验器皿等。
如何开发海水中的铀资源，一直是个大难题。海水中含有40万吨铀，但却找不到合适的铀吸附剂。从1956年起，人们才找到一种最有希望的铀吸附剂——水合二氧化钛。从此研制了一套以二氧化钛为基础的海洋提铀技术，每克吸附剂已达到吸附1毫克铀的水平。
四氧化钛在湿空气中会冒出大量白烟。由于它具有这种特性，在军事上常用它作为人造烟雾剂。特别是在海洋上，水汽多，一释放出四氧化钛，浓烟就像一道白色的长城，挡住了敌人的视线。
钛酸钡晶体被广泛应用于超声波仪器和水底探测器中。这是因为它受压改变形状时，会产生电流，一旦通电又会改变形状。把钛酸钡放在超声波中，它受压便会产生电流，由它所产生的电流的大小可以测知超声波的强弱；相反，用高频电流通过它，则可以产生超声波。
在用黄金装饰工艺品和日用品中，由于它们的硬度低、容易刺破和磨损，不能耐久。当在这些物质的表面镀一层氮化钛时，外观几乎和黄金的镀层一模一样，而比黄金以及硬质合金更耐磨，这种镀层被誉为具有“永不磨损性”。
有机钛聚合物，可用作表面活性剂、分散剂、抗水剂或防锈剂。
三、钛合金的应用
目前，人类使用的四个系列的贮氢金属中，钛系是其中一种，也是比较便宜的一种，但目前人类还没有找到更理想的“贮氢金属”，一旦这个问题解决了，人们就可以用氢做燃料。
“钛飞机”可以减轻机体重量5吨，多载乘客100多名。在新型喷气发动机中，钛合金已占整个发动机重量的18％～25％；在最新出现的超音速飞机上，钛的使用几乎占到整个机体结构总重量的95％，所以，如果没有钛合金就很难发展目前的超音速飞机。
用钛制造的潜艇，不仅比钢制潜艇经久耐用，而且可以潜入更深的深度，钛潜艇可以下潜到4500米以下，这是钢制潜艇无法逾越的界限。用钛制造军舰、轮船，不用涂漆，在海水中航行几年也不会生锈。由于钛不是铁磁体物质，不会被磁水雷发现，这点在军事上特别重要。
利用钛和锆对空气的强大吸收力，可以除去空气，造成真空。用钛锆合金制成的真空泵，可以把空气抽到只剩下十亿分之一。
钛铌合金是理想的超导材料。清华大学利用光学干涉原理和离子氮化钛处理制成了画面清晰、层次分明的山川水墨画。
在目前使用的最常见的两种不锈钢中，铬镍钛18—8—1型（含铬18％、镍8％、钛1％）是工业上最常用的。
碳化钛外观很像碳化铁，具有金属光泽。可它比碳化铁具有更高的熔点和更高的硬度。所以，它有着很高的应用价值。
用钛制器皿保存的食物，色、香、味经久不衰；钛制炊具既轻巧，又不会生锈，最合科学卫生。
用钛合金制成的高压容器，能够耐受2500个大气压的高压。
现在，对钛的广泛使用的最大障碍是钛很难冶炼。因为钛的熔点很高，冶炼钛就要在更高的温度下进行，而在高温下钛的化学性质又变得很活泼，因此冶炼要在惰性气体保护下进行，还要不使用含氧材料，这就对冶炼设备、工艺提出了很高的要求。目前冶炼的钛70％左右用在制造飞机、导弹、宇宙飞船、人造卫星等方面。
目前，人类对钛的应用仅仅是一个良好的开端，金属钛的前程无量，所以钛被授予“21世纪金属”的称号。
（第三节）能替代钢铁的新型陶瓷
陶瓷能替代钢铁么？回答是肯定的。我们所说的这个陶瓷，并不是我们常见的普通陶瓷，而是一种被称为高技术的新品种陶瓷。高技术陶瓷与普通陶瓷，“血统”上并无渊源，但材料科学家能从地球上现有的几十万种原料中，慧眼独具，发展出这种“身怀绝技”的“万能”材料来，的确是受了普通陶瓷的启迪。
长久以来，金属一直占据着材料王国的霸主，尤其是钢铁，应用范围更加广泛。钢铁作为材料有它的许多优点，然而它也存在着诸如不耐腐蚀、不耐高温、不够坚硬、不能绝热等缺陷。有趣的是，钢铁等金属的短处，反过来恰恰是非金属材料陶瓷的长处。不过陶瓷也有自己的“薄弱环节”：硬虽硬，却没有韧劲，一碰就碎，一敲就断，而且毫无弯曲延长的余地。因此，要让陶瓷代替钢铁，必须对陶瓷材料实行“抽筋换骨”的手术，做到扬长避短。材料科学家分析了普通陶瓷的成分以后，认为它的一种主要原料，含杂质较多的黏土，是普通陶瓷的“薄弱环节”的根源。所以，他们试用硅酸盐类化工原料和一些人工合成的氧化物来取代黏土。科学家曾将沙子、淀粉和氧化锆3种原料按一定比例混合，放进温度为1400℃、充有氮气的炉子内烧上7小时，最后制成一种银灰色的氧化硅陶瓷。这种新诞生的、色彩非常悦目的高技术陶瓷，密度和铝差不多，能耐受1500℃以上的高温，韧性很好，硬度尤其惊人，只有用金刚石才能把它割断。以后，又试验制成了碳化硅、氧化锆、碳化钛、增契氧化铝等几种新陶瓷材料。
成分不同的高技术陶瓷，各有自己的专长，这就有利于设计产品的工程师们“量才录用”，把它们用到最适宜发挥才能的岗位上去。用钢铁制造的发动机汽缸，受温度的限制，只能利用汽油燃烧后的一小部分热能，大部分热能都从汽缸的冷却系统白白散失了。氧化锆陶瓷能帮助解决这个难题，它特别耐磨损、耐腐蚀、耐高温，用它制造的发动机汽缸，不需要冷却系统，使燃油在汽缸内燃烧后产生的热能最大限度地转换成汽车获得的动力。另外，由于汽缸硬度大，几乎不易受磨损，并且也不受燃油分解形成的酸性气体腐蚀。因此，这种高技术陶瓷汽车发动机的使用寿命长、功率大、制造成本低，可以节省大量金属材料和30％的油耗量。一家汽轮机厂的工程师试用这种高技术陶瓷制作了内燃气轮机中承受热负荷最多、也是最容易腐蚀的涡轮叶片，结果使汽轮机热效率一下子提高了一半，叶片经久不坏。
