在日本出现了一种让材料科学家都难以置信的新合金,它的外号叫“橡皮金属",是一种由钛、镍、锆和氧组成的复杂合金,它可以像扭麻花一样扭转,或者弯成直角,仍然能弹回到原来的形状。这种合金的线材则可以拉长到原来的两倍也不会断裂,而且在-200-200℃之间的任何温度下保持良好的强度,简直称得上牢不可破。
由日本长野丰田公司的科研人员研制出来的这种材料已经在市场上销售了一年,但他们一直没有说明为什么这种材料有如此神奇的性能。这一研究的领导人说,不是他们的公司想保密,而是对这种合金为什么“不遵守”已知的任何金属变形理论感到迷惑不解,并引起了激烈的争论。他们重复检查了得到的结果,对这种材料在原子尺度上表现的行为方式感到惊奇。
他们认为,提出一种新的金属变形理论是要有勇气的,目前要让冶金科学协会的材料学家认可和接受一种新理论,那就太异常了。因此目前只好什么也不解释。因为自20世纪50年代以来,就确立了有关金属变形的标准模式。当时电子显微镜首次揭示了金属晶体内的原子点阵结构,发现原子整齐地组成有条理的层状,偶尔被轻微的缺陷阻断。当金属变形或拉伸时,这些缺陷就通过原子结构位移。这种理论认为,这些位移或位错可以解释所有金属在应力下是怎样改变形状的。
但该科研小组指出,他们研制出的新合金的显微照片图像表明,新合金在变形时几乎没有发生原子结构的这种重新排列,而似乎是整个原子层沿“大断层”弯曲和滑移。
英国爱丁堡大学的格勒姆·阿克兰德指出,这种材料是极其令人感兴趣的,他也极力主张重新考虑原来的冶金学理论是否正确。
“橡皮金属”的研制者虽然不知道这种特殊的金属混合物为什么有这种特性。但他们随后又发现有许多合金都具有“橡皮金属”的惊人性能。这些“橡皮金属”都是由三种“幻数金属”混合而成。幻数是原子和分子结构的壳层模型里表明稳定结构的数字系列,标志充满封闭壳层的原子的电子总数或原子核的质子与中子总数。原子核的幻数是2、8、20、28、50、82和126当中的任一个,当金属原子核中的质子数和中子数为幻数或两者均为幻数时,它的稳定性和结合能力都比平均值大,且具有其他特性。
“橡皮金属”的研制者不仅找到了一种柔软到可以模塑但强度又足以制作丰田汽车的合金。在研究过程中,他们还发现了一些性能极好的所谓超级合金,并发现这些合金金属都是“幻数金属”。
这就是说,“幻数金属”预示着冶金学研究的新方法的出现,利用这种方法可以大大减少寻找新材料的漫长过程,可以避免像过去那样,为寻找有前途的新合金可能要进行上百万次的试验。因此研究者预计,在今后10~20年内,材料学家有可能在办公室的写字台上就能设计出各种新合金。