2010年8月28日星期六

【转贴公社】 啥是 Liquidmetal?

前一阵子传出苹果买下了 Liquidmetal 的专利使用权,而且已经应用到了 iPhone 的 SIM 卡退出针上。到底
Liquidmetal 是什么?有什么样的特性?对未来的产品会产生什么样的改变呢?

一听到 Liquidmetal,脑袋里不免会闪过魔鬼终结者2 里的那位 T1000
的身影,好像是非常高科技的产品。但事实上,Liquidmetal
在常温下是固体的,和金银铜铁之类的普通金属没什么两样。对任何不知道的人来说,它除了色泽和常见的几种金属略有不同之外,并没有什么别的不同。那到底是特别在哪里呢?这就要从金属本身的特性说起了。纯的金属
-- 例如铁 -- 里面的原子大体上是可以自由移动的,因此都有一定的延展性,但是硬度不足。为了要加强铁的硬度,我们会特别在其中加入一些杂质(通常是碳),让铁形成结
晶。不同的铁结晶会有不同的方向性,当不同方向的结晶碰到时,就会形成一个相互死锁的边界,最后产生出一个网格状的结构。经过这种处理的铁,我们称之为
「钢」,在硬度上比铁要强太多了。然而,钢却也有自已的问题,像是刚才提到的两个晶体接触的边界没有封死的话就容易因为金属疲劳,产生裂缝,而且受力之
后,容易在晶体的边缘断裂,产生永久的形变。

传统的解决方式(用极度简化的方式说)有三种,一是加速冷却让结晶来不及长大到形成长的边界,但这种方式极耗能量,而且产量不大;第二是用很慢的速度冷却
它,让里面的结晶长大到没有结晶边界的地步,但这种方式非常花时间;第三是用工业生产的手段,例如冷轧或锻造来封死细缝,但是这些技术无法应用到铸造的产品上。

因此科学家面临的挑战,就是要开发出一种能有极高的强度,但又不会受到晶体的物理限制所拖累的合金。经过加州理工学院多年的研究,造出来的金属就有这样的
特性:因为里面一共是锆、钛、铜、镍、铝五种金属的合金,里面的原子有大有小,所以虽然不会形成结晶,但是结构上也不会滑来滑去,保有了相当的硬度。这种
金属被 Caltech 的科学家取名为 Vitreloy,负责营销这种金属的公司就是
Liquidmetal。因为是多种金属混合的非晶型合金,Vitreloy
很多时候表现很像玻璃,两都同样都没有一个固定的熔点(会渐渐软掉),而且受大力撞击时都一样会碎裂,而不是变形。但是也是因为没有晶体边
界,Vitreloy 有高硬度、高弹性、高抗蚀性等额外的附加好处,而且 Vitreloy
应用在铸造产品上时,并不会像钢那样比处理过的金属要差很多,因此在这方面也很有前途。

听起来很神奇吧?可惜的是,到目前为止 Vitreloy 的应用纪录并不辉煌 --
早先最主要的应用是做高尔夫球杆的杆头,利用它弹性好的特性,可以把球击得更远。但是不幸的是,因为它易碎的关系,很多人花了大钱买回家之后,打没多久突
然就看到自已的杆头「爆碎」,对 Liquidmetal 的正面评价实在没什么帮助。在 Liquidmetal
投入资金改善合金的组成,并改善生产方式后,Vitreloy 被美国陆军拿来做穿甲弹的弹头、被 NASA 拿来做 Genesis
宇宙飞船上的太阳风收集器、被 BP
拿来做钻油平台的钻头(据说在墨西哥湾爆掉的钻油平台用的就是),看起来在非常受欢迎。但背后的隐忧却是这些都是少量,高单价的东西,对于量产
Vitreloy,以达到以量制价的目的并没有帮助,因此到今天 Vitreloy 还是很贵的材料,无法出现在更多地方。

这就是苹果最有可能介入之处。苹果可以,也愿意为第五代的 iPhone 采用一种耐刮、耐用的新金属做外壳,即使成本高一点苹果也吃得下来 --
何况以 iPhone 的产量,要将成本压下去也是相当容易的。SIM
卡的退出针显然是一个实验,只是我们很难猜出来实验的目的是什么。以苹果的神秘度来说,这一切都要等未来的某一天,乔布斯站上台的那一刻,才能见分晓了。

Vitreloy 组成:
锆 52.5%
钛 5%
铜 17.9%
镍 14.6%
铝 10%

[参考数据:Wikipedia]

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