天天看点

学术命名中的有趣故事

作者:材料杨博士
想做一个系列:国内外材料科学基础教材中不同之处。这是第一篇,主要介绍共晶合金在国内外不同的命名逻辑。

在讲学术概念的命名之前,我们先来看一个材料科学中有意思的术语。

想象一下,数千年前,在那个还没有电灯、手机、甚至没有纸张的年代,中国的工匠们就已经开始了一场金属的魔法秀。他们手中的原材料是粗糙的矿石,但他们却能将其变化为造型丰富、精美绝伦的青铜器。这不仅仅是一场简单的变形记,这是一次人类智慧与自然力量的完美融合,是中国古代青铜器伟大成就的真实写照。(感谢AI帮我扩句)

中国古代青铜器的铸造有块范法和失蜡法两种基本的方法,此外还有分铸法、焊接法等工艺。

基本流程就是先做个有造型的模具,然后把熔化的金属液浇进去,冷却后,有必要再加工一下,最后获得我们看到的青铜器。

不知道大家注意过没有,我们的青铜器上面有很多精美的纹饰,细节非常精巧。但我们现代铸造工艺中,是可能出现各种各样的缺陷的。

比如:

学术命名中的有趣故事

铸造工艺不恰当会产生的缺陷(《材料成形原理》课程课件资源)

越是小的结构,由于表面张力的影响,越是难以清晰呈现。

这背后其实隐含着材料领域一个重要的概念——成分。

对于铸造这个工艺来说,要保证铸件上这些细节的完整,除了工艺合适,最重要的,是选择合适配方的成分。

在材料科学里,我们有个共晶合金的概念,其英文是eutectic alloys。

先来看中文这个名字,共晶合金,晶指的结晶,金属自然凝固就是一个结晶过程。所以共晶指的是两种或多种金属在熔化后按照一定比例混合,在共晶温度下同时凝固形成的合金。在我们的专业课教材里,一般就会讲用显微镜观察这个材料时,能观察到的独特的形貌,这种我们称为金相组织。

学术命名中的有趣故事

典型共晶合金在显微镜下的形貌(即金相组织)

通常长这样,有黑白相间的条纹。

会去关注从液相中同时凝固出两种混合在一起的晶体的共晶反应。反应方程式长这样:

学术命名中的有趣故事

共晶反应方程

怎么样?能跟上吗?

告诉大家,大多数材料专业的本科生,除非工作中要和这个打交道,不然很快就会忘掉这个概念。

我们来看看它的英文名字,eutectic alloys。英文eutectic,很容易熔化的意思。这个怎么体现呢?我们有个工具,叫相图。这个工具的横坐标是合金成分,纵坐标是温度。

学术命名中的有趣故事

铜-银合金相图

最左边是纯铜的熔点,最右边是纯银的熔点。当我们把银和铜混在一起,甚至可以获得比纯铜和纯银都更低的熔点,含有最低熔点的那个合金成分就叫共晶合金,所以它真的很容易熔化!

所以从英文命名上,这个概念与熔点有关,那么和熔点有关的一些工艺,比如钎焊,比如铸造,就最好选择共晶成分的合金。

从专业角度来说,中文共晶合金的命名是从组织角度出发的,很专业,但是不够直白;英文很容易熔化,是从性能角度出发的,可以指导我们使用,更容易推广。

个人觉得后者这种命名逻辑能更有助于这个材料的使用。

就像当我理解了这里面的逻辑之后,我看到了云南有个特色工艺——乌铜走银工艺。如果铜和银的比例控制恰当,完全可以获得比银和铜都更低的熔点。

学术命名中的有趣故事

云南乌铜走银传统工艺(来自@曾佳佳佳)

关于eutectic的含义及相图解读,来自于Materials Science and Engineering: An Introduction这本书。这是国外材料专业用得很广的一本教材。里面对专业知识的解读,更接地气,更好读,同时也能让我们一窥国外对于材料的理解。我对比了国内外教材后,发现有些逻辑和我们国内是不太一样的,有兴趣,我们后面再细细扒。书里面还有一些历史小故事,能帮助我们更好地理解专业知识。毕竟有我这种上课只记得住段子的人……

在《自然的音符》中,也有提到一段抢夺命名的故事——同位素“氘”。一群科学家们在各种方案中选择,最后定论,这个选择的过程,大概也代表着他们关注些什么东西,他们最想给后人传递些什么信息。

一个好的名字就像一张名片,能够让人铭记,也足以影响到它的广泛应用。

参考资料:

青铜器铸造方法:

https://www.sohu.com/a/22852216_129733

共晶含义:

Williams Callister and David Rethwisch. Materials Science and Engineering: An Introduction. (8th edition).