改变这个世界的伟大材料，铝

：2020-07-29 ：

在早期飞行历史上，工程师常使用的土木材料和帆布来制作飞机，怀特兄弟为了让飞行器起飞，

不断的努力减轻飞行器的重量，他们使用高强度的，重量比的云杉木，白蜡木，等木料，来搭建框架，但是为了防止其在飞行负荷下弯曲，框架必须用钢丝强化，

飞行器表面使用，轻质纤维覆盖表面，以提供光滑的气动表面，他们最大的创新在于制造的引擎，在当时，没有任何的引擎能符合他们对推重比的要求，所以他们自己发明了一种引擎，在历史上，他们率先用铝作为引擎的构建材料，用于制造曲轴箱，

他们甚至将引擎气成黑色，以防止竞争对手得知引擎是铝制造的，铝元素占地壳质量的8%，尽管如此铝会是世界上最昂贵的材料，铝这种材料极难提炼，拿破仑会预想这种轻质金属将是制造武器和铠甲的完美材料，但却因为提炼过程的困难而困扰，最终放弃了这个计划之后，他拿出自己得到的少量的铝，融化后并铸成餐刀和餐盘，用以招待最尊贵的客人，

而次一级的客人只能用较为廉价的黄金餐具，直到1880年代，铝的量产方法才开始发展起来，短短数年内，铝这种重金属就从世界上最贵的金属变成最便宜的机种之一，从1852年的每千克1200美元，暴跌至二十世纪初的每千克一美元，这让怀特兄弟，得以在他们的飞机上使用铝，但是怀特兄弟使用的材料和我们今天的铝合金完全不，

尽管有了铝，第一次世界大战时期用的飞机，仍用木头，帆布制作飞机的机身，因为当时能用的铝强度低，又容易变形，

德国科学家ALFRED对铝的热处理意外发现，

最终发展能胜任结构用途的高强度铝合金，他当时试图在铝上重现炼钢过程中，的淬火硬化技术，加热钢，700到900度，然后在油中或水中淬火，钢铁快速冷却，会产生一种，被称作马氏体的结晶体结构，他皮还慢冷却，产生的晶体要硬得多，

但这一技术对铝并不奏效，据说一个周五的下午，ALFRED正在测试一种含4%铜的新型铝合金，他一步步地进行淬火硬化的操作，他家有亲属，并使热量均匀的散布于其中，然后停止加热淬火，快速的冷却下来，他随机测试了这种材料，但材料的性能并无进步，深受困扰的他把样品仍在实验室，在室温下度过了一个周末，周一他出乎预料的发现,剩下的样品变得更强韧了，他意外地发现了，时效硬化过程

正是这一过程使你成为了这个世界，新的奇迹材料，正如发生的那样，为什么这一合金随着时间变硬呢！为了理解这一问题，我们来看看，铝的晶体结构，

这是一个铝原子，

当很多的铝原子聚集在一起时，他们就不会随机的排列，，而是一个重复的结构规律排列着铝会形成一种叫做，面心立方的晶格，看上去就跟巴克球有点类似，只不过它是交叉的，它决定了这一材料的许多性质，其中之一就是它容易变形的方向，例如这一晶体结构，比较容易沿着一个平面变形，

看看这个二维晶体的结构它最容易沿着这些平行方向滑动，如果施加足够的力，每个原子都会下移，材料就会永久的变形，如果把其中的一些铝原子字体换成铜原子会怎么样呢！铜原子比铝原子稍微大，当嵌入铝的晶格时，就会产生内部的张力，当铝合金被加热时，铜原子只会均匀的分布在材料中，淬火过程将它们固定在那些位置上，在那些位置上同原子并不能提供，更高的强度，但随着时间的推移，他们聚集在一起，形成一种，次级的晶体结构，这被称为第二相，这些第二向颗粒阻碍材料变形，需要更大的外力才能使材料变形，几年内ALFRED就晚上这一工程,找出了其最佳的时间和温度，他将这种新材料命名为硬铝，它被用以制造世界上的第一架金属飞机，"J1"

铝的时效硬化的影响不容小视，它彻底的改变这个世界，在它之前，飞机的骨架，都用像这样的，刚性框架结构，用少女之后，工程师得以发明了新的飞行器结构，硬壳式结构和半硬壳式结构，在这些框架中，"铝制蒙皮"能作为飞机的强度零件，而不仅仅是用于构建流行的表面，这些技术是飞机的内部能腾出空间来客机得以发展，从而在世界范围内，开创了旅行的新纪元，全世界13%的利用与能源领域，尽管铜是更好的超导体，架空电缆一般用铝作为导电材料，承载相同的电流时，路线需要是铜线的1.5倍粗，

尽管如此，铝线依然比铜线轻了一倍，这减轻了铁塔的负重，并大大的增加了铁塔间的跨度，这节约了大量的建设资金，另外23%的铝用于建筑领域，帝国大厦是世界上第一座广泛使用铝的摩天大楼，铝的防守和轻质，使其成为最完美的外部框架，以及屋顶的材料，很明显，如果没有铝当今世界就会大大的不同，

直到最近，铝材遇到了它的对手，碳纤维强化塑料，等复合的材料，但那是另外的事儿了，