银:金属中的月亮公主
在我国日常用语中,银字常被用来形容白而有光泽的东西,如银河、银鱼、银幕等。白银和黄金一样,是一种应用历史悠久的贵金属。纯银是一种美丽的白色金属,它的英文名称是silver,化学名称则来自拉丁文Argentum,是“浅色、明亮”的意思。这个词看起来与阿根廷的国名(Argentina)相似,没错,阿根廷的国名就来自于西班牙殖民者对新大陆的美好想象——白银之河。实际上,阿根廷并不盛产银矿。
富贵比金
银最早用来做装饰品和餐具,后来才作为货币使用。我国古代常把银与金、铜并列,称为“唯金三品”。在自然界,银和金也经常相伴而生,天然金几乎总是与少量银形成合金。我国古代已知的琥珀金,在英文中被称为electrum,就是一种天然的金、银合金,含银量约为20%。银在自然界中很少以单质状态存在,大部分是化合物状态。
在经济史上,金和银都长期作为货币使用。同为重要的贵金属,白银却一直活在黄金的阴影下,主要是因为“金子太少”,而“银子太多”。银在地壳中的含量要比金高(大约是黄金的15倍),但由于它比黄金活泼,很少以单质状态存在,因而,白银的发现要比黄金晚,一般认为发现时间在距今5500~6000年以前。由于古代人们取得银的量很小,使得它的价值最初比金还贵。公元前1780~前1580年间,埃及王朝的法典规定,银的价值为金的两倍。甚至到了17世纪,日本金、银的价值还是相等的。随着人类采矿分离技术的提高,超过市场流通所需量的银子不断注入市场,使得白银持续贬值,并最终退出货币舞台;而黄金因其产量稳定,依然作为硬通货活跃在世界经济舞台。
尽显神威
除作为装饰品和货币外,银因其具有的诸多独特物理性质而被广泛应用。例如,它具有良好的延展性,其导电性和传热性在所有的金属中都是最高的。因此,银常被用来制作灵敏度极高的物理仪器元件,在各种自动化装置、火箭、潜艇、计算机、核装置以及通讯系统中,各种设备上的接触点大都是用银制作的。这些接触点平均工作上百万次,必须耐磨且性能可靠,能承受严格的工作要求;而银完全能满足这些要求。如果在银中加入稀土元素,其性能更为优良。用这种加稀土元素的银制作的接触点,寿命比原来延长好几倍。
银的化学活性比金强,但比铜差;常温下,甚至加热时,也不与水和空气中的氧作用。然而,当空气中含有硫化氢时,银的表面会失去银白色的光泽,这是因为,银和空气中的硫化氢化合成黑色硫化银的缘故。在我国古籍中,记载有“银针试毒”的故事,这种手段是通过观察银针变色来检验毒药——砒霜(主要成分为As2O3)是否存在。在这个过程中,银针真正试出的“毒”其实是毒药中的含硫杂质。由于自然界的砷大部分存在于硫化物矿物中,灼烧矿物制取的砒霜多少会掺有硫杂质;因此,当用银针试毒时,银与硫反应,生成“银锈”——硫化银,砒霜便暴露了自己的行踪。
改善银的抗硫化性能,也是通过合金化的手段,如添加金和钯,降低硫化银膜生成的速度。另外,金属元素如锰、锑、锡、锗、镍加进银中,也可以改善其抗硫化性能。
银和很多金属之间能以任意比例相熔。银基合金就是以银为基与其他金属组成的合金。
银铜合金常用来制作银饰。这是由于,100%的足银较软,制作时不能成型,不便做成银饰,而且比较容易“氧化”,俗称“变色”。在做首饰时,要在银中加入7.5%的铜。这种含银92.5%、含铜7.5%的合金,在国际上称为标准银(925银);在英国,则称为英镑银(sterling,史特令银)。
银汞合金也是银的著名合金之一。汞,俗称水银,由此可以看出与银关系之密切。银汞合金之所以出名,在于它塑形期柔软、成型后坚韧,为牙医提供了一种极好的镶牙材质。
新的天地
银基钎料:钎料是钎焊(用比母材熔点低的钎料和焊件一同加热,使钎料熔化后润湿并填满母材连接的间隙,钎料与母材相互扩散形成牢固连接的方法)时用做钎缝的填充金属。钎料的熔点必须比焊接的材料熔点低,适宜于连接精密、复杂和异类材料的焊接。钎料按熔点高低分为软钎料(熔点低于450℃的钎料),硬钎料(熔点高于450℃的钎料)。钎料按组成分软钎料有锡基、铅基、锌基等钎料。硬钎料有铝基、银基、铜基、镍基等钎料。其中,银基钎料是在银铜基的基础上加入一些其他合金元素形成不同系列的钎料,这类钎料具有优异的工业性能,熔点不高,湿润性能及填缝性能良好,强度、塑性、导电、耐蚀等性能优异,可用来钎焊除铝、镁及其他低熔点金属外的几乎所有黑色金属和有色金属,因而得到广泛应用。银基钎料种类繁多,但常用的钎料几乎都含有铜。为降低熔点和减少银含量,通常加入锌、镍、镉等合金元素,构成三元或多元合金。例如南京航空航天大学利用高频感应钎焊的方法,以添加铬粉的银铜合金作为钎料,实现了金刚石与钢基体间的牢固结合。
银基触头材料:电接触材料是各种高低压开关、电器、仪器仪表元器件的核心部件,被广泛应用于航空、航天、航海等工业领域和民用工业的各种交直流接触器、断路器、转换开关等,其性能直接决定整个电器的通断容量、使用寿命和可靠性等。电触头亦有100年的发展历史,最初使用纯金、纯银、纯铂做触头材料,20世纪40年代开始使用银铜、银金、银铂等合金,20世纪60年代以来发展了多元贵金属合金和特种贵金属复合材料。
碳纤维增强银基复合材料:这是一种以银及银合金为基体、以连续或短切碳纤维增强的银基复合材料。这种银基复合材料保持了银的良好导电导热性能,又由于高强度、高模量(材料在受力状态下应力与应变之比。该值的大小是表示此材料在外力作用下抵抗弹性变形的能力)纤维的加入,提高了材料的强度、弹性模量以及耐烧蚀性,是新一代触点材料和大电流密度的电刷材料,常用于惯性电机和武器系统。
抗变色银合金:虽然银具有很多优良特性;但是,镀银层表面在自然环境中很容易发生腐蚀变色,颜色由银白色→浅黄色→褐色→黑色,变色使银的装饰性大大降低,更重要的是,使镀银表面电阻增加20%~80%,使银的电气性能和可焊性下降,耗电量增加,导致电子设备的稳定性、可靠性下降,甚至发生严重事故。银的变色性是困扰其应用的世界性难题,多年来,人们寻求各种有效方法,试图减缓或避免它。目前,研究银的抗变色主要从两个方面进行:一方面,是开发抗变色银合金;另一方面,是研究开发银抗变色工艺。其中,合金化是提高银抗变色能力的重要途径。例如,在银合金中加入钯元素,可提高抗变色、耐腐蚀性能,还能改善颜色的稳定性、加工和铸造性能。
【责任编辑】赵 菲 (王殿华)
富贵比金
银最早用来做装饰品和餐具,后来才作为货币使用。我国古代常把银与金、铜并列,称为“唯金三品”。在自然界,银和金也经常相伴而生,天然金几乎总是与少量银形成合金。我国古代已知的琥珀金,在英文中被称为electrum,就是一种天然的金、银合金,含银量约为20%。银在自然界中很少以单质状态存在,大部分是化合物状态。
在经济史上,金和银都长期作为货币使用。同为重要的贵金属,白银却一直活在黄金的阴影下,主要是因为“金子太少”,而“银子太多”。银在地壳中的含量要比金高(大约是黄金的15倍),但由于它比黄金活泼,很少以单质状态存在,因而,白银的发现要比黄金晚,一般认为发现时间在距今5500~6000年以前。由于古代人们取得银的量很小,使得它的价值最初比金还贵。公元前1780~前1580年间,埃及王朝的法典规定,银的价值为金的两倍。甚至到了17世纪,日本金、银的价值还是相等的。随着人类采矿分离技术的提高,超过市场流通所需量的银子不断注入市场,使得白银持续贬值,并最终退出货币舞台;而黄金因其产量稳定,依然作为硬通货活跃在世界经济舞台。
尽显神威
除作为装饰品和货币外,银因其具有的诸多独特物理性质而被广泛应用。例如,它具有良好的延展性,其导电性和传热性在所有的金属中都是最高的。因此,银常被用来制作灵敏度极高的物理仪器元件,在各种自动化装置、火箭、潜艇、计算机、核装置以及通讯系统中,各种设备上的接触点大都是用银制作的。这些接触点平均工作上百万次,必须耐磨且性能可靠,能承受严格的工作要求;而银完全能满足这些要求。如果在银中加入稀土元素,其性能更为优良。用这种加稀土元素的银制作的接触点,寿命比原来延长好几倍。
银的化学活性比金强,但比铜差;常温下,甚至加热时,也不与水和空气中的氧作用。然而,当空气中含有硫化氢时,银的表面会失去银白色的光泽,这是因为,银和空气中的硫化氢化合成黑色硫化银的缘故。在我国古籍中,记载有“银针试毒”的故事,这种手段是通过观察银针变色来检验毒药——砒霜(主要成分为As2O3)是否存在。在这个过程中,银针真正试出的“毒”其实是毒药中的含硫杂质。由于自然界的砷大部分存在于硫化物矿物中,灼烧矿物制取的砒霜多少会掺有硫杂质;因此,当用银针试毒时,银与硫反应,生成“银锈”——硫化银,砒霜便暴露了自己的行踪。
改善银的抗硫化性能,也是通过合金化的手段,如添加金和钯,降低硫化银膜生成的速度。另外,金属元素如锰、锑、锡、锗、镍加进银中,也可以改善其抗硫化性能。
银和很多金属之间能以任意比例相熔。银基合金就是以银为基与其他金属组成的合金。
银铜合金常用来制作银饰。这是由于,100%的足银较软,制作时不能成型,不便做成银饰,而且比较容易“氧化”,俗称“变色”。在做首饰时,要在银中加入7.5%的铜。这种含银92.5%、含铜7.5%的合金,在国际上称为标准银(925银);在英国,则称为英镑银(sterling,史特令银)。
银汞合金也是银的著名合金之一。汞,俗称水银,由此可以看出与银关系之密切。银汞合金之所以出名,在于它塑形期柔软、成型后坚韧,为牙医提供了一种极好的镶牙材质。
新的天地
银基钎料:钎料是钎焊(用比母材熔点低的钎料和焊件一同加热,使钎料熔化后润湿并填满母材连接的间隙,钎料与母材相互扩散形成牢固连接的方法)时用做钎缝的填充金属。钎料的熔点必须比焊接的材料熔点低,适宜于连接精密、复杂和异类材料的焊接。钎料按熔点高低分为软钎料(熔点低于450℃的钎料),硬钎料(熔点高于450℃的钎料)。钎料按组成分软钎料有锡基、铅基、锌基等钎料。硬钎料有铝基、银基、铜基、镍基等钎料。其中,银基钎料是在银铜基的基础上加入一些其他合金元素形成不同系列的钎料,这类钎料具有优异的工业性能,熔点不高,湿润性能及填缝性能良好,强度、塑性、导电、耐蚀等性能优异,可用来钎焊除铝、镁及其他低熔点金属外的几乎所有黑色金属和有色金属,因而得到广泛应用。银基钎料种类繁多,但常用的钎料几乎都含有铜。为降低熔点和减少银含量,通常加入锌、镍、镉等合金元素,构成三元或多元合金。例如南京航空航天大学利用高频感应钎焊的方法,以添加铬粉的银铜合金作为钎料,实现了金刚石与钢基体间的牢固结合。
银基触头材料:电接触材料是各种高低压开关、电器、仪器仪表元器件的核心部件,被广泛应用于航空、航天、航海等工业领域和民用工业的各种交直流接触器、断路器、转换开关等,其性能直接决定整个电器的通断容量、使用寿命和可靠性等。电触头亦有100年的发展历史,最初使用纯金、纯银、纯铂做触头材料,20世纪40年代开始使用银铜、银金、银铂等合金,20世纪60年代以来发展了多元贵金属合金和特种贵金属复合材料。
碳纤维增强银基复合材料:这是一种以银及银合金为基体、以连续或短切碳纤维增强的银基复合材料。这种银基复合材料保持了银的良好导电导热性能,又由于高强度、高模量(材料在受力状态下应力与应变之比。该值的大小是表示此材料在外力作用下抵抗弹性变形的能力)纤维的加入,提高了材料的强度、弹性模量以及耐烧蚀性,是新一代触点材料和大电流密度的电刷材料,常用于惯性电机和武器系统。
抗变色银合金:虽然银具有很多优良特性;但是,镀银层表面在自然环境中很容易发生腐蚀变色,颜色由银白色→浅黄色→褐色→黑色,变色使银的装饰性大大降低,更重要的是,使镀银表面电阻增加20%~80%,使银的电气性能和可焊性下降,耗电量增加,导致电子设备的稳定性、可靠性下降,甚至发生严重事故。银的变色性是困扰其应用的世界性难题,多年来,人们寻求各种有效方法,试图减缓或避免它。目前,研究银的抗变色主要从两个方面进行:一方面,是开发抗变色银合金;另一方面,是研究开发银抗变色工艺。其中,合金化是提高银抗变色能力的重要途径。例如,在银合金中加入钯元素,可提高抗变色、耐腐蚀性能,还能改善颜色的稳定性、加工和铸造性能。
【责任编辑】赵 菲 (王殿华)