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癮科學:啥是 Liquidmetal?

Andy Yang
2010 年 8 月 27 日, 中午 12:00
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前一陣子傳出蘋果買下了 Liquidmetal 的專利使用權,而且已經應用到了 iPhone 的 SIM 卡退出針上。到底 Liquidmetal 是什麼?有什麼樣的特性?對未來的產品會產生什麼樣的改變呢?

一聽到 Liquidmetal,腦袋裡不免會閃過魔鬼終結者2 裡的那位 T1000 的身影,好像是非常高科技的產品。但事實上,Liquidmetal 在常溫下是固體的,和金銀銅鐵之類的普通金屬沒什麼兩樣。對任何不知道的人來說,它除了色澤和常見的幾種金屬略有不同之外,並沒有什麼別的不同。那到底是特別在哪裡呢?這就要從金屬本身的特性說起了。

純的金屬 -- 例如鐵 -- 裡面的原子大體上是可以自由移動的,因此都有一定的延展性,但是硬度不足。為了要加強鐵的硬度,我們會特別在其中加入一些雜質(通常是碳),讓鐵形成結 晶。不同的鐵結晶會有不同的方向性,當不同方向的結晶碰到時,就會形成一個相互鎖死的邊界,最後產生出一個網格狀的結構。經過這種處理的鐵,我們稱之為 「鋼」,在硬度上比鐵要強太多了。然而,鋼卻也有自已的問題,像是剛才提到的兩個晶體接觸的邊界沒有封死的話就容易因為金屬疲勞,產生裂縫,而且受力之 後,容易在晶體的邊緣斷裂,產生永久的形變。

傳統的解決方式(用極度簡化的方式說)有三種,一是加速冷卻讓結晶來不及長大到形成長的邊界,但這種方式極耗能量,而且產量不大;第二是用很慢的速度冷卻 它,讓裡面的結晶長大到沒有結晶邊界的地步,但這種方式非常花時間;第三是用工業生產的手段,例如冷軋或鍛造來封死細縫,但是這些技術無法應用到鑄造的產 品上。

因此科學家面臨的挑戰,就是要開發出一種能有極高的強度,但又不會受到晶體的物理限制所拖累的合金。經過加州理工學院多年的研究,造出來的金屬就有這樣的 特性:因為裡面一共是鋯、鈦、銅、鎳、鋁五種金屬的合金,裡面的原子有大有小,所以雖然不會形成結晶,但是結構上也不會滑來滑去,保有了相當的硬度。這種 金屬被 Caltech 的科學家取名為 Vitreloy,負責行銷這種金屬的公司就是 Liquidmetal。因為是多種金屬混合的非晶型合金,Vitreloy 很多時候表現很像玻璃,兩都同樣都沒有一個固定的熔點(會漸漸軟掉),而且受大力撞擊時都一樣會碎裂,而不是變形。但是也是因為沒有晶體邊 界,Vitreloy 有高硬度、高彈性、高抗蝕性等額外的附加好處,而且 Vitreloy 應用在鑄造產品上時,並不會像鋼那樣比處理過的金屬要差很多,因此在這方面也很有前途。

聽起來很神奇吧?可惜的是,到目前為止 Vitreloy 的應用紀錄並不輝煌 -- 早先最主要的應用是做高爾夫球桿的桿頭,利用它彈性好的特性,可以把球擊得更遠。但是不幸的是,因為它易碎的關系,很多人花了大錢買回家之後,打沒多久突 然就看到自已的桿頭「爆碎」,對 Liquidmetal 的正面評價實在沒什麼幫助。在 Liquidmetal 投入資金改善合金的組成,並改善生產方式後,Vitreloy 被美國陸軍拿來做穿甲彈的彈頭、被 NASA 拿來做 Genesis 太空船上的太陽風收集器、被 BP 拿來做鑽油平台的鑽頭(據說在墨西哥灣爆掉的鑽油平台用的就是),看起來在非常受歡迎。但背後的隱憂卻是這些都是少量,高單價的東西,對於量產 Vitreloy,以達到以量制價的目的並沒有幫助,因此到今天 Vitreloy 還是很貴的材料,無法出現在更多地方。

這就是蘋果最有可能介入之處。蘋果可以,也願意為第五代的 iPhone 採用一種耐刮、耐用的新金屬做外殼,即使成本高一點蘋果也吃得下來 -- 何況以 iPhone 的產量,要將成本壓下去也是相當容易的。SIM 卡的退出針顯然是一個實驗,只是我們很難猜出來實驗的目的是什麼。以蘋果的神祕度來說,這一切都要等未來的某一天,賈伯斯站上台的那一刻,才能見分曉了。

Vitreloy 組成:
鋯 52.5%
鈦 5%
銅 17.9%
鎳 14.6%
鋁 10%

[參考資料:Wikipedia]