2005-04-20：电工材料
今天可是难得有点清闲，我吃过晚饭就爬到网上，一边查阅八卦新闻一边和一个空姐 MM 聊天。 正聊得高兴，C# 突然插进话来。
师：“我给你的短文看过没？没问题吧？”
云上漫舞：“等一下，我这就发给你，上星期新照的。”
“云上漫舞” 这个网名纯属虚构，如有雷同实属巧合。
noob-coder注：这不会就是那位空姐MM吧？（吃瓜）
我：“你来啦。我的问题我自己都‘放狗’解决了。”
Google 音译为“谷歌” ，但也被音译为“狗狗” 。
云上漫舞：“收啊。这张是在我家小区院里照的，光线有点暗。”
我赶紧接收 MM 发来的照片，这照片有点大了，也不知道几百万像素的，传起来还挺费劲。
师：“你还真长进了啊？问题全搞掂了？”
我：“还行吧，还有一些不是很把握的。你说干电池到底能不能充电？”
师：“碱性电池没电之后可以做些处理。不过普通的充电器不好使。”
云上漫舞：“衣服穿得有点随便，不显胖吧？”
我：“不胖不胖，你经常去健身？”
我：“那么干电池的充电器有什么特别之处？”
云上漫舞：“是啊。我们要求很严，体重超了可不行。”
我：“体重超标影响飞行安全是吗？什么飞机这么敏感？”
云上漫舞：“没有的事。再发你一张艺术照，很好的。”
师：“我没深入研究过这东西，只是了解一点。据说干电池充电器是‘脉冲’工作的，不是连续地为电池提供充电电流。”
我：“脉冲？就是充 1 秒停 1 秒再充 1 秒这样？”
师：“可能吧，我了解的就只有这些。最好不要给干电池充电，要充漏了汤很麻烦的。”
我：“漏汤是什么意思？”
我：“有漏汤的没有？”
云上漫舞：“什么漏汤啊？”
我：“我是说有漏点的没有？”
云上漫舞：“有啊，当然。”
师：“漏汤就是电池里面有液体渗出来，那些液体有腐蚀性。”
云上漫舞：“我发一个给你吧，一定要看哟。”
我知道她肯定发来一些恐怖的东西，想整蛊我？嘿嘿，俺可是老油条了。
我：“南孚电池那个聚能环是什么？一节顶六节那个？”
师：“这个我也不知道，你可以去专利局的网站上查一下，http://www.sipo.gov.cn。”
noob-coder注：
上面的网站现在访问不了了，改为国家知识产权局。
专利检索请访问： https://pss-system.cponline.cnipa.gov.cn/conventionalSearch
我：“那就先不忙了，以后再说吧。”
我：“我搜到一个新名词，内阻，是什么意思？”
云上漫舞：“怎么样，这张很过瘾吧？”
师：“内阻我们以后会讨论的。今天要讨论一下电工材料。”
我：“不错，有点新意，不是复习那些陈谷子烂芝麻。”
师：“呵呵。我们以后要接触到的电工材料无非两种——导体和绝缘体，先说哪个？”
半导体材料的相关知识我们以后专门讨论。
我：“怎么又是这些东西？还以为这回能有点新鲜玩意儿呢。”
师：“不把这些东西给你串一下没法开始后面的内容。你在学校了解过‘焊锡’吗？”
我：“这个还真不知道，那你就说一说吧，我听着。”
师：“常见的导体无非‘金、银、铜、铁、锡’，其中‘铁’在电子学中用的不多，它通常用于高压远距离输电。”
我：“高压线啊？这个我见过，一座一座的铁塔，上面的电线是铁的？”
师：“可能是铝包铁吧，铁比较结实，而且便宜，远距离输电很合适。”
师：“我们以后最常接触的导体是铜，铜的导电性能世界第二。”
我：“那世界第一肯定是黄金了。”
师：“错啦，你个傻小子就这水准？给你复习一下你还不耐烦呢！ ”
我：“不是黄金吗？我还真忘了，初中物理教过这个没有？”
师：“导电性能世界第一的金属是银，不是金。银的电阻率是最小的。”
我：“是电阻率‘肉’，我想起来了。”
师：“黄金也经常被用到，不是因为它的电阻率小，而是因为它化学性质稳定，不爱长锈。”
师：“不长锈是一个特别吸引人的优点。因为像那些插头插座之类的装置，是靠‘接触’来导电的。”
我：“爱长锈的导体长期使用可能接触不良对吗？”
师：“是的。但是由于黄金价格很贵，所以它一般不单独使用，通常用作‘铜’表面的镀层。”
我：“我家的插销板没见镀金啊？我那 CD 机的耳机插头据说是镀金的。”
师：“谁会对一个插销板要求那么高呢？不过战斗机或坦克车上如果用了插头插座的话恐怕会要求镀金的。”
我：“这倒是，导弹因为开关接触不良没发射出去，那可死得太搞笑了。”
师：“最后就是‘锡’了。我们用的焊锡通常是‘丝状’，它不是纯锡，而是铅和锡的合金。”
师：“其中铅的含量约 40%，锡的含量约 60%，大约能算四六分成吧。”
此处提及的百分比并不精确。
我：“焊锡丝挺好玩的，用烙铁一烫，马上就变成一个小圆球了。”
师：“是这现像。有没有发现什么特别之处？”
我：“这有啥特别的？焊锡化了会冒烟，挺好闻。我爸说是松香的味儿。”
这不是简单的松香，应该说以松香为主。焊锡丝所发出的烟气常被认为对人体有害，我对此倒不以为然。
师：“你在炉子上烧过铁丝之类的金属吗？”
我：“这个玩过啊，以前住平房生炉子，烧过火筷子，烧红了会变软，然后放水里就滋滋响冒热气。”
我：“我爸说这叫‘沾火’，可以让铁变得更硬。”
师：“那叫‘蘸火’，金属热处理的一种方法。能让一些钢材变得更硬，铁可硬不了。”
最正规的叫法是“淬火” 。
我：“你也懂这个啊？”
师：“你说火筷子烧红后会变软，那么你看过焊锡先变软后熔化吗？”
我：“这个好像不是，似乎是突然之间就化成一个球了。”
师：“对了，焊锡是不会先变软后熔化的，它是达到熔点后直接就化成液态。”
我：“这有啥？先软后化也是化了啊？”
师：“关键是焊锡凝固过程也是这样，直接就从液态变成完全的固态。”
师：“你知道什么是‘软’吗？”
我：“举而不坚？那好像叫‘痿’吧？”
师：“我应该掌你嘴！给你俩脆的！！”
师：“这个‘软’意味着固态金属和液态金属混合在一起。焊锡如果有这样的状态那么它焊成的电路十有八九是有故障的。”
我：“是叫‘虚焊’吗？我叔说过这词。”
师：“对，像豆腐脑儿一样干稀搭配的焊锡肯定容易虚焊的，所以焊锡之中铅和锡的配方必须是铅和锡四六开，这叫做‘共晶合金’，能保证焊锡在融化和凝固过程中只有固态和液态两种状态。你考大学如果学机械类或材料科学专业，应该能够学习到这些知识。”
我：“我想学电子专业或者计算机。”
师：“好了，导电材料里还有一个‘石墨’，也就是‘碳’，常用作电极。下边说绝缘材料。”
从元素周期表中可以看到碳和半导体材料挤在一起，那么碳是不是可以做半导体材料？
我：“绝缘材料，不就是橡胶和塑料吗？”
师：“那我说玻璃和陶瓷。”
我：“这个也是，我知道，只是没说而已。”
师：“你还是谦虚一点吧，谁的导电性能最好都说错。”
师：“说到绝缘材料，首先应该想到的是‘空气’。空气不绝缘咱们全玩儿完。”
我：“对，空气得绝缘。嘿嘿。”
师：“纸也是常用的绝缘材料，包括一些化纤，像涤沦之类，也是绝缘材料。”
我：“这个没想到。这些东西很常用？”
师：“玻璃纤维也是一种重要的绝缘材料，‘玻璃布’和一些‘树脂’材料粘合，比如环氧树脂，再压成薄板就是我们常用的‘电路板’。”
我：“这个东西不是叫‘玻璃钢’吗？听我爸说起过。我电脑里那些板子就是这个东西啊？”
师：“纸和化纤也能用于制造电子元件。你电脑中那些板子就是‘环氧玻璃布’板。”
师：“一些漆类物质也有很好的绝缘性能，它们可以涂在导线外表，代替塑料皮做绝缘层，这称为‘漆包线’。漆皮比塑料皮要薄得多，所以漆包线总的直径会比较细。”
如果线外的漆皮是“聚酯”的，会阻碍焊接，所以焊接聚酯漆包线时需刮去线头部分的漆皮，或用化学方法除漆。也有些线用“聚氨酯”漆皮，是直接可焊的。
师：“看来今天讨论的内容已经不少了，剩下一些内容我还是给你整理一个短文吧，这样进度能快一点。”
我：“是啊，咱这课程有点慢了，还没用上欧姆定律呢。”
师：“这个短文是对一些常用导线和接插件进行明，这之后就没啥基础知识了，我们下次就进入欧姆定律这个部分。”
我：“终于见着曙光了，我都有点急了。”
师：“好吧，我先下了，你有啥问题可以先去网上搜。”
我：“嗯，晚安，我还想多玩会儿，今天难得有闲。”
C# 离开了，我打开专利局的那个网站看了下，这网站有个查询用的页面，我在“名称”栏内输入了“聚能环”，查到的居然是“外观专利”。没办法只好在“申请人”一栏填上“南孚”重新查，这回还真查到了不少内容，其中有一个《带垫圈的碱锰电池》，这个不会就是“聚能环”吧？点开这个链接，网页中有个简单的“摘要”，里面提到这个所谓垫圈其作用是更好的隔离电池的正负极，避免短路隐患的。哪里体现“一节更比六节强”啊？
重新回到搜索页面，我在“名称”一栏内填上了“电池”两个字，这回搜出来的内容可是真不少，有一万多项。随便翻了几页，居然发现了一个《电动自行车用带电池箱的菜篮》，这也是高科技啊？真没想到。
之后我又跑去 GOOGLE，输入了“焊锡 松香”，搜出的页面中有很多“松香芯焊锡丝”的广告，看来那些焊锡丝是空心的管状，里面灌进去松香了。仔细在 GOOGLE 的页面上巡视了一下，发现了一个新名词——助焊剂。重新让 GOOGLE 搜“助焊剂”，又出来一堆广告。再搜“松香 助焊”，还是成群结队的广告。最后查询“松香 加热 作用”，这回搜到一些有点技术性的内容，看了一些页面略作总结，大体知道了松香受热熔化后有弱酸性，可以清除铜表面的脏东西，所以能助焊。同时也查到除松香外还有一些化学合成的助焊剂，常以什么“溴化水杨酸”这类酸性物质为主要原料，助焊性能更好但具有腐蚀性，通常不建议使用。
云上漫舞：“你还不去睡？我可要走了。”
不知不觉都 11 点多了，这儿还一个 MM 呢，怎么把她给忘一边儿了？
我：“我这就走，你应该多玩会儿，早睡爱发胖。”
云上漫舞： “我扛不住了。我给你的漏点的照片看了没有？”
我：“看了，你的裸体确实很美。”
云上漫舞：“你说啥？你看了吗？”
我：“看了啊，你光溜溜的样子，靓死人喽。多大罩杯？”
云上漫舞：“你就骗我吧你，根本就没看！我走了，不理你了！”
不容我再逗这 MM 就跑了，我心里暗笑：“想弄个恐怖的恶心的图片忽悠我看？小把戏不好使。我随手双击了下那张照片，屏幕上的画面着实让我差点喷血：“不是吧？真裸啊？”
屏幕上一个光溜溜的小婴儿躺在床上，眯着眼睛冲着我笑呢。
noob-coder注：李老师你倒是把照片贴给大伙们看啊！
本节补充说明
在大学里学习《金属材料及其热处理》这门课时，会了解到“合金相图”这个知识，这种相图反映了不同“配方”的合金材料在加热/冷却过程中的 “形态” 与 “性能” 的变化。下图（a）就是“铁碳合金”相图，所谓“铁碳合金”，其实就是“钢材”。底下的横轴是钢材中的碳含量，左边纵轴是加热温度。在对钢材进行热处理时，含碳量多高的钢材加热到何种温度在以何种方式冷却可以获得何种性能，都由这张图决定。这不是你随便找块钢板烧红了扔水里再捞出来都能磨成刀的。
我们祖先以前应用青铜时已经知道铜与锡的比例不同最终获得的青铜性能也不同，他们甚至在铸造青铜剑时可以用不同的“配方”分别铸造剑身和剑刃，确保剑身有足够的轫性而剑刃有足够的硬度。
我们现在使用的“焊锡”也有其“相图”，参见上图（b），中间红线框住的点锡含量为 61.9%，绿线之上是液态，蓝线之下是固态，蓝绿线之间是固态和液态混合的。可见红线框住的这个点是没有固态和液态混合的。蓝色线对应的加热温度是 183℃。
焊锡的成份都接近于红线框住的这个点，但不完全是这个比例。注意焊接时对焊锡的加热温度并不是这个 183℃，而是要高很多，这是为了让融化的焊锡具有充分的“流动性”，保证焊接质量。
由于现在主张保护环境，因而焊锡中已经逐步取消铅了（无铅：Pb-Free），欧盟曾于 2003 年发布过 “RoHS” 指令，限制在电子产品中使用某些有害物质，其中包括铅。在欧盟成员国家里废旧电子产品是不可以随意丢弃处理的，现在很多电子垃圾都运到发展中国家抛弃，中国是个电子垃圾的重灾区，某些地区用很简陋的方法从这些垃圾中回收电子零件（拆机件）和金银等贵金属，造成了严重的铅、汞、镉等重金属污染。
大家对于专利应该具有一个清醒的认识，所谓“专利”，顾名思意就是“专门获利”的意思，这跟科学没有什么必然的联系，这是个法律问题。法律保护那些首次发明新装置新方法的人通过他们的发明获得经济利益，交换条件是发明人要“完全公开”他的技术。另外，“科学发现”不能授予专利，比如牛顿是不能将“万有引力”申请专利的，“万有引力”是个自然规律，牛顿只是“发现”了它而不是“创造”了它。
你做出一个新鲜东东究竟算不算“发明”，能不能授予“专利”，要看它是否符合法律规定，符合法律规定的就可以授予专利，至于其中的技术含量有多少并没人在意。当然，法律规定了你做的这个东东应该具有“新颖性”，也就是以前没人做过这个。但具体到专利审查员，他又不是全科大夫，他哪里知道以前有没有人做过这个？他只能从已有的专利中查询，查不到他就认为你是第一个做这个东东的。这确实不够合理，所以专利在授权之前都有一个公开征求意见的时期，你若发现某项专利申请保护的技术以前已经公开了，可向专利局提供证据，经核实采纳后该专利就不会授权。这种证据，可以是一件实物或某刊物上的一篇文章，但电子刊物或论坛贴子之类的不会采纳。
申请专利需要向专利局交纳费用，每年还要交纳维持费。发明专利的保护期在中国是 20 年，过期的专利成为公知技术可以被他人自由使用。对于已授权的专利，你同样可以申请无效它，当然你也得交纳费用，还得请有经验的律师，这花费是不低的，所以专利经常被用作一种商业竞争手段。有些经济实力雄厚的企业每年申请成百上千项专利，其中仅有很少一部分是他们的核心技术，多数为很普通的技术，还有一部分 “垃圾” 专利，所有这些专利组织成“专利网”（或称“专利池” ），你若敢于进入他们的技术地盘参与竞争，他们就会举起专利大棒狠狠敲你。你固然可以申请那些垃圾专利无效，但花费的金钱和时间可能会活活拖垮了你。