黄金的需求与用途

  黄金是人类较早发现和利用的金属。由于它稀少、特殊和珍贵，自古以来被视为五金之首，有“金属之王”的称号，享有其它金厦无法比拟的盛誉，其显赫的地位几乎永恒。正因为黄金具有这一“贵族”的地位，一段时间曾是财富和华贵的象征，用它作金融储备、货币、首饰等。到目前为止黄金在上述领域中的应用仍然占主要地位。　　

    随着社会的发展，黄金的经济地位和应用在不断地发生变化。它的货币职能在下降，在工业和高科技领域方面的应用在逐渐扩大。

    黄金的主要需求和用途有三大类：

    （一）、用作国际储备。这是由黄金的货币商品属性决定的。由于黄金的优良特性，历史上黄金充当货币的职能，如价值尺度、流通手段，储藏手段，支付手段和世界货币。随着社会经济的发展，黄金已退出流通领域。二十世纪70年代以来黄金与美元脱钩后，黄金的货币职能也有所减弱，但仍保持一定的货币职能。目前许多国家，包括西方主要国家国际储备中，黄金仍占有相当重要的地位。

    （二）、用作珠宝装饰。华丽的黄金饰品一直是一个人的社会地位和财富的象征。

    （三）、在工业与科学技术上的应用。由于金具备有独一无二的完美的性质，它具有极高的抗腐蚀的稳定性；良好的导电性和导热性；金的原子核具有较大捕获中子的有效截面；对红外线的反射能力接近100％；在金的合金中具有各种触媒性质；金还有良好的工艺性，极易加工成超薄金箔、微米金丝和金粉；金很容易镀到其它金属和陶器及玻璃的表面上，在一定压力下金容易被熔焊和锻焊；金可制成超导体与有机金等。正因为有这么多有益性质，使它有理由广泛用到最需要的现代高新技术产业中去，如电子技术、通讯技术、宇航技术、化工技术、医疗技术等。

    1、金在仪器仪表制造业的应用

    随着科学技术的发展，对各种仪器仪表的要求也越来越高。金在各种精密自动化仪器上的应用也越来越占有重要位量。

    工业用测量及控制设备上广泛使用以脉冲变线位移和角位移的绕线，电位计占有重要位置，电位质量是测量控制系统工作精度的决定因素。由于这个原因，往往要求这种设备在各种工业气氛的不同温度下长期工作。这是采用金或合金作为精密电位计关键材料的原因。

    在测试技术中应用的精密电位计的某些部分材料有很高的比电阻，以及小到接近于零的电阻温度系数，以致电阻在工作时是常数(保持常数的难度非常大)。金—钯 —铬合金、金—钯—锰合金、金—钯—钒合金、金—钯—铁合金除能满足上述要求外，在加工的机械性能、热稳定性等各方面都达到了较好的水平。

    工业上测量温度常采用热电偶和电阻温度计。热电偶是由两种不同成份的金属丝组成，由于测量点的冷端间的温度差引起能用毫伏计测量出的热电势，是基于温度的热电势的变化来测量温度的，因此对材料的热稳性要求是很严格的。

    金—钯合金常用做某种型号热电偶元件。金(40％)、钯和铂(10%)或铟铑配对时产生很大热电势，这种热电偶可在10000的空气中使用；在航空技术中控制温度，使用金(40％)钯和铑(10%)热电偶效果最好，甚至在1000经过1000小时后它的误差只有0.1—0.2度；用金(35％)钯合金钱做负极．用钯（83%）、铂(14%)，金(3％)合金做正极，组成的热电偶用于测量涡轮喷气技术中的进口气体温度。如果用钯(55%)、铂(31%)、金 (14%，此处的金必须用纯金)的合金做正极效果更好。具有很高的的疲劳强度，可在900℃—1300℃长时间处于空气或氧化气氛下。

    在测量液氢范围低温时，测量的精确度是非常重要的。在很低的温度(4K以下)范围内测量温度时．采用金—钴和金—银制造的热电偶可用于测量4K—300K的温度范围。金的合金还用在水压表的测量材料上，如金—铝合金用于制作测静压下的水压计。

    2、金在电子工业中的应用

    众所周知，现代各项科学技术的发展都离不开电子工业，而且还占有重要地位，如电子信息、航空航天、仪表仪器、计算机、收音机、电视机、集成电路等，都是电子工业飞跃发展的结果，而电子工业与黄金及其它贵金属的应用是密不可分的。电子元件所要求的稳定性、导电性、韧性、延展性等，黄金和它的合金几乎都能一并达到要求。所以黄金在电子工业上的用量占工业用金的90%以上，而且用量在年年增长。

    3、金在电触点材料上的应用

    在现代化通讯系统、控制系统及电子计算机系统中，虽然其结构紧凑，器件微型化，但尚应保证进行必要检查的可能性。在这方面采取个别零件和元件可拆卸结构，在技术上是合理的。对可靠性和使用寿命提出更高的要求，自然提出研究新型触点的必要性与重要性。由于零件布置紧凑和单位体积的能量储备增大，在通讯系统中提高系统的有效性，在研制触点材料时必须考虑与周围环境相关的一些因素，如优良导电性，稳定的电阻以及优良的耐蚀性，可加工性，热稳定性等。由于金及金的合金具有上述优良性质，被广泛地应用于电于工业触点的制作。在长期的使用中，即使在多变的环境里，也能保证在微弱的电流转换及很小接触压力时具有优良的接触可靠性。

    金及金合金用在电触点材料的种类也在不断增多。如铆钉型复合电触点材料(根据GBll096—89)以贵金属及合金为复层，铜为基本材料制造的双金属复合触点；在低压电器，仪器仪表等产品中用作小型负荷的开关，继电器等的电触点；通信设备用触点材料[根据日本JIS　　 C2509—1965]；金银镍合金触点材料(根据美国ASTM标准 B477—92)用作滑动电触点，品种有薄板、带材、棒材和丝材；金钯合金材料(根据美国A5YM　　 B540—91)，包括带材、棒材和丝材；金合金触点材料(根据美国AsTN贴41—阳)一般被制成带材、棒材和丝材。

    由于金及金合金的可镀性、高塑性及良好的加工性能，可采用压制、电镀、包复、电沉积等方法制作各种不同类型、不同用途电触点，如用金—铂、金—铜、金—银—铟可制作通讯设备用触点、滑动触点；用金—镓制成的电话继电器触点，耐磨　　 而且能保证信号的传递：用金—钯制作高强度、耐腐蚀电触点；用金—铜—钯制作高弹性触点；金广泛用在铁磁合金制作的舌片触点(舌簧管)；采用弥散氧化物(0.05微米弥散颗粒状氧化钍)能明显的提高金的机械性能，这种材料耐热、抗氧化并　　 有较强的机械性能，可用于制作高温下工业用继 电器触点，金—铜—锌形状合金用作特殊用途导 线融触头。

    4、金在导电材料上的应用

    金丝、金箔、用金粉压制成的部件、金的合金、包金合金材料(如包金玻璃、包金陶瓷、包金石英)等被作为导体材料广泛用于电子设备、半导体器材和微型电路中做导体材料。如半导体集成电路的制作，半导体集成电路引线框架是用引线框架材料经高速冲床冲制而成，合格的引线框架经清洗、局部镀金(镀金层厚度不小于1 微米)、装入芯片、键合引线、封装等工序才能制成半导体集成电路。金和金合金用于电子行业作内引线和外引线，如半导体器件键合金丝(根据GB／T8750 —1997)。

    5.金在金基焊料上的应用

    金基焊料有许多宝贵的性质，仅仅是因为金的价钱昂贵而限制了它的工业中的大量应用。随着电子工业、真空技术、原子能装置、飞机及火箭用的喷气发动机、宇航装置等新结构材料研制工作的发展，金基焊料的应用范围变得更为宽广了。

    金基焊料的性质要求主要是湿润性能、焊接的强度、耐热性、耐蚀性、溅射性及工艺性能。

    电子工业是金—铜焊料的主要用户，用于焊接波导管、集成电路、半导体电子管、无线电设备、真空仪表。金铜共熔型合金流动性好，充填小缝隙的能力强，对铜、铁、镍、铝、锰、钨等金属及合金都有很好的润湿性。与焊接金属有节制的相互间的化学作用，不破坏焊缝的尺寸，不造成焊接件强度下降。当焊接真空焊缝时，在低气压下金铜焊料不会出现任何问题。金铜焊料还用于钎焊大功率磁控管的大多数零件，可焊接铜、锰、镍、黄铜、孟奈尔等合金零件。这样的焊料加入1％的铁，可防止与有序化有关的组织变化及体积的变化。在加入具有低气压的铟时可明显地降低金铁焊料的液相线温度。

    在电子工业中很多情况下，钎焊零部件时使用共熔的或接近共熔的金镍焊料，具有结实的焊缝及抗蠕变的稳定性，加铬有抗氧化性，广泛用于航空及火箭技术中，在高温下要求有高强度的焊接。

    在半导体集成电路装配中广泛采用金基焊料做钎焊。为了改善半导体仪表导热，将其安装在金属底板上。因为半导体材料具有固定形式(n型P型)的传导性，则焊料也必须有同样形式的传导性，具有p型的焊接是采用IIIA族元素配制的，如金—硼、金—铟、金—镓等。具有n型的焊料则采用VA族元素配制的，如金— 砷、金—锑等。也采用具有易熔共晶的传导性的焊料。具有特殊传导性的金基焊料在半导体间具有良好的电接触，而低熔点保证了它在钎焊过程中的工艺性能。

    6、金在电子浆料上的应用

    1960 年兴起的集成电路发展甚快。1967年和1977年先后有大规模集成电路和超大规模集成电路问世。集成电路不仅成了各种先进技术的基础．而且是现代信息社会的关键技术，它的发展带动了贵金属粉末在微电子工业中大规模应月，使贵金属电子浆料成为微电子工业的重要基础。电子浆料常用金粉、银粉、铂粉、纪粉等等。各种浆料用粉粒度大约在0.1微米—100微米，但大部分在0.5微米—5微米，浆料贵金属粉末形态大多是球状、片状、鳞片状。采用化学或有机化合物的分解、化学还原法，满足高密度、高信赖度、高重现性等高品质的要求。浆料用贵金属需用量很大，例如新型片式电子元件中所需电极浆料、多层布线导体浆料、印刷电路板导体浆料、电磁屏蔽膜浆料等。按1999年世界片式电子元件产量估篡，单是这一类元件所需贵金属粉末就达1000吨。

    7、金在字航工业中的应用

    金在宇航工业中的应用也在不断的发展和开拓之中，其速度之快令人惊讶。金以它的抗腐性、抗热性，优良的导热、导电性．独特的化学性质在宇航领域中占有重要位置。

    金在宇航工业中的应用量大、范围广。从航天器、运载工具的制造到宇航的系统控制等，都离不开信息、测量、遥感、定位、计算机、摄影、仪表等各方面的器材，而其中成千上万的电子元件、仪表、特殊材料又都离不了金。

    低蒸气金基焊料用于焊接电子元件的真空密闭隙缝和熔接宇航工业中的各种部件。如用在宇航装置的燃料部件上，采用金—镍焊料钎焊了美国”阿波罗”登月飞船发动机的燃料导管，用它钎焊了1046条直径为4.7毫米——50.8毫米、壁厚为0.1毫米—0.5毫米的不锈钢管缝。只有使用这种焊料可保证过氧化氮 ——火箭燃料氧化剂相互作用的稳定性。这种焊料也用在了美国“魔鬼—5”导弹的一级发动机的装配中。

    镀金用在各种宇宙仪表上防止太阳的辐射。“阿波罗”的—些宇宙飞船上的零件和宇宙飞行员的装备也是为了这一目的而镀了金。由于金具有高反射率兼低辐射率的特殊性能，所以金往往用在防止幅射的场合，如喷气式发电机油嘴，宇宙装置燃料部件及热反射器。金也用在喷气发动机和火箭发动部件涂金防热罩或热遮护板。美国一公司研制了一种在飞机发动机外壳上喷镀黄金的方法，喷镀层的厚度不超过过0.04微米，这使得这种发动机的性能大大提高。抗辐射、耐高温、不腐蚀的金铂合金用于喷气式发动机、火箭、超音速飞机引擎火花室材料。

    8、金在润滑材料上的应用

    近二三十年来，摩擦学的研究重点发生了明显的转变，即从润滑和润滑系统转向材料科学和技术(包括表面工程)的研究。由于现代工业技术的发展，特别是航天工业空间技术的发展．它们的许多工况条件已经超越了润滑脂的使用极限这就促使人们去寻找新的润滑材料以适应更为复杂的工作环境，并为机械设备实现大型化、微型化、高速、重载和自动控制等创造了有利条件。为实现新工艺、新技术、应用新材料创造了有利条件。为机械零件设计的革命提供了很大的方便。同时还可减少繁杂而讨厌润滑维修问题，也给现场的文明清洁创造了有利条件。

    我国和世界各国从20世纪50年代末开始研究固体润滑材料，60年代初在一些国防和军事工程上就得到了满意的应用效果。而金和它的合金在固体润滑材科上有了自己的地位。

    固体润滑是用固体微粉，薄膜或复合材料代替润滑油脂，隔离相对运动的摩擦面以达到减摩和耐磨的目的。随着现代科学技术的进步，为解决高负荷、高真空、高低温、强辐射和强腐蚀等特殊工况下机械的润滑，固体润滑材料已从单一的微粉、黏结膜或单元的整体材料发展成为由多构成分组成的复合材料。其作用机理和使用方法的研究也得到了迅速的发展，并出现了许多制备和应用这些材料的新工艺新技术。固体润滑材料中的金属基软金属润滑材料分为基材组元、润滑组元和其它组元。而润滑组元中金及金的合金以它在各力面的特性成为高级固体润滑材料软金属类的—个重要成。在压力加工、辐照、真空和高温度等条件下，具有良好的润滑效果。近代被用作航天航空工业。

    摩擦材料理论表明，表面能可以影响材料的表面流动压力。软金属黏着在基材表面上，只要有零点几个微米厚的膜就能起到润滑作用。当与对偶材料发生摩擦时，软金属膜便向对偶材料表面转移，形成转移膜使摩擦发生在软金属与转移膜之间。这种现象是基于软金属的剪切强度低，而软金属与基材间的黏着度又大于软金属的极限剪切强度。金、银、锌等软金属的润滑作用就属于这种机理。其中金是最佳的固体润滑剂中软金属材料。用它制成的固体润滑材料被用作在真空及些不良气氛条件下运转的机械润滑。　　金可以通过复合电积沉法制成固体润滑的复合材料，由复合电积沉法制备的镀层有良好的综台性能。如金—铜—镍—MoS2E四组元自润滑复合镀层具有摩擦系统耐磨性好好、防冷焊、导电和耐高低温等优点。　　 离子镀是物质以原子态沉积成膜的制备方法，可以获得性能优异的减摩耐磨和抗接触疲劳。利用离子镀中最常用的热蒸发空心阴极离子镀(HCD法)和活性反应离子镀(ARE法)可在材料表面镕覆一层金属合金、化合物等硬质耐磨镀层。金的合金TiC—Au就可以通过ARE法可获得耐磨性能良好的镀层。用于高精度、长寿命的陀螺仪常平轴承的润滑。

    溅射是在真空中借助于电场作用下的高能等里子将物体直接镀覆于基材表面的成膜方法，所获镀层纯度高、结合牢固致密，而且膜厚可控制，摩擦性能良好。目前研究较多的是溅射MoS2与金属共溅射。其中在lCr—18Ni—9Ti基材才上共溅射MoS2—Au膜与上述基材对摩，发现有较好的耐磨性。

    金的固体润滑剂与其它特种固体润滑剂的出现，弥补了轴承材料不足以及润滑脂性能的缺欠。满足了航空航天和其它新产品在苛刻条件下润滑的需要。如在人造卫星上天线系统、太阳能电池帆板机构、红外线摄像自润滑轴承、光受仪器的驱动机构、温度控制机构、星箭分离机构及卫星搭载机构、导弹防卫系统、原子能机械系统等。

    9、金在化学工业上的应用

    核化工和化学工业使用金的合金制作特使管、板、线等材料，以达到防腐蚀、防辐射、耐高温等要求。

    金—铂合金以其高耐蚀性和高强度而用于制作生产人造纤维的喷丝头；含3%钯的金合金以及含钯20%的金合金用在捕收铂的催化剂的生产上。一般认为，金是所有金属中活性最低的催化剂。金的催化活性低，是由d亚层电子全充满决定的。因此，金不能化学吸附小分子，也不能作催化剂。过去人们认为金及金的化合物催化作用的领域里是最没用的。但现在经过对金的研究、已经大大地改变了这一看法。研究结果表明，用附着在氧化铝或氧化硅载体上的高分散微粒金可对有机化学加氢的作用起到最好的催化作用，其机理是金的微粒在某些载体上金晶体变得电子不足，其性质与周期表中较前的元素相似；高分散的金微粒具有铂族元素的性质。研究证朋．在超真空下制得的金膜能有特殊的催化作用，并能使氢和氘交换。金还是碳氢化合物异构化与裂解化的催化剂，某些氧参与的反应用金也可以催化。如氧化丙烯成丙烯氢化物、氧化甲醇成甲醛系。另外，金也可以改善其它金属的催化性能，通常金能减缓催化，但能提高催化反应的专属性，如将金加到铂或铱催化剂表面上，可增强其选择性，催化异丁烷的异构化，这时能降低氢解反应进行。一种金钯催化剂比单—钯催化剂对阿尔法—蒎烯到贝他—蒎烯的异构化作用乙烯到乙醛的氧化反应具有更好的专属性。另外，金还有强化偿化剂的作用，可以说金在催化作用上由一钱不值到一举成名。金可膜催化材料、纳米催化材抖、胶体催化材料及不对称催化材料等。

    10、金在光学上的应用

    金的光学性能有它独特的性质。金对某些光有极高的性能。金有吸收x射线的本领，含有其它元素的金合金能改变与波长有关的光学性质。金在光学上的应用也是其它元素代替不了的。光亮镀金作为航天器的稳控镀层，对于控制航天器内部仪器、部件的温度起到良好的效果。这主要在于它对宇宙间的红外线具有良好的散射和反射性。保护宇航人员及设备不受宇宙射线的损害。

    由于金可改变金合金的波长，所以可改变各种金属元素的颜色。可以利用金的这一特性通过某种涂层达到光学的特殊要求。金被用在特殊用的光学玻璃上。例如，用金来对某种玻璃做金属处理(镀有0.13微米薄膜)所制造出的特种玻璃，可在炎热的夏季里将红外线反射回去，使室内相当凉爽。这种薄膜在反射光中呈褐色，而在入射光线中呈天蓝色。如果使电流通过这种玻璃，玻璃便会获得透明不污的性能。一些飞行器、汽车、船舶、电机车等使用这种镀金的了望玻璃，这种玻璃一年四季都适用。美国加利福尼亚大学研制成的汽车特殊风档玻璃的镀金方法，镀层可以薄到对破璃透明度毫不影响，而且冬季可以用电加温不结水气不结冰，夏季可以防止太阳晒。

    用金作成荧光粉(ZnS：Cu+Zn；Au、AI)用于彩色显象管绿基色显示。这种粉末为淡黄绿色，在阴极射线或365nm紫外线激发下发黄绿色光。

    科学家阿部敦对金超微粉颗粒红外线反射膜材料的研究做过很具体的工作，得到了启发性的结果。集束的红外线95%以上破吸收并转变成热能，所以可将热电势检测出来。其在空气中灵敏度为95v／w，在真空中700v／w，响应速度为30ms。这一基础的研究将金用于光、电、热的转换及对光、电、热的检测有着非常重要的意义。用光电转换电池、光电化学和吸收光后的热转换电池进行太阳能发电，金与其他贵金属是制造电极或光敏材料的重要材料。

    11、金在医学方面的应用

    金在医学上的应用可追溯到古代。自古以来，人们一直认为服用金可以医治百病。公元13世纪，当时人们服用的“金饮料”被称为万能药。民间他有用金箔为小儿压惊；金还被用作镶牙的材料。近代由于金的化学理论的发展和医学上临床的研究，从理论到临床，金已在医学上得到应用。

    金的一价巯基化合物 (金诺芬)主要用于治疗风湿性关节炎。硫代苹果酸金(J)“金药”在正常处治过程的治疗浓度范围内，对根治文原体[Mycoplanma]和利斯曼原虫病引起的病变有抗菌治疗的效果。对金在医学领域的研究颇为有兴趣的是观察到[AuCl]—与脱氧核糖核酸(DNA)形成配合物。显然，这是DNA中嘌呤碱与密啶碱的氮原于配位；Au(III)的类似配合物，原则上能抑制细胞分裂，表明Au(III)配合物可能具有抗癌特性；人们也知道硫代苹果酸金(I)能阻止绵羊淋巴细胞中DNA的合成。金在这一新的领域中特大有希望，有可自在生命科学上取得惊人的成就。

    金的放射性同位素在放射疗法中被中被应用。金能以颗粒形式或胶体形式被放在照射区中。胶体金(198Au)用于放射治疗胸膜或腹膜的渗出物和膀胱癌，即用在需要不溶性放射药物均匀照射不规则的表面时；胶体金也被用于各种诊断目的，例如骨髓扫描或肝脏与肺脏造影，即将胶体金装满要研究的器官后，再用闪烁照相法进行观察；金箔用于烧伤皮肤的治疗；金蒸汽激光用于胃癌、肺癌的治疗。

    金在近代的前沿科学上有了突破性的进展，如金在生物传感器上的应用。我国科研工作者唐芳琼等人采用酶与金的纳米颗粒简单混合，通过戊二醛与聚丙烯醇缩丁醛(PVB)发生交联，然后把一根半径0.5毫米的铂丝浸到这种溶液(凝胶溶液)中作为电极，发现含有金属纳米金颗粒的生物传感器的电流响应用得到大大提高。这种生物传感器在临床医学、信息产业等方面都有极其重要的用途，是当前前沿科学研究的热点之一。黄金的溶液也可使细胞内部染色，籍以观察细胞在动物器官中的情况,在以人类健康为目的的医学生物研究中，金与它同数贵金属的元素具有高度化学稳定性、良好的生物相容性和适中的力学性能。因此是重要的人工器脏材料和外科种植材料，用金及贵金属制造的微探针探索神经系统的奥秘已取得显著效果。如神经的修复、心脏起搏器等都使用金和贵金属及合金材料。