“未来的钢铁”——钛 “未来的钢铁”——钛:& nbsp& nbsp钛，元素符号是Ti 在人类发现的一百多种元素中，有八十多种是金属元素。 在有色金属中，钛属于稀有的高熔点金属。 & nbsp& nbsp& nbsp钛在地壳中的储量非常丰富。据科学家测定、计算和估算，其含量刚好超过地壳质量的千分之四。世界储量约34亿吨，在所有元素(氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢、钛)中排名第十。 钛广泛分布在矿石、沙子、粘土、煤、石油、植物和天然水中。陨石中也含有钛，说明地球以外的天体中也有钛。 看来钛资源丰富，分布广泛，所以人们称之为“不稀罕”的稀有金属。 & nbsp& nbsp& nbsp1791年，钛的发现者是格雷戈里(1762 ~ 1817)，英国分析化学家，康沃尔莫纳钦教堂的牧师。 有一次，他研究了一种产于英国默纳亨山谷的黑色磁性矿石，发现其中含有棕红色的矿渣粉(不纯的二氧化钛)。 他对此很感兴趣，并做了一些研究。 研究结果写成了论文，但当时并没有引起人们的重视。 1995年，德国矿物学家和分析化学家klaproth分析了产于匈牙利Buinik的红色金红石，他发现它看起来非常像Mernachen矿石。经过对比研究，他知道了这两种矿物的主要成分是相似的，只是梅尔那亨矿石含铁。 克拉普洛特确信这是一种新的金属氧化物，并好奇地将这种新元素命名为“钛”(Titanium)。这个名字引用了一个希腊神话故事:它说天地的第一个儿子叫泰坦。 因为钛在高温下非常活泼，能与氧、氮、氢、碳等元素结合形成相应的化合物，特别是与氧结合，形成非常稳定的氧化物。 因此，钛在自然界中几乎总是以氧化物的形式存在。 所以虽然很早就发现了钛，但是半个多世纪都没有办法做出金属钛。 1849年，德国化学家维勒(1800 ~ 1882)用氟钛酸钾加热钾，生产出不纯的钛。 目前冶炼钛的方法是将钛矿经过一系列处理后转化为四氯化钛，然后在惰性气体中用镁或钠还原生成海绵钛。 & nbsp& nbsp& nbspTiCl 4+2mg = Ti+2 MgCl 2 & nbsp；& nbsp& nbsp所得产品不能直接使用，还需要在真空空电弧炉中铸造成钛锭，加工成各种使用型材。 钛的性质、用途和生产方法与其他稀有金属相似，所以钛在稀有金属中的分类也就不难理解了。 & nbsp& nbsp& nbsp目前已发现的含钛矿物有100多种，除金红石外，还有白钛、钛铁矿和钙钛矿。 金红石其实就是纯二氧化钛，一般含有95%以上的TiO2。是提炼钛的重要矿物原料，但在地壳中的储量很少。 白钛矿含二氧化钛70% ~ 92%，钛铁矿和钙钛矿含二氧化钛较少，一般为35% ~ 52%。 钛铁矿和钙钛矿虽然二氧化钛含量较少，但储量很大，是生产钛和二氧化钛的主要原料。 中国盛产钛铁矿。 & nbsp& nbsp& nbsp从外观上看，钛与钢非常相似，但与钢相比，它具有许多优异的性能。 因此，钛可以成为一种发展迅速、应用广泛、效益巨大的金属。 目前，有人将钛称为“时尚金属”，也有人根据钛在工业中的重要作用及其未来发展趋势，将钛称为第三金属(第一金属指钢，第二金属指铝)和未来的钢。 & nbsp& nbsp& nbsp在飞机制造业中，要求制造中使用的材料既轻又坚固。 一般用比强度(材料的强度与比重之比)来表示。比例越大越好，钛正好满足这个要求。 钛的比强度是目前使用的材料中最大的，是不锈钢的3倍，铝合金的1.3倍。 因此，在飞机制造业中，我们非常重视钛。 随着航空空行业的发展，飞机的飞行速度越来越快。 速度越快，飞机与空空气之间的摩擦力导致的飞机表面温度就会越高。当速度达到2.2倍音速时，铝合金已经不能胜任，钢又太重，只能用钛合金。所以有人说，如果没有钛合金作为制造材料，不可能研制出2.5倍音速以上的超音速飞机。 【下一篇】& nbsp& nbsp& nbsp太空航行指的是火箭、人造卫星和宇宙飞船。 在太空旅行中，飞行速度比飞机快得多，工作环境变化大，对材料的要求也更高更严格。 比如用火箭把载人飞船送上月球，会经历从高温到超低温的过程。 当它回到地面时，它从超低温变成了高温。当航天器进入大气层时，航天器的表面温度上升到540℃ ~ 650℃ 制造航天器的材料必须适应如此剧烈的温度变化，而钛合金可以满足这些要求。 自1957年以来，钛材料被广泛应用于航天领域，主要用于火箭发动机外壳、卫星外壳、紧固件、燃料箱、压力容器等。还有飞船的舱体、骨架、内外蒙皮等。 在太空飞行中，使用钛可以大大减轻飞机的重量。 从经济效果来看，由于结构重量减轻，可以节省大量燃料，同时可以大大降低建造和发射火箭、导弹的成本。 & nbsp& nbsp& nbsp钛的耐腐蚀性很强，尤其是对海水的腐蚀性，堪比铂金。 有人曾经把钛泡在海水里四年半。取出后观察，几乎没有被腐蚀，仍保持原有的金属光泽。因此，钛是制造船舶的好材料。 钛作为一种耐腐蚀材料，自诞生以来就受到各国的高度重视。 例如，在美国，从1963年到1975年，用于耐腐蚀材料的钛的量增加了10倍。 在日本使用的钛中，90%用于耐腐蚀。 钛的耐腐蚀性比不锈钢高150倍 并且当钛暴露在空气体中时，其表面立即形成一层薄而稳定的氧化膜，具有特殊的耐腐蚀性。 (如果这层膜受到机械损伤，就会形成另一层膜。) 目前，国内外已用钛代替石墨用于电解槽。 目前，国外一些国家规定，为了安全起见，核电站必须使用全钛冷凝器。 在这方面使用的钛的量是相当大的。例如，一个发电量为60万千瓦的火力发电站需要60吨钛，而一个发电量为110千瓦的原子能发电站需要多达150吨钛。 & nbsp& nbsp& nbsp在合金钢中加入少量的钛可以大大改善钢的性能，提高其强度、韧性和耐腐蚀性。 例如，我们最常见的18-8不锈钢含有约1%的钛。 在有色金属的湿法冶金中，使用钛后取得了良好的效果。 比如金属镍的电解生产，已经用钛板代替不锈钢板做母板，母板只能用一年左右，而钛板可以用10年以上，使用寿命延长了10倍。 长期实验证明，钛对人体无毒，对人体分泌物无影响，适用于任何绝育方法，无磁性。因此，钛在国内外一直被用作骨科材料和医疗器械。 & nbsp& nbsp& nbsp超导材料是一种很有前途的未来材料。 由大约50% Ti和50% Nb制成的合金是目前研究和使用最多的一种超导材料。 铌钛合金占美国年产100多吨超导材料的90%。 人造钛酸钡(BaTiO3)具有特殊的性质，它具有高介电常数，并且由它制成的电容器具有大容量。 目前钛虽然比不锈钢贵2 ~ 3倍，但使用寿命一般比不锈钢高10倍以上。 也就是说，一次用钛有点贵，但毕竟经济实惠，因为使用寿命长。 预计在不久的将来，钛将像钢、铜、铝一样，成为我们日常生活中不可或缺的金属。 & nbsp& nbsp& nbsp中国丰富的钛资源为钛工业的发展提供了优越的条件，必将为钛在各个领域的广泛应用开辟光明的前景。
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