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鈦的用途是什麽?

元素鈦是壹種過渡金屬,過去很長壹段時間都被認為是稀有金屬。自20世紀40年代以來,鈦及其十億種化合物被廣泛應用於飛機、火箭、導彈、人造衛星、宇宙飛船、軍艦、軍事工業、醫療保健和石油化工等領域。科學家預測,在21世紀,鈦將是冶金工業中最重要的產品之壹。

在使用金屬的歷史過程中,經歷了銅、鐵、鋁之後,第四種會被廣泛使用的金屬元素是什麽?這種金屬被科學家預測為鈦。這是因為鈦具有熔點高、硬度高、可塑性強、密度小、耐腐蝕等優點。

鈦是英國牧師格雷戈爾在1791年發現的。1795年,馬丁和克拉普洛特在分析壹種金紅石時,意識到這種礦石是壹種金屬氧化物,並將其命名為鈦。因為鈦很容易與普通金屬形成合金,在發現鈦後的許多年裏,許多人試圖將它從其化合物中分離出來,但都沒有成功。直到1910,美國化學家亨特才提純出TiCl4。

鈦看起來像鋼,有銀灰色的光翻譯。鈦的強度大,鈦合金的抗拉強度達到180kg/mm3。鈦的特點是硬度低(4.51g/cm3),熔點高(1675℃)。高純鈦塑性好,但有雜質存在時變脆變硬。在室溫下,鈦不與氯氣、稀硫酸、稀鹽酸和硝酸反應,但能被氫氟酸、磷酸和熔融堿腐蝕。鈦容易溶解在HF+HCl(H2SO4)中。鈦最突出的性能是耐海水腐蝕能力強。有人把壹塊鈦沈入海底,五年後看了壹眼。很多小動物和海洋底棲生物都附著在上面,但是它壹點也沒有被腐蝕,還閃閃發光!

鈦具有性能優越、儲量大的特點(約占地殼總重量的0.42%,居金屬世界第七位,含鈦礦物70多種,海水中含量為1ug/L,海底結核中也有大量鈦)。目前,鈦的用途發展迅速,已廣泛應用於飛機、火箭、導彈、人造衛星、航天器、船舶、軍工、輕工、化工、紡織、醫療和石油化工等行業。

非常細的鈦粉是火箭的好燃料;鈦的耐腐蝕性比普通不銹鋼強15倍,使用壽命比不銹鋼長10倍以上。在膠片底片和正片的生產中,需要強酸、強堿等多種藥物,嚴重腐蝕顯影設備。顯影設備裏的齒輪最多只能用幾個月。1980年,Xi安電影制片廠試用鈦,結果設備運行壹年多,齒輪壹點也沒腐蝕。

鈦在外科手術中的應用也非常引人入勝。目前外科接骨用的是不銹鋼,有個缺點就是骨頭愈合後取出不銹鋼片很痛苦。否則不銹鋼會因生銹而對人體有害。如果改用鈦“人造骨”,骨科技術將徹底改變。在頭部受損的地方,使用鈦板和螺釘。幾個月後,骨骼會在鈦板的孔和螺絲中重新生長,新的肌肉纖維會被包裹在鈦板上。鈦骨和真骨壹樣血肉相連,起到支撐和加固作用。因此,鈦被譽為“生物金屬”。現已應用於膝關節、肩關節、肋關節、顱骨、主動心臟瓣膜、骨固定夾等。

在煉鋼工業中,少量的鈦是很好的脫氧、脫氮、除硫劑。二氧化鈦是壹種叫做二氧化鈦的有價值的白色顏料。鈦白粉既有鉛白的隱藏性能,又有鋅白的持久性能。它是世界上最白的物質之壹。1克二氧化鈦可以把450多平方厘米的面積塗成白色。尤為可貴的是,二氧化鈦無毒。現在每年有幾十萬噸二氧化鈦用作顏料。

二氧化鈦因其熔點高,常被用來制作耐火玻璃、釉料、搪瓷、粘土、耐高溫實驗器皿等。

如何開發海水中的鈾資源是個大問題。海水中含有40萬噸鈾。1956以來,人們發現了壹種最有前途的鈾吸附劑——水合二氧化鈦。此後開發出壹套基於二氧化鈦的海洋提鈾技術,每克吸附劑達到吸附1mg鈾的水平。

四氯化鈦在潮濕的空氣中會放出大量的白煙。由於其特性,在軍事上常被用作人工氣霧劑。特別是在海洋中,有大量的水蒸氣。釋放四氯化鈦時,濃濃的煙霧像白色的長城,擋住了敵人的視線。

鈦酸鋇晶體廣泛應用於超聲波儀器和水下探測器。這是因為它在壓力下改變形狀時會產生電流;壹旦通電,它會再次改變形狀。將鈦酸鋇放入超聲波中,按壓時會產生電流,可以通過其產生的電流來測量超聲波的強度。相反,通過高頻電流可以產生超聲波。

在用黃金裝飾的工藝品和日用品中,由於硬度低,容易刺破和磨損,不耐用。在這些物質表面鍍上氮化鈦,外觀與鍍金幾乎壹樣,但比金和硬質合金更耐磨。這種塗層被稱為“永不耐磨”。

有機鈦聚合物可用作表面活性劑、分散劑、防水劑或防銹劑。

目前人類使用的四大系列儲氫金屬中,鈦系是其中之壹,也是比較便宜的壹種。但目前人類還沒有找到更理想的“儲氫金屬”。壹旦這個問題得到解決,人們就可以使用氫作為燃料。

“鈦飛機”可使飛機重量減輕5噸,載客量超過100人。在新型噴氣發動機中,鈦合金已占發動機總重量的25%;在最新的超音速飛機中,鈦幾乎占到了整個機體結構總重量的95%,所以沒有鈦合金很難研制出目前的超音速飛機。

由鈦制成的潛艇不僅比鋼制潛艇更耐用,而且可以下潛到更大的深度。鈦潛艇可以下潛到4500米以下,這是鋼潛艇無法逾越的極限。鈦做的軍艦、船不需要噴漆,在海水中航行幾年也不會生銹。因為鈦不是鐵磁性物質,所以不會被磁礦發現,這壹點在軍事上尤為重要。如果沒有鈦做的耐熱鋼,目前使用的常規武器步槍和機槍的壽命只能是前4.5秒。

利用鈦和鋯對空氣的強吸收性,可以除去空氣,從而產生真空。鈦鋯合金制成的真空泵只能抽十億分之壹的空氣。

鈦鈮合金是壹種理想的超導材料。清華大學利用光學幹涉原理和離子氮化鈦的處理,做出了清晰分明的山河水墨畫。

目前最常用的兩種不銹鋼中,工業上最常用的是Cr-Ni-Ti 18-8-1型(含Cr 18%,Ni 8%,Ti 1%)。

碳化鈦(TiC)很像碳化鐵,有金屬光澤。但是它比碳化鐵有更高的熔點和硬度。因此,具有實際應用價值。

鈦制器皿保存的食物色、香、味持久;鈦金炊具質輕不生銹,最科學衛生。

鈦合金制成的高壓容器可以承受2500個大氣壓的高壓。

鈦鎳合金被稱為“記憶合金”。這種合金被做成預定的形狀,然後只要稍微加熱,受到外力變形就能恢復原來的樣子。這種合金目前已應用於許多領域。比如美國阿波羅飛船上用的天線就是這種記憶合金;上海第壹醫學院附屬第九人民醫院已經將這種記憶合金用於女性絕育手術。此外,還可用於儀器、電子設備等領域。

目前,鈦廣泛應用的最大障礙是鈦難以冶煉。由於鈦的熔點高,冶煉鈦會在較高的溫度下進行,鈦的化學性質在高溫下會變得非常活躍,所以冶煉會在惰性氣體的保護下進行,不會使用含氧物質,這對冶煉設備和工藝提出了很高的要求。目前,大約70%冶煉的鈦用於制造飛機、導彈、宇宙飛船和人造衛星。

目前人類對鈦的應用只是壹個良好的開端,鈦金屬的未來是無限的,所以鈦被授予了“21世紀金屬”的稱號。