金屬鈦介紹 |
| 發(fā)表時(shí)間：2012-1-21 |
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金屬鈦介紹 鈦是一種化學(xué)元素，化學(xué)符號(hào)Ti，原子序數(shù)22，是一種銀白色的過(guò)渡金屬，其特征為重量輕、強(qiáng)度高、具金屬光澤，亦有良好的抗腐蝕能力(包括海水、王水及氯氣）。由于其穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，良好的耐高溫、耐低溫、抗強(qiáng)酸、抗強(qiáng)堿，以及高強(qiáng)度、低密度，被美譽(yù)為“太空金屬”[2]。鈦于1791年由格雷戈?duì)?/span>(William Gregor）于英國(guó)康沃爾郡發(fā)現(xiàn)，并由克拉普羅特(Martin Heinrich Klaproth）用希臘神話的泰坦為其命名。 鈦被認(rèn)為是一種稀有金屬，這是由于在自然界中其存在分散并難于提取。但其相對(duì)豐度在所有元素中居第十位。[3] 鈦的礦石主要有鈦鐵礦及金紅石，廣布于地殼及巖石圈之中。鈦亦同時(shí)存在于幾乎所有生物、巖石、水體及土壤中[4]。從主要礦石中萃取出鈦需要用到克羅爾法[5]或亨特法。鈦最常見(jiàn)的化合物，二氧化鈦可用于制造白色顏料[6]。其他化合物還包括四氯化鈦(TiCl4)(作催化劑及用于制造煙幕或空中文字）及三氯化鈦(TiCl3)(用于催化聚丙烯的生產(chǎn)）[4]。 鈦能與鐵、鋁、釩或鉬等其他元素熔成合金，造出高強(qiáng)度的輕合金，在各方面有著廣泛的應(yīng)用，包括航天(噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、導(dǎo)彈及航天器）、軍事、工業(yè)程序(化工與石油制品、海水淡化及造紙）、汽車(chē)、農(nóng)產(chǎn)食品、醫(yī)學(xué)(義肢、骨科移植及牙科器械與填充物）、運(yùn)動(dòng)用品、珠寶及手機(jī)等等。[4]。 鈦最有用的兩個(gè)特性是，抗腐蝕性，及金屬中最高的強(qiáng)度－重量比[7]。在非合金的狀態(tài)下，鈦的強(qiáng)度跟某些鋼相若，但卻還要輕45%[8]。有兩種同素異形體[9]和五種天然的同位素，由46Ti到50Ti，其中豐度最高的是48Ti(73.8%)[10]。鈦的化學(xué)性質(zhì)及物理性質(zhì)和鋯相似，這是因?yàn)閮烧叩?span>價(jià)電子數(shù)目相同，并于元素周期表中同屬一族。 化學(xué)性質(zhì) 鈦的特性中，最為人稱道的就是它優(yōu)良的抗腐蝕能力——它的抗蝕性幾乎跟鉑一樣好，鈦不受稀硫酸、稀鹽酸、氯氣、氯溶液及大部份有機(jī)酸的腐蝕[5]，但仍可被濃酸溶解[16]。雖然以下的電位-pH圖指出鈦在熱力學(xué)上是一種活性很高的金屬，但是它與水及空氣的反應(yīng)是非常緩慢的。
在純水、高氯酸或氫氧化鈉中的鈦電位-pH圖[17] 鈦在曝露在高溫空氣中時(shí)，會(huì)生成一層鈍氧化物保護(hù)膜，阻止氧化持續(xù)[4]。在最初形成時(shí)，保護(hù)層只有一至二納米厚，但會(huì)緩慢地持續(xù)增厚;四年間可達(dá)25納米厚[18]。但當(dāng)鈦被置于高溫空氣中時(shí)，便很容易與氧產(chǎn)生反應(yīng)[4]。 這個(gè)反應(yīng)在空氣溫度達(dá)1200攝氏度時(shí)便會(huì)發(fā)生，而在純氧中最低只需610攝氏度，生成二氧化鈦[9]。因此不能在空氣中熔掉鈦，因?yàn)樵诘竭_(dá)熔點(diǎn)前鈦會(huì)先燃燒起來(lái)，所以只能在惰性氣體或真空中熔化鈦。在550攝氏度時(shí)，鈦會(huì)與氯氣結(jié)合[5]。鈦亦會(huì)與其他鹵素結(jié)合，并吸收氫氣[6]。 鈦也是少數(shù)會(huì)在純氮?dú)庵腥紵脑兀_(dá)800攝氏度就會(huì)燃燒起來(lái)，生成一氮化鈦，導(dǎo)致脆化[19]。 實(shí)驗(yàn)指出，天然鈦在受到氘核轟擊后會(huì)具有放射性，主要釋放出正電子及硬性γ射線[5]。 航天及航海由于它的高抗拉強(qiáng)度－密度比[9]、優(yōu)良的抗腐蝕性[5]、抗疲乏性、抗裂痕性[54]及能夠在沒(méi)有蠕變的情況下抵受適度高溫，鈦合金被用于航空器、裝甲敷板、海軍艦只、航天器與導(dǎo)彈[5][6]。在這些應(yīng)用中，鈦與鋁、釩及其他元素所制成的合金，用于制造各種元件，包括關(guān)鍵的架構(gòu)部件、防火墻、起落架、排氣管(直升機(jī)）及液壓系統(tǒng)。事實(shí)上，約三分二的鈦金屬生產(chǎn)量被用于制造航天器引擎及構(gòu)架[55]。SR-71“黑鳥(niǎo)”是最早在架構(gòu)上廣泛使用鈦的機(jī)體，為現(xiàn)代軍用及商用機(jī)體的鈦應(yīng)用鋪好了路。據(jù)估計(jì)，生產(chǎn)波音777要用59噸鈦，波音747要44噸，波音737要18噸，空中客車(chē)A340要32噸，空中客車(chē)A330要18噸，空中客車(chē)A320要12噸。空中客車(chē)A380可能要用146噸，其中引擎要26噸[56]。在引擎應(yīng)用上，鈦被用于轉(zhuǎn)子、壓縮機(jī)葉片、液壓系統(tǒng)元件及短艙。在航空應(yīng)用的鈦合金中，鈦6AL-4V占幾乎50%[57]。 由于不易被海水腐蝕，鈦被用于制造螺槳軸、索具及用于海水淡化廠的換熱器[5];還被用于咸水水族館的冷熱水器、釣魚(yú)線及潛水用刀。鈦被用于制造海洋監(jiān)視部署的住房及其他元件，及用于以及科學(xué)用或軍用的監(jiān)察儀。前蘇聯(lián)研發(fā)出主要用鈦制造潛艇的技術(shù) |
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