金屬鈦介紹 |
| 發表時間：2012-1-21 |
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金屬鈦介紹 鈦是一種化學元素，化學符號Ti，原子序數22，是一種銀白色的過渡金屬，其特征為重量輕、強度高、具金屬光澤，亦有良好的抗腐蝕能力(包括海水、王水及氯氣）。由于其穩定的化學性質，良好的耐高溫、耐低溫、抗強酸、抗強堿，以及高強度、低密度，被美譽為“太空金屬”[2]。鈦于1791年由格雷戈爾(William Gregor）于英國康沃爾郡發現，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）[4]。 鈦能與鐵、鋁、釩或鉬等其他元素熔成合金，造出高強度的輕合金，在各方面有著廣泛的應用，包括航天(噴氣發動機、導彈及航天器）、軍事、工業程序(化工與石油制品、海水淡化及造紙）、汽車、農產食品、醫學(義肢、骨科移植及牙科器械與填充物）、運動用品、珠寶及手機等等。[4]。 鈦最有用的兩個特性是，抗腐蝕性，及金屬中最高的強度－重量比[7]。在非合金的狀態下，鈦的強度跟某些鋼相若，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]。鈦的化學性質及物理性質和鋯相似，這是因為兩者的價電子數目相同，并于元素周期表中同屬一族。 化學性質 鈦的特性中，最為人稱道的就是它優良的抗腐蝕能力——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圖指出鈦在熱力學上是一種活性很高的金屬，但是它與水及空氣的反應是非常緩慢的。
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，會生成一層鈍氧化物保護膜，阻止氧化持續[4]。在最初形成時，保護層只有一至二納米厚，但會緩慢地持續增厚;四年間可達25納米厚[18]。但當鈦被置于高溫空氣中時，便很容易與氧產生反應[4]。 這個反應在空氣溫度達1200攝氏度時便會發生，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，因為在到達熔點前鈦會先燃燒起來，所以只能在惰性氣體或真空中熔化鈦。在550攝氏度時，鈦會與氯氣結合[5]。鈦亦會與其他鹵素結合，并吸收氫氣[6]。 鈦也是少數會在純氮氣中燃燒的元素，達800攝氏度就會燃燒起來，生成一氮化鈦，導致脆化[19]。 實驗指出，天然鈦在受到氘核轟擊后會具有放射性，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度－密度比[9]、優良的抗腐蝕性[5]、抗疲乏性、抗裂痕性[54]及能夠在沒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、航天器與導彈[5][6]。在這些應用中，鈦與鋁、釩及其他元素所制成的合金，用于制造各種元件，包括關鍵的架構部件、防火墻、起落架、排氣管(直升機）及液壓系統。事實上，約三分二的鈦金屬生產量被用于制造航天器引擎及構架[55]。SR-71“黑鳥”是最早在架構上廣泛使用鈦的機體，為現代軍用及商用機體的鈦應用鋪好了路。據估計，生產波音777要用59噸鈦，波音747要44噸，波音737要18噸，空中客車A340要32噸，空中客車A330要18噸，空中客車A320要12噸。空中客車A380可能要用146噸，其中引擎要26噸[56]。在引擎應用上，鈦被用于轉子、壓縮機葉片、液壓系統元件及短艙。在航空應用的鈦合金中，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、釣魚線及潛水用刀。鈦被用于制造海洋監視部署的住房及其他元件，及用于以及科學用或軍用的監察儀。前蘇聯研發出主要用鈦制造潛艇的技術 |
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