开启神奇金属科学之门（神奇金属钛上天入地）

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神奇金属“钛”上天入地,能用能吃!

“钛”以希腊神话中的巨型泰坦命名,是地球上最坚固的金属。大家可能多多少少都听说过“钛”这种金属,就目前而言,它价格昂贵,但它并不是稀有金属,只是由于开采和生产成本高。

你可能知道用钛金属制造的人工关节、高尔夫球杆或是潜水艇,但你知道在白色的蛋糕糖霜里也有钛吗?好吧,下面让我们来了解一下,关于这种以坚韧著称的金属的有趣故事吧!

01这种“神一般”的金属直到20世纪才被锻造出来

早在1791年,一位业余的英国矿物学家兼教堂牧师威廉·格雷戈,在康沃尔镇附近的一条小溪里发现了一些奇怪的黑色沙子。在这些黑沙中,部分沙子是有磁性的,格雷戈断定是氧化铁,但另外的物质则是个谜。当然,这肯定是另一种氧化物,但在当时英国皇家地质学会的教科书上可没有。

氧化钛粉末

1795年,德国化学家马丁·海因里希·克拉普罗斯再次发现了这种奇怪的氧化物,并以希腊神话中奥林匹亚人之前的神灵为其命名为氧化钛。尽管,纯钛是在18世纪末被发现的,但直到1910年,美国通用电气的化学家马修·亨特才从其氧化物中分离出纯钛。1910年,亨特在一个密封的“炸弹”中,研究出如何在高温高压下从氧化物中剥离这种银色金属。

02 它是地球上最轻最结实的金属

纯钛拥有地球上所有金属中最高的强度重量比。它和钢一样坚固,但轻了45%。

钛金属固件

这种超乎寻常的强度重量比,使得钛和钛合金(钛和其他金属的混合物)成为飞机发动机和机身、火箭、导弹甚至航天器的首选材料。现代工业中,任何离不开金属部件的设备,都需要尽可能坚硬和轻量化的材料供应。

钛合金发动机叶片

比如,空客A380飞机,世界上最大的客机,它的机体内就包含了高达77吨的钛。大部分都在其巨大的发动机中。多亏了20世纪30年代的一项名为“诺克斯工艺”的创新冶金技术,钛的商业锻造在20世纪40年代和50年代全面展开。首先应用在军用飞机和潜艇上(主要是美国和俄罗斯),然后在20世纪60年代,开始应用在商用飞机上。

03 钛更抗腐蚀

腐蚀是一种电化学过程,随着时间的推移会慢慢地破坏大多数金属。当金属暴露在氧气中,无论是在空气中还是在水下,氧气都会夺取电子,产生我们所说的金属“氧化物”。最常见的腐蚀性氧化物之一是氧化铁,就是铁锈。

但并不是所有的氧化物都能使底层金属受到腐蚀。例如,钛的表面就覆盖着一层薄薄的二氧化钛(TiO2),这实际上反而保护了底层钛免受任何类型的腐蚀,包括电化学腐蚀、微生物腐蚀和应力腐蚀。

钛的天然防腐性能使其不仅是飞机的理想材料,而且还是暴露在高腐蚀性海水中的海底部件的理想材料。船舶的螺旋桨几乎都是由钛材料制成的,船舶的内部压载和管道系统以及暴露在海水中的船上硬件也是如此。

04 钛可以植入人体的各个部位,从头到脚

保护钛免受腐蚀的二氧化钛薄层,也使其成为植入人体最安全的材料。钛是完全“生物相容的”,这意味着它无毒,不会引起过敏和排异反应,甚至可以与人体组织和骨骼融合。

钛合金颅骨板

钛是骨骼和关节植入物、颅骨板、牙种植体根部、人工眼和耳钉、心脏瓣膜、脊柱融合甚至尿道狭窄的优良外科材料。研究表明,钛植入物会触发人体免疫系统直接在钛表面生长骨骼,这一过程称为骨整合。

钛合金人工髋关节

钛之所以成为髋关节置换术和骨折骨钉的首选材料,是因为钛具有无与伦比的高强度重量比,这使得人体植入物重量更轻,而且钛还具有与人类骨骼相同的弹性。

05 钛在体育运动器材上大显身手

20世纪末,随着纯钛价格的下降,制造商开始为这种神奇的金属寻找更多的商业用途。钛的轻质和高强度使它非常适合制造运动用品。

钛合金高尔夫球杆

第一批钛制高尔夫球杆在20世纪90年代中期上市。比如,卡拉威生产的钛制的1号木球杆。与其它钢铁或木头材质的1号木相比,这些球杆价格不菲,但它们的成功促使其他体育制造商涉足钛金属。

钛合金公路自行车

现在,在任何对重量、强度和耐用性要求都很高的运动器材中,我们都可以找到钛金属。比如,网球拍、长曲棍球棒、滑雪板、自行车架、棒球棍、徒步旅行和登山器材、野营装备,甚至是专业赛马的马蹄铁。

06 白色颜料(包括蛋糕糖霜)中都含有钛

在全世界每年生产的630万吨钛中,只有5%用于锻造成金属,而绝大多数都被转化为二氧化钛。这种材料自然可以保护钛免受腐蚀。如今,二氧化钛在世界范围内被用作无毒的增白颜料,广泛应用于油漆、化妆品、药品和食品,包括白色蛋糕糖霜。

工业用钛白粉(氧化钛)

白色油漆过去是用含铅的颜料染色的,但一旦人们知道了铅对健康的影响,二氧化钛就顺利的取代了铅。事实证明,钛基颜料还有一些很酷的特性。房屋油漆工选择钛基白色涂料,是因为它们具有防腐蚀性和耐久性。

氧化钛还具有极强的折射性,使其具有比钻石更大的天然光泽,并产生一种特别明亮的白色色调。氧化钛也能反射红外光,这就是为什么钛基涂料总是被用在太阳天文台的外部,用以分散使图像模糊的红外光。

钛板装饰的博物馆

此外,一位名为弗兰克·盖里的建筑师,还采用了钛材料来装饰毕尔巴鄂古根海姆博物馆(Guggenheim Museum)的外观。整个博物馆使用了3.3万块钛板包裹,在不同的光线条件下,钛板的颜色和亮度会发生变化,使博物馆散发出令人惊叹的光彩。

07钛已经走入人类生活

2014年五江集团正式启动了全球首家钛全产业链生产企业的立项----总投资76亿元,从钛矿到两万吨海绵钛及钛加工、钛合金、钛民用生活品产业链环环相扣。“五江钛”用非常特别的方式给我们介绍了钛金属的外表的一种特性:

钛杯在不同温度下会氧化成不同的颜色

由于钛的氧化物在不同的温度下,会呈现出不同的颜色,这些漂亮的水杯都是钛金属呈现出来的金属颜色。钛本身具有抑菌的效果,是一个天然的杀菌器皿,因此也受到越来越多人的喜爱!

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