(一)鈦的性質

鈦(tai)的外觀與鋼(gang)(gang)極為相似，密(mi)度(du)(du)為4.51克／厘(li)米3，不足鋼(gang)(gang)的60％，是難熔金屬(shu)(shu)中密(mi)度(du)(du)最低的金屬(shu)(shu)元素。

鈦(tai)在常(chang)溫(wen)下的空氣中十(shi)分穩定。當加熱到400～550℃時，則在表面(mian)生成(cheng)一層牢(lao)固的氧化(hua)膜，起防止進一步(bu)氧化(hua)的保(bao)護(hu)作(zuo)用。鈦(tai)吸收(shou)氧、氮、氫的能力很強，這類氣體是(shi)對金(jin)屬鈦(tai)十(shi)分有害的雜質，即(ji)使含(han)量甚微(wei)(0.01％～0.005％)也能嚴重影響它的力學性能。

鈦的(de)(de)(de)力(li)學(xue)性(xing)(xing)質(zhi)即通稱的(de)(de)(de)機械性(xing)(xing)能與純度十分相關。高純鈦具有(you)優良(liang)的(de)(de)(de)機加(jia)工性(xing)(xing)能，延伸率、斷面收縮(suo)率均佳，但強(qiang)度低，不適合作(zuo)結構材料(liao)。工業純鈦含有(you)適量(liang)的(de)(de)(de)雜質(zhi)，具有(you)較高的(de)(de)(de)強(qiang)度和(he)可(ke)塑性(xing)(xing)，適宜制作(zuo)結構材料(liao)。

在鈦(tai)的(de)(de)化合物中以二氧(yang)化鈦(tai)(TiO2)最有實用(yong)價(jia)值。Ti02對人體呈惰性(xing)，無毒害，它具有一系列優(you)良的(de)(de)光(guang)學性(xing)質。Ti02不透明，光(guang)澤度與(yu)白(bai)度高，折射(she)率與(yu)散射(she)力(li)大，遮蓋力(li)強、分散性(xing)好，制(zhi)成的(de)(de)顏料(liao)為白(bai)色粉末(mo)，俗稱鈦(tai)白(bai)，應用(yong)甚廣(guang)。

(二)鈦的應用

1．鈦及其(qi)鈦合金的應(ying)用

致密(mi)金(jin)(jin)屬鈦(tai)由于(yu)質量輕(qing)，比(bi)鋁合(he)(he)金(jin)(jin)強(qiang)度(du)高(gao)(gao)，能在高(gao)(gao)溫下(xia)保(bao)持比(bi)鋁為高(gao)(gao)的強(qiang)度(du)而受到航(hang)空(kong)工業的高(gao)(gao)度(du)重視。鑒于(yu)鈦(tai)的密(mi)度(du)為鋼的57％，其(qi)比(bi)強(qiang)度(du)(強(qiang)度(du)／重量比(bi)或強(qiang)度(du)／密(mi)度(du)比(bi)皆稱比(bi)強(qiang)度(du))高(gao)(gao)，抗腐蝕、抗氧化、抗疲勞能力均強(qiang)，鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)的3／4用作(zuo)以航(hang)空(kong)結(jie)構合(he)(he)金(jin)(jin)為代表(biao)的結(jie)構材(cai)料，1／4主(zhu)要(yao)用作(zuo)耐蝕合(he)(he)金(jin)(jin)。

鈦合(he)金有低強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)高(gao)(gao)塑(su)性、中強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)和高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)之(zhi)分，為(wei)200(低強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang))～1300(高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang))兆帕，但大體(ti)上(shang)(shang)可以(yi)把鈦合(he)金看作(zuo)是高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)合(he)金。它們比被認為(wei)是中強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)的(de)(de)鋁合(he)金的(de)(de)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)為(wei)高(gao)(gao)，在強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)上(shang)(shang)已完全(quan)可以(yi)取代某些型號的(de)(de)鋼(gang)材。與鋁合(he)金在150℃以(yi)上(shang)(shang)的(de)(de)溫度(du)下強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)迅速下降相比，某些鈦合(he)金在600℃仍能(neng)保持良好(hao)的(de)(de)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)。

除強(qiang)度(du)外，按用途還可(ke)分(fen)為耐(nai)熱(re)、耐(nai)蝕(shi)、低溫及(ji)特殊(shu)功能(如(ru)TiNi形狀(zhuang)記(ji)憶合(he)(he)金(jin)(jin)、TiFe貯氫合(he)(he)金(jin)(jin))等(deng)鈦合(he)(he)金(jin)(jin)，按相組成可(ke)分(fen)為α、α＋β和β 及(ji)近(jin)α、亞穩定等(deng)數種類型。至(zhi)今(jin)投(tou)入生產的(de)(de)合(he)(he)金(jin)(jin)牌號(hao)已超(chao)過100種，工業上廣泛應用的(de)(de)只有10余種。其中作結構(gou)合(he)(he)金(jin)(jin)用的(de)(de)Ti-6Al-4V在(zai)鈦合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)整個銷(xiao)售市場中占60％，居(ju)主導地位(wei)，其次是Ti-5Al-2.5Sn，它(ta)的(de)(de)長期工作溫度(du)可(ke)達(da)500℃(強(qiang)度(du)為780～980兆(zhao)帕)。

但(dan)(dan)是(shi)，鈦(tai)有(you)兩個主要(yao)因(yin)素使這個資源豐富(fu)的(de)(de)元素不能成為常(chang)用金屬。首先是(shi)成本(ben)。按美(mei)(mei)國的(de)(de)市場價格，每磅(1磅=0.45千克)鈦(tai)錠(ding)坯8～12美(mei)(mei)元，鋁(lv)錠(ding)為1.00～1.30美(mei)(mei)元／磅，碳素鋼(gang)為0.20～0.40美(mei)(mei)元／磅。但(dan)(dan)主要(yao)因(yin)素是(shi)鈦(tai)本(ben)身(shen)的(de)(de)活性(xing)極強，很(hen)難處理。爐內氣氛(fen)必須嚴格控制(zhi)，焊(han)接(jie)須在(zai)惰(duo)性(xing)氣氛(fen)內進行。金屬鈦(tai)的(de)(de)活性(xing)高、熱(re)導率低、變形抗(kang)力大(da)、常(chang)溫可(ke)塑(su)性(xing)差，變形過程中(zhong)不但(dan)(dan)易(yi)與模具粘結(jie)(jie)，特(te)別在(zai)機加(jia)(jia)工(gong)(gong)時(shi)有(you)刀具和磨料粘結(jie)(jie)到熱(re)的(de)(de)加(jia)(jia)工(gong)(gong)表(biao)面的(de)(de)傾向，使標準結(jie)(jie)構(gou)件(jian)的(de)(de)制(zhi)造產生大(da)量廢鈦(tai)屑，即所謂的(de)(de)殘(can)鈦(tai)。一(yi)般鍛造鈦(tai)錠(ding)加(jia)(jia)工(gong)(gong)可(ke)產生70％的(de)(de)殘(can)鈦(tai)，有(you)時(shi)這一(yi)數字(zi)可(ke)高達90％。

為減少(shao)(shao)過高(gao)成(cheng)本(ben)造成(cheng)的負擔，一(yi)(yi)方(fang)面發展(zhan)了(le)殘鈦處理工(gong)(gong)(gong)藝(yi)，另一(yi)(yi)方(fang)面開(kai)發了(le)近凈(jing)(jing)成(cheng)形(xing)、超(chao)塑成(cheng)形(xing)、精密鑄造和(he)粉(fen)末冶金(jin)以及熱(re)等(deng)靜(jing)壓(ya)與擴散連接(jie)等(deng)高(gao)新技術(shu)。比如通過制粉(fen)、成(cheng)型、燒結(jie)或熱(re)等(deng)靜(jing)壓(ya)固結(jie)方(fang)法(fa)加工(gong)(gong)(gong)而成(cheng)的粉(fen)末冶金(jin)制品為近凈(jing)(jing)成(cheng)形(xing)件，材(cai)料利用率高(gao)達(da)80％，既降(jiang)低了(le)材(cai)料消(xiao)耗，又明顯減少(shao)(shao)了(le)切削加工(gong)(gong)(gong)量(liang)。又如大型薄壁精密鑄造技術(shu)在鈦合金(jin)中的應用，使鈦鑄件性能接(jie)近鈦鍛件，而成(cheng)本(ben)降(jiang)低50％左右。

鈦(tai)及鈦(tai)合(he)金的(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)消費領域(yu)首先是(shi)航(hang)(hang)(hang)空(kong)工業。20世紀80年(nian)代，美國航(hang)(hang)(hang)空(kong)工業用鈦(tai)占鈦(tai)材(cai)總用量的(de)(de)(de)74.8%，俄羅(luo)斯、英(ying)國等也主(zhu)要(yao)用于(yu)航(hang)(hang)(hang)空(kong)工業，日本90%的(de)(de)(de)鈦(tai)材(cai)用于(yu)民用工業。近年(nian)來，鈦(tai)材(cai)在非航(hang)(hang)(hang)空(kong)航(hang)(hang)(hang)天工業中的(de)(de)(de)應(ying)用不(bu)斷增加，航(hang)(hang)(hang)空(kong)航(hang)(hang)(hang)天仍居“主(zhu)打”地位。從(cong)1952年(nian)鈦(tai)在道格拉斯DC-7班機(ji)(ji)上(shang)用作(zuo)發動機(ji)(ji)短艙和隔火壁(bi)開始，至今許多飛(fei)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)結構件均已(yi)使用鈦(tai)合(he)金制(zhi)造(zao)(zao)。在波音757、超音速(su)SR-71黑(hei)鳥、F-22噴氣戰斗(dou)機(ji)(ji)、空(kong)間衛星和導(dao)彈(dan)上(shang)，鈦(tai)零(ling)件都起到極為關鍵的(de)(de)(de)作(zuo)用。如飛(fei)機(ji)(ji)內(nei)的(de)(de)(de)風(feng)扇圓盤、發動機(ji)(ji)葉片等均為鈦(tai)鑄件和鍛(duan)件制(zhi)造(zao)(zao)。

鈦的(de)(de)第(di)二(er)項應(ying)用(yong)(yong)領(ling)域則(ze)與利用(yong)(yong)其抗蝕能(neng)力相關。其中用(yong)(yong)量最大是作氯堿(jian)生產的(de)(de)電極(ji)材(cai)料。鈦陽(yang)極(ji)使用(yong)(yong)壽命為石墨陽(yang)極(ji)的(de)(de)10倍，使產能(neng)提高(gao)近1倍，節電15％。年(nian)產1萬噸(dun)苛性鈉，約(yue)需5噸(dun)鈦。

在(zai)(zai)航海業(ye)的(de)船(chuan)舶(bo)制造(zao)中，鈦(tai)(tai)曾有過昔日輝煌(huang)。前蘇(su)聯制造(zao)的(de)6～7艘3000噸級核潛艇(ting)(ting)中每艘用鈦(tai)(tai)量高達560噸(其(qi)阿爾法級潛艇(ting)(ting)的(de)鈦(tai)(tai)用量在(zai)(zai)908噸以上(shang))。近年來(lai)在(zai)(zai)海洋油(you)氣勘探(tan)與開發(fa)方面鈦(tai)(tai)則顯示了巨大的(de)威力，僅(jin)1997～1999年期間歐洲在(zai)(zai)北海油(you)氣開發(fa)方面就(jiu)投入了150億美元(yuan)，用于建造(zao)21個懸浮式生(sheng)產(chan)作(zuo)業(ye)船(chuan)和64個平臺。一個新平臺的(de)生(sheng)命安(an)全(quan)系統(tong)需50～500噸鈦(tai)(tai)，楔形(xing)應力接(jie)頭需50～100噸鈦(tai)(tai)，可伸縮升降器需400～1200噸鈦(tai)(tai)，固定升降器需1400～4200噸鈦(tai)(tai)。

在(zai)能(neng)源(yuan)工業中已知用(yong)鈦(tai)作發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)裝置的(de)(de)冷凝(ning)器和(he)熱(re)交換器，如我國(guo)(guo)臺州電(dian)(dian)(dian)廠、上海金山熱(re)電(dian)(dian)(dian)廠和(he)鎮海發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)廠的(de)(de)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)機組都(dou)選用(yong)了(le)鈦(tai)管(guan)冷凝(ning)器，用(yong)鈦(tai)量(liang)約700噸。秦山和(he)大亞灣核電(dian)(dian)(dian)站都(dou)選用(yong)了(le)全鈦(tai)冷凝(ning)器。近年(nian)來在(zai)地(di)熱(re)井地(di)熱(re)開發(fa)(fa)方面，鈦(tai)也(ye)大展風(feng)采(cai)(cai)，充分(fen)顯示了(le)自身的(de)(de)抗蝕(shi)能(neng)力(li)。在(zai)地(di)熱(re)鹵水的(de)(de)高(gao)溫腐蝕(shi)性環境中用(yong)作動力(li)蒸汽(qi)渦輪，其他材(cai)(cai)料皆(jie)因壽命(ming)短而(er)不得不被鈦(tai)取而(er)代之。用(yong)鈦(tai)的(de)(de)優點(dian)在(zai)于能(neng)提高(gao)采(cai)(cai)熱(re)的(de)(de)生產(chan)率和(he)地(di)熱(re)井的(de)(de)壽命(ming)。20世(shi)紀(ji)90年(nian)代開始美國(guo)(guo)在(zai)南加州Salton Sea地(di)區(qu)打了(le)一(yi)口溫度高(gao)達300℃的(de)(de)地(di)熱(re)井，至令已使(shi)用(yong)Ti-6Al-4V-0.1Ru合金熱(re)軋無縫管(guan)227噸。估(gu)計今后十年(nian)內世(shi)界各地(di)地(di)熱(re)開發(fa)(fa)的(de)(de)用(yong)鈦(tai)量(liang)可能(neng)達到2400噸。我國(guo)(guo)西藏地(di)區(qu)的(de)(de)羊八井電(dian)(dian)(dian)站如采(cai)(cai)用(yong)鈦(tai)材(cai)(cai)，其面貌將(jiang)大為改觀。

海洋油氣(qi)鉆探與地熱開發(fa)主(zhu)要(yao)使用(yong)Ti-6Al-4VELI、Ti-3Al-2.5V、Ti-6Al-4V-0.1Ru、Ti-3Al-2.5V-0.1Ru及含鉬Ti-38644(Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo)等合(he)金(jin)。船用(yong)緊(jin)固件使用(yong)Ti-5111(Ti-5Al-1Sn-1Zr-1V-0.8Mo)合(he)金(jin)。我國為適應海洋工程(cheng)的需(xu)要(yao)，也開發(fa)了Ti75、Ti31和Ti631等合(he)金(jin)。

據統計一臺20萬千瓦火力發電(dian)機(ji)組用(yong)鈦(tai)(tai)量(liang)(liang)為90噸(dun)，一座(zuo)核電(dian)站(zhan)用(yong)鈦(tai)(tai)量(liang)(liang)為80～100噸(dun)。可見能源與腐(fu)蝕等方面的用(yong)鈦(tai)(tai)量(liang)(liang)不容(rong)漠(mo)視。

高爾夫球、生物(wu)材料和汽車制造是(shi)鈦(tai)材三個極有希望(wang)的新的應用領域(yu)。

在(zai)(zai)運(yun)動(dong)與休閑(xian)領域，高爾夫球(qiu)(qiu)具用量(liang)的增(zeng)長頗富戲劇性，1993年(nian)鈦(tai)尚未進入這一(yi)領域，1997年(nian)用鈦(tai)量(liang)一(yi)下(xia)增(zeng)長到(dao)4000噸(dun)。原因是用鈦(tai)作球(qiu)(qiu)棒強度高、質地輕、擊球(qiu)(qiu)距離平均提高20～30碼(1碼=0.9144米)或(huo)15％。鈦(tai)球(qiu)(qiu)棒的出(chu)現使(shi)美國1998年(nian)內增(zeng)加了448個(ge)新球(qiu)(qiu)場。球(qiu)(qiu)員的數目達到(dao)2500萬(wan)人(接近于(yu)全世界(jie)的一(yi)半)。1994年(nian)只賣(mai)出(chu)500個(ge)球(qiu)(qiu)棒，1995年(nian)一(yi)下(xia)增(zeng)到(dao)19萬(wan)個(ge)，而到(dao)1997竟猛增(zeng)到(dao)172萬(wan)個(ge)。鈦(tai)在(zai)(zai)休閑(xian)運(yun)動(dong)領域大有用武之(zhi)地，諸(zhu)如在(zai)(zai)滑雪(xue)板、雪(xue)橇、冰斧(fu)、冰爪等爬山設施等方面。

鈦(tai)有極(ji)佳的(de)生物相(xiang)容(rong)性、低的(de)膨脹系數、高度(du)耐用性及無磁性，是極(ji)佳的(de)骨(gu)骼支撐材(cai)料(liao)。作為植(zhi)入的(de)髖關(guan)節其(qi)重量約(yue)為不銹(xiu)鋼的(de)一半，并(bing)且(qie)骨(gu)組(zu)織在(zai)(zai)生長時還(huan)可直接粘牢在(zai)(zai)鈦(tai)植(zhi)人體上。膝關(guan)節、義齒再造等也使用鈦(tai)合(he)(he)金(jin)。據統(tong)計，全世界每年(nian)醫學植(zhi)人的(de)用鈦(tai)量在(zai)(zai)600-1000噸之間。所用鈦(tai)材(cai)除Ti-6Al--4VELI(超低間隙氧)外，還(huan)開發了(le)無鋁(免除對腎和(he)肺的(de)毒害)Timetal 21SRx(Ti-2.75Nb-15.2Mo-0.34Fe-0.18Si-0.250)與Timetal 21S(Ti-2.9Nb-14-9Mo-0.09Fe-2.9Al-0.22Si-0.140)、Ti-6Al-7Nb等鈦(tai)合(he)(he)金(jin)。

低成本鈦(tai)(tai)的(de)生(sheng)產(chan)及鈦(tai)(tai)粉末加工技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展，已有可能將(jiang)(jiang)(jiang)鈦(tai)(tai)的(de)應用(yong)(yong)(yong)(yong)延伸到汽車(che)(che)行業。用(yong)(yong)(yong)(yong)鈦(tai)(tai)制(zhi)造(zao)的(de)彈簧已開(kai)始(shi)在(zai)(zai)一級(ji)方程式賽車(che)(che)上(shang)、競賽用(yong)(yong)(yong)(yong)摩托車(che)(che)以及最高(gao)級(ji)的(de)法(fa)拉利汽車(che)(che)上(shang)應用(yong)(yong)(yong)(yong)。估(gu)(gu)計不久在(zai)(zai)輕(qing)(qing)型汽車(che)(che)的(de)發(fa)動(dong)機(ji)閥(fa)門(men)、連桿、懸簧、排放(fang)系統及緊(jin)固件(jian)上(shang)將(jiang)(jiang)(jiang)獲(huo)得應用(yong)(yong)(yong)(yong)。估(gu)(gu)計鈦(tai)(tai)大(da)舉進入汽車(che)(che)市(shi)場將(jiang)(jiang)(jiang)從日本和美國(guo)(guo)開(kai)始(shi)。美國(guo)(guo)每(mei)年能夠生(sheng)產(chan)1600萬輛轎車(che)(che)和輕(qing)(qing)型卡車(che)(che)，日本本田公司(si)1998年下半年已先(xian)期(qi)將(jiang)(jiang)(jiang)鈦(tai)(tai)閥(fa)門(men)用(yong)(yong)(yong)(yong)于Altezza家庭轎車(che)(che)。

2．鈦白的應用

鈦白(bai)(bai)主要用于(yu)涂(tu)(tu)(tu)(tu)料、塑料、造紙、合成(cheng)(cheng)纖維、印刷油(you)(you)墨(mo)、橡膠(jiao)、搪(tang)瓷等方面，為(wei)其(qi)(qi)他(ta)白(bai)(bai)色涂(tu)(tu)(tu)(tu)料所不及。超微細鈦白(bai)(bai)和(he)(he)水及有機溶(rong)(rong)劑組成(cheng)(cheng)的鈦溶(rong)(rong)膠(jiao)已成(cheng)(cheng)為(wei)獨(du)立(li)的新(xin)品種，應(ying)用于(yu)化妝品、透鏡表面涂(tu)(tu)(tu)(tu)飾(shi)劑、油(you)(you)墨(mo)與涂(tu)(tu)(tu)(tu)料添加(jia)劑，其(qi)(qi)應(ying)用領域仍在擴大。美(mei)國(guo)(guo)(guo)是全球鈦白(bai)(bai)的最大生產國(guo)(guo)(guo)和(he)(he)消(xiao)費國(guo)(guo)(guo)，1998年的產量為(wei)136萬噸(dun)，表觀消(xiao)費量為(wei)113萬噸(dun)，產值高(gao)達30億美(mei)元。我國(guo)(guo)(guo)的產量和(he)(he)用量則小得多。美(mei)國(guo)(guo)(guo)鈦白(bai)(bai)的消(xiao)費，50%為(wei)顏料、油(you)(you)漆(qi)、清(qing)漆(qi)，23%為(wei)造紙，23%為(wei)塑料，9%為(wei)其(qi)(qi)他(ta)用途。

3．其他應用

用鈦(tai)鐵(tie)礦精礦制(zhi)成的(de)(de)鈦(tai)鐵(tie)(TiFe)是制(zhi)造(zao)不(bu)銹鋼時使用的(de)(de)脫(tuo)氧劑和(he)穩(wen)定劑，鈦(tai)鐵(tie)貯(zhu)(zhu)(zhu)氫(qing)(qing)陽極在貯(zhu)(zhu)(zhu)氫(qing)(qing)電(dian)池制(zhi)造(zao)中與(yu)稀(xi)土貯(zhu)(zhu)(zhu)氫(qing)(qing)材料(liao)(liao)在性能上各有(you)(you)千(qian)秋，而成本則相(xiang)對要低，在貯(zhu)(zhu)(zhu)氫(qing)(qing)、運(yun)輸(shu)、催化、燃料(liao)(liao)電(dian)池等方面與(yu)稀(xi)土將有(you)(you)一搏。Ti—Ni形狀記憶合(he)金更是醫用和(he)軍(jun)工(gong)不(bu)可或缺的(de)(de)高新技術材料(liao)(liao)。至于電(dian)子陶瓷功能材料(liao)(liao)鈦(tai)酸(suan)鋇、鈦(tai)酸(suan)鍶、鈦(tai)化合(he)物催化劑以及有(you)(you)機鈦(tai)耐熱漆和(he)鈦(tai)環氧涂料(liao)(liao)等的(de)(de)用途更是不(bu)勝枚舉。