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钛对于很多人来说,是一种有所耳闻但又知之甚少的金属。它以希腊神话中的泰坦命名,是地球上最坚硬的金属。虽然钛并不属于稀有金属,但由于它开采和生产成本高,因此价格昂贵。你可能听说过钛合金或者钛潜艇,但你知道在蛋糕上的糖霜中也有钛吗?
作为元素表中位列第10的金属,有一些只属于它的故事,接下来让我慢慢分享给你们听!
西班牙毕尔巴鄂的古根海姆博物馆由钛和钛直到20世纪才被提炼出来
如果我不告诉你,你或许还认为钛很早前就被人们发现并应用了,其实事实并非如此,钛直到20世纪才被提炼出来。
早在年,英国矿物学家兼教堂牧师的威廉·格雷戈就在康沃尔镇附近的一条小溪里挖出了一些奇怪的黑色沙子。其中一些沙子是有磁性的,格雷戈认为是氧化铁,而其中的另一种物质则是个谜,格雷戈认为它是另一种氧化物,但在当时的皇家地质学会的书籍中并没有相关记载。
高纯度钛20世纪才被提炼出来后来,德国化学家马丁·海因里希·克拉普罗于年又发现了这种奇怪的金属氧化物,并以希腊神话中奥林匹亚人神灵的名字将其命名为氧化钛。
虽然高纯度的钛在18世纪末就被发现,但直到年,在美国通用电气公司工作的化学家马修·亨特才在高温高压的条件下,将这种银色的金属从氧化物中剥离出来。
钛有着极高的强度重量比
钛合金(钛和其他金属的混合物)是地球上所有金属中,强度重量比最高的。纯钛和钢一样坚固,但它比钢轻45%。由于钛的强度重力比极高,使钛合金成为制造飞机发动机和机身、火箭、导弹的首选材料,因为这些应用场合需要金属部件足够坚固而且重量轻。
目前,空客A是世界上最大的客机,每架空客A中包括70吨的钛,大部分在其装配的大型发动机中。
每架空客A需要消耗钛70吨20世纪30年代开始,一种名为“诺克斯工艺”的冶金技术开始盛行,加速了20世纪40年代和50年代钛的实际应用。起初它被用于美国和俄罗斯的军用飞机和潜艇上,第一次应用于军用飞机和潜艇(美国和俄罗斯),后来到了60年代,才开始广泛应用于商用飞机。
钛不会生锈
腐蚀和氧化属于化学过程,随着时间的推移,它们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,氧气都会吸收电子,产生我们称之为“氧化物”的金属。最常见的腐蚀性氧化物之一是氧化铁,也就是俗称的铁锈。
船舶的海底部件几乎用钛制成但并不是所有的金属都会受到腐蚀,当钛与氧接触时,在钛的表面会形成一层薄薄的二氧化钛(TiO2)。这层二氧化钛实际上保护了底层的钛,使其不会受到酸、碱、污染和盐水造成的腐蚀。
钛的天然防腐性能使其不仅是制造飞机的理想材料,也是长期浸泡在高腐蚀性盐水中的海底部件的理想材料。船舶螺旋桨几乎都是由钛制成的,船舶的内部压仓物和管道系统,以及船上暴露在海水中的硬件也是如此。
钛可以植入人体的各个部位
钛不受腐蚀的特性使其认为最安全的人体植入物的材料。钛是完全“生物相容”的,这意味着它无毒、无过敏性,甚至可以与人体组织和骨骼相融合。
钛是人体植物物的理想材料钛是关节植入物、颅骨板、牙根植入物、人工眼和耳钉、心脏瓣膜、脊柱融合甚至尿道狭窄的手术材料。研究表明,钛植入物能触发人体免疫系统直接在钛表面生长新骨骼,这一过程被称为“骨整合”。
钛是髋关节置换术和骨折用钢钉的重要材料,这是因为钛有着众所周知的高强度重量比,保证植入物重量很轻的同时,它还能表现出与人骨相同的精确弹性。
钛或许正在你手中
随着冶炼工艺的成熟,钛的价格在20世纪末大幅下降,许多制造商开始寻找这种神奇金属的更多商业应用。
钛合金的轻质强度使其非常适合应用于体育用品中。最早的产品是钛金属制作的高尔夫球杆,虽然适用人群较少且成品价格昂贵,几乎无人问津,但这为钛进入其他体育用品打开了一扇门。
钛被广泛应用于体育制品中发展到今天,你几乎可以在任何重量、强度和耐用性的许多运动装备中找到钛的存在:比如网球拍、棒球棒、滑雪板、自行车架、远足登山装备、露营装备,甚至专业赛马的马蹄铁。
钛会出现在你意想不到的地方
现在,全球每年大约生产的万吨钛,但其中只有5%用于锻造成金属,其他绝大多数都被转化为二氧化钛。二氧化钛是一种无毒的美白颜料,广泛应用于油漆、化妆品、药品和食品,其中就包括撒在蛋糕上的白色糖霜。
白色油漆过去是用铅基颜料染色的,但自从人们知道铅对健康有影响之后,二氧化钛就占了上风。研究表明,钛基颜料具有一些很酷的性质。
钛总能出现在你意想不到的地方钛基白色油漆具有较高的防腐性,使用寿命更长。氧化钛对光线具有极强的折射率,因此可以产生特别明亮的白色阴影。与此同时,氧化钛还能反射红外光,这就是为什么钛基涂料总被应用于天文台的原因,因为它能分散导致图像模糊的红外光。
总结:钛是世界上最坚硬的金属,20世纪才被提炼成功;钛有着极高的强度重量比;钛不会生锈,因此成为制造飞机和船舶的重要材料;钛的生物相容性极高,因此成为人体植入物的理想材料;现在的很多体育装备中都有钛;钛总能出现在你意想不到的地方,比如油漆,化妆品和食品。
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