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科普:高科技领域在用的钛究竟高贵在哪?

2017/6/12 10:01:03点击:

在日常生活中,我们时常听到某些高精尖领域使用了钛金属,那么钛金属到底是一种怎样高大上的金属呢?它有何独特之处才备受顶尖产品的宠爱呢?今天,笔者就给大家科普一下高科技领域都在用的钛金属究竟牛在哪?

▼什么是钛?

科普时间:高科技领域都在用的钛金属究竟牛在哪?
钛是一种化学元素

首先,钛是一种化学元素。钛是英国化学家格雷戈尔在1791年研究钛铁矿和金红石时发现的。四年后,1795年,德国化学家克拉普罗特在分析匈牙利产的红色金红石时也发现了这种元素。他主张采取为铀(1789年由克拉普罗特发现的)命名的方法,引用希腊神话中泰坦神族“Titanic”的名字给这种新元素起名叫“Titanium”。中文按其译音定名为钛。

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钛也是一种金属

其次,钛也是一种金属。钛金属外观似钢,具有银灰光泽。格雷戈尔和克拉普罗特当时所发现的钛是粉末状的二氧化钛,而不是金属钛。因为钛的氧化物极其稳定,而且金属钛能与氧、氮、氢、碳等直接激烈地化合,所以单质钛很难制取,直到1910年才被美国化学家亨特第一次制得纯度达99.9%的金属钛。

▼钛有什么好处?都用在哪儿了?

钛金属具有密度低、比强度高、耐蚀性好、导热率低、无毒无磁、可焊接、生物相容性好、表面可装饰性强等特性,是一种轻质高强度耐蚀结构材料,广泛应用于航空航天、医疗器械、体育用品、精工产品等高精尖领域。

钛在外科医疗手术上的应用,也非常值得一提。钛具有“亲生物”性。在人体内,能抵抗分泌物的腐蚀且无毒,对任何杀菌方法都适应。因此被广泛用于制医疗器械,制人造髋关节、膝关节、肩关节、胁关节、头盖骨,主动心瓣、骨骼固定夹。

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用钛接骨

在钛之前,通常使用不锈钢接骨。但使用不锈钢有一个缺点,就是接骨愈合之后,要把不锈钢片再取出来,这是件十分痛苦的事。不然,不锈钢会因生锈而对人体产生危害。如果改用钛制的“人造骨胳”将使骨科技术完全改观。在骨头损坏的地方,用钛片与钛螺丝钉,过了几个月,骨头就会重新生长在钛片的小孔与螺丝里,新的肌肉纤维就包在钛的薄片上,钛骨骼宛如真正的骨骼一样和血肉相联,起到支撑和加固作用。

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钛金属髌骨爪

骨科常用的髌骨爪就是用钛金属制成的,在冰箱里低温状态,它可以弯成任意形状,手术时把爪子掰开,放置于患者碎裂的髌骨上,待体温将髌骨爪的温度升上来,它就会紧紧抓住髌骨,变成预先设定的形状。

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钛金属自行车

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钛金属高尔夫球杆


高强度与低密度这一特点使钛金属在体育用品领域也有着广泛的应用。高品质的自行车架、高尔夫球杆通常用钛金属制成,坚固耐用。

钛在航天、军事领域的应用

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钛飞机

钛是造飞机的理想材料,飞机发动机,防弹部位,强化部位,加固部位,燃烧室,涡轮轴,涡轮盘,喷口等,大多数是用钛合金材料制造的,这主要是因为钛金属良好的耐热性。

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飞机引擎用钛

当超音速飞机飞行时,它的机翼的温度可以达到500℃。如用比较耐热的铝合金制造机翼,一到二三百度也会吃不消,必须有一种又轻、又韧、又耐高温的材料来代替铝合金,而钛恰好能够满足这些要求。另外,钛还能经得住零下一百多度的考验,在这种低温下,钛仍旧有很好的韧性而不发脆。

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钛潜艇

随着人们对钛的开发利用,发现钛不光是航空器材的理想材料,而且也是建造舰船、潜艇的优选材料。钛有“潜海金属”之美誉。钛合金是登天的英雄,是潜海的好汉。潜艇在深海中航行时,要承受巨大的压力。下潜得愈深,承受的压力愈大。核潜艇的外壳采用钛合金制造,其下潜深度是一般潜艇的两倍以上。

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钛的耐腐蚀性强

钛有很强的耐酸碱腐蚀能力,在海水中浸5年不锈蚀,钢铁在海水中则会腐蚀变质。用钛合金为船只制造外壳,海水无法腐蚀它,制成的潜艇,既能抗海水腐蚀,又能抗深层压力,其下潜深度比不锈钢潜艇增加80%。同时,钛无磁性,不会被水雷发现,具有很好的反监视作用。一般钢铁潜艇下潜超过300米就容易被水压压坏。钛潜艇下潜深度超过300米不但不会被压坏,还能有效地避开深水炸弹的攻击,显示了“钛潜艇”的独特魅力和优异性能。

钛在建筑领域的应用

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毕尔巴鄂古根海姆博物馆

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毕尔巴鄂古根海姆博物馆


 

除此之外,在建筑领域我们也能发现钛金属的应用。毕尔巴鄂古根海姆博物馆(Guggenheim Museum Bilbao)是一个专门展出现当代艺术作品的博物馆,位于西班牙的毕尔巴鄂。它在1997年由古根海姆基金会创建,它是世界上最著名的私人现代艺术博物馆之一,也是全球性的一家以连锁方式经营的艺术场馆。它的主建筑由法兰克·盖瑞设计(Frank Gehry),是被认为是世界上最壮观的解构主义建筑。它的外表用闪闪发光的钛金属饰面,钛板总面积2。787万平方米,正是钛金属的应用让它独具特色。

由此可见,作为轻质高强度耐蚀材料,钛金属被广泛用于航空航天、军事武器、医疗器械、体育用品、高端产品、建筑等高科技领域,越来越多的民用领域也开始使用这种金属,从某种意义上讲,钛的使用已成为高端的代名词。

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