钛:将在21世纪出尽风头的金属

作者:              发布时间:2008-07-31


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钛是一种奇妙的金属,它虽然比钢轻,但是强度和硬度一点也不差,它足以适应太空中最极端的环境,海洋中的腐蚀性盐类和深海压力对它也无可奈何。目前使用钛最↑↑↑ ↑

大问题是价格昂贵,钛的价格是不锈钢的6倍。↑↑↑ ↑

不过,最近科学家发明了一种新的提炼钛的技术,这项新技术设备成本低,耗时短,钛矿石的利用率很高,它将很快使钛的价格降下来。一旦这项新技术得到应用,钛将渗透到我们生活的各个方面,钛在好些行业将取代钢、铝甚至塑料。有专家认为,21世纪将是钛出尽风头的世纪。↑↑↑ ↑

如同不少杰出的发现一样,这个发现完全是偶然所得。剑桥大学材料科学和冶金学系的负责人德雷克·弗雷,曾经和两个同事汤姆·法辛、乔治·陈一起尝试提纯钛。通常在靠近钛表面的地方存在少量可削弱钛性能的溶解氧,因此他们想用电解法除去氧。但是,意想不到的副效应出现了。钛的表面往往形成一薄层氧化物膜,他们注意到,氧化物膜在电解过程中转化成了纯钛。这个发现让人兴奋不己接着,他们将这个决窍用在固体二氧化钛的颗粒上,让人惊喜的结果出现了,电解使得氧化物粉未转变成了钛金属。↑↑↑ ↑

弗雷等人意识到他们已经探索出一条全新的提炼钛的途径。几年之后,弗雷和他的同事完成了首次生产试验,试验非常成功。反应是在一个电解池中进行的,阴极连接二氧化钛粉末,阳极则由惰性材料如碳制成,两个电极浸泡在充当电解质的氧化钙熔融液中。接通电源,二氧化钛在阴极分解成金属钛和氧离子,氧离子经过电解质到达阳极,并在此被氧化生成氧分子释放出去。↑↑↑ ↑

现在,支持弗雷等人研究工作的英国钛公司计划建造一个更大的试验厂以推动这项技术的全商业化开发。↑↑↑ ↑

和目前采用从矿石中提炼钛的克罗尔工艺相比,这项新技术无疑是革命性的。克罗尔工艺是先将钛矿石转化成四氯化钛,再和液态镁反应生成金属钛和氧化镁。克罗尔工艺是一项成本高,劳动密集和相对耗时多的技术。并且,采用克罗尔工艺很难进行大批量生产。利用新技术提炼钛,不到1天的产量就相当于一台克罗尔反应炉1星期的产量,更为重要的是,对大批量生产来说,新技术可以是连续的。而且,新技术的污染比克罗尔工艺小得多。有专家预言,大约过10年左右,人类将迎来全方位的钛革命。↑↑↑ ↑

那么,我们将在这场革命中得到什么好处呢显然,钛现有的应用仍将保持,如飞机制造业和髋关节修补移植等,更廉价的钛肯定会拓展在这些领域的应用。建筑师也喜欢这种材料,用不了多久,闪亮的建筑材料钛覆层将出现在更多的建筑物上。钛虽然不如钢坚硬,但其强度和抗蚀性是以帮助工程师设计出更雄伟、更持久的桥梁和摩天大楼。汽车制造商因为钛的质轻、坚固、耐腐蚀等优点而非常愿意使用钛,用钛做部件的汽车发动机变得更轻,燃料利用率提高。↑↑↑ ↑

在合金的生产中,新技术显得更为优秀,它能直接生产合金,包括现在广泛使用的含6%的铝和4%的钒的钛合金,而传统的克罗尔工艺却无法做到这一点,这是一个重大的突破。通常合金比纯金属更有用,因为它可通过调节各组分比例使合金具有更优越的性能。用新技术合金生产变得非常简单。用新技术生产钛合金就像是在做一个蛋糕,只需把所需的各金属氧化物组分混合均匀,再放进炉子,最后这些金属全部转变成了合金钛。↑↑↑ ↑

新技术将能制备那些以前很难制备的性能奇妙的合金,例如形状记忆合金。大多数形状记忆合金在低温时能够弯曲成你所需要的任何形状,而在加热后就可恢复原始形状。镍-钛合金是一种常用的形状记忆合金,但由于镍和钛具有不同的密度而难以生产,利用新技术冶炼镍-钛合金将便宜得多。利用新技术还可冶炼超导合金↑↑(↑↑↑如铌-钛合金↑↑)↑↑↑和磁性材料,其花费大约只相当于用传统技术的十分之一。通过这些奇妙的合金在生产线上的组装,我们甚至可目睹新一代廉价超音速飞机和重量轻的小型直升飞机的诞生。↑↑↑ ↑

钛耐腐蚀,因而它是理想的航海材料,如日本已经有许多用钛制造的小型船舶和赛艇。大约10年以后,你会发现自己站在码头,准备搭乘一艘闪亮、质轻的钛制轮船,因为钛金属很轻,所以载着你快速航行的轮船可以吃水很浅,如果钛合金发动机的功率足够大时,轮船甚至可从海面上掠过,从而将航行时间缩短至传统钢制轮船的几分之一。↑↑↑ ↑

到所有这些为钛设计的宏伟规划实现的时刻到来时,很可能你也想用钛制品来布置自己的房间。如果钛能在价格上和不锈钢相差不大的话,它将占据材料市场的很大份额。钛及其合金最终会制成重量轻的炖锅、洗衣机、炊具和厨房水槽。想像一下,你将拥有一套锃亮、耐用而轻便的钛餐具,简直是一件很惬意的事情。↑↑↑ ↑

钛革命即将到来,它将改变人们生活的各个方面。在不久的将来,它将出尽风头,你将生活在一个更坚固、更轻便、更闪亮的世界中。↑↑↑