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神奇金屬“鈦”上天入地,能用能吃!

“鈦”以希臘神話中的巨型泰坦命名,是地球上最堅固的金屬。大家可能多多少少都聽說過“鈦”這種金屬,就目前而言,它價格昂貴,但它并不是稀有金屬,只是由于開采和生產成本高。

你可能知道用鈦金屬制造的人工關節、高爾夫球桿或是潛水艇,但你知道在白色的蛋糕糖霜里也有鈦嗎?好吧,下面讓我們來了解一下,關于這種以堅韌著稱的金屬的有趣故事吧!

01這種“神一般”的金屬直到20世紀才被鍛造出來

早在1791年,一位業余的英國礦物學家兼教堂牧師威廉·格雷戈,在康沃爾鎮附近的一條小溪里發現了一些奇怪的黑色沙子。在這些黑沙中,部分沙子是有磁性的,格雷戈斷定是氧化鐵,但另外的物質則是個謎。當然,這肯定是另一種氧化物,但在當時英國皇家地質學會的教科書上可沒有。

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氧化鈦粉末

1795年,德國化學家馬丁·海因里希·克拉普羅斯再次發現了這種奇怪的氧化物,并以希臘神話中奧林匹亞人之前的神靈為其命名為氧化鈦。盡管,純鈦是在18世紀末被發現的,但直到1910年,美國通用電氣的化學家馬修·亨特才從其氧化物中分離出純鈦。1910年,亨特在一個密封的“炸彈”中,研究出如何在高溫高壓下從氧化物中剝離這種銀色金屬。

02 它是地球上最輕最結實的金屬

純鈦擁有地球上所有金屬中最高的強度重量比。它和鋼一樣堅固,但輕了45%。

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鈦金屬固件

這種超乎尋常的強度重量比,使得鈦和鈦合金(鈦和其他金屬的混合物)成為飛機發動機和機身、火箭、導彈甚至航天器的首選材料。現代工業中,任何離不開金屬部件的設備,都需要盡可能堅硬和輕量化的材料供應。

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鈦合金發動機葉片

比如,空客A380飛機,世界上最大的客機,它的機體內就包含了高達77噸的鈦。大部分都在其巨大的發動機中。多虧了20世紀30年代的一項名為“諾克斯工藝”的創新冶金技術,鈦的商業鍛造在20世紀40年代和50年代全面展開。首先應用在軍用飛機和潛艇上(主要是美國和俄羅斯),然后在20世紀60年代,開始應用在商用飛機上。

03 鈦更抗腐蝕

腐蝕是一種電化學過程,隨著時間的推移會慢慢地破壞大多數金屬。當金屬暴露在氧氣中,無論是在空氣中還是在水下,氧氣都會奪取電子,產生我們所說的金屬“氧化物”。最常見的腐蝕性氧化物之一是氧化鐵,就是鐵銹。

但并不是所有的氧化物都能使底層金屬受到腐蝕。例如,鈦的表面就覆蓋著一層薄薄的二氧化鈦(TiO2),這實際上反而保護了底層鈦免受任何類型的腐蝕,包括電化學腐蝕、微生物腐蝕和應力腐蝕。

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鈦的天然防腐性能使其不僅是飛機的理想材料,而且還是暴露在高腐蝕性海水中的海底部件的理想材料。船舶的螺旋槳幾乎都是由鈦材料制成的,船舶的內部壓載和管道系統以及暴露在海水中的船上硬件也是如此。

04 鈦可以植入人體的各個部位,從頭到腳

保護鈦免受腐蝕的二氧化鈦薄層,也使其成為植入人體最安全的材料。鈦是完全“生物相容的”,這意味著它無毒,不會引起過敏和排異反應,甚至可以與人體組織和骨骼融合。

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鈦合金顱骨板

鈦是骨骼和關節植入物、顱骨板、牙種植體根部、人工眼和耳釘、心臟瓣膜、脊柱融合甚至尿道狹窄的優良外科材料。研究表明,鈦植入物會觸發人體免疫系統直接在鈦表面生長骨骼,這一過程稱為骨整合。

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鈦合金人工髖關節

鈦之所以成為髖關節置換術和骨折骨釘的首選材料,是因為鈦具有無與倫比的高強度重量比,這使得人體植入物重量更輕,而且鈦還具有與人類骨骼相同的彈性。

05 鈦在體育運動器材上大顯身手

20世紀末,隨著純鈦價格的下降,制造商開始為這種神奇的金屬尋找更多的商業用途。鈦的輕質和高強度使它非常適合制造運動用品。

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鈦合金高爾夫球桿

第一批鈦制高爾夫球桿在20世紀90年代中期上市。比如,卡拉威生產的鈦制的1號木球桿。與其它鋼鐵或木頭材質的1號木相比,這些球桿價格不菲,但它們的成功促使其他體育制造商涉足鈦金屬。

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鈦合金公路自行車

現在,在任何對重量、強度和耐用性要求都很高的運動器材中,我們都可以找到鈦金屬。比如,網球拍、長曲棍球棒、滑雪板、自行車架、棒球棍、徒步旅行和登山器材、野營裝備,甚至是專業賽馬的馬蹄鐵。

06 白色顏料(包括蛋糕糖霜)中都含有鈦

在全世界每年生產的630萬噸鈦中,只有5%用于鍛造成金屬,而絕大多數都被轉化為二氧化鈦。這種材料自然可以保護鈦免受腐蝕。如今,二氧化鈦在世界范圍內被用作無毒的增白顏料,廣泛應用于油漆、化妝品、藥品和食品,包括白色蛋糕糖霜。

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工業用鈦白粉(氧化鈦)

白色油漆過去是用含鉛的顏料染色的,但一旦人們知道了鉛對健康的影響,二氧化鈦就順利的取代了鉛。事實證明,鈦基顏料還有一些很酷的特性。房屋油漆工選擇鈦基白色涂料,是因為它們具有防腐蝕性和耐久性。

氧化鈦還具有極強的折射性,使其具有比鉆石更大的天然光澤,并產生一種特別明亮的白色色調。氧化鈦也能反射紅外光,這就是為什么鈦基涂料總是被用在太陽天文臺的外部,用以分散使圖像模糊的紅外光。

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鈦板裝飾的博物館

此外,一位名為弗蘭克·蓋里的建筑師,還采用了鈦材料來裝飾畢爾巴鄂古根海姆博物館(Guggenheim Museum)的外觀。整個博物館使用了3.3萬塊鈦板包裹,在不同的光線條件下,鈦板的顏色和亮度會發生變化,使博物館散發出令人驚嘆的光彩。

07鈦已經走入人類生活

2014年五江集團正式啟動了全球首家鈦全產業鏈生產企業的立項----總投資76億元,從鈦礦到兩萬噸海綿鈦及鈦加工、鈦合金、鈦民用生活品產業鏈環環相扣。“五江鈦”用非常特別的方式給我們介紹了鈦金屬的外表的一種特性:

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鈦杯在不同溫度下會氧化成不同的顏色

由于鈦的氧化物在不同的溫度下,會呈現出不同的顏色,這些漂亮的水杯都是鈦金屬呈現出來的金屬顏色。鈦本身具有抑菌的效果,是一個天然的殺菌器皿,因此也受到越來越多人的喜愛!