钛是一种银白色的过渡金属,其特征为重量轻、强度高、具金属光泽,耐湿氯气腐蚀。但钛不能应用于干氯气中,即使是温度0℃以下的干氯气,也会发生剧烈的化学反应,生成四氯化钛,再分解生成二氯化钛,甚至燃烧。只有当氯气中的含水量高于0.5%的时候,钛在其中才能保持可靠的稳定性。 钛被认为是一种稀有金属,这是由于在自然界中其存在分散并难于提取。但其相对丰富,在所有元素中居第十位。 钛的矿石主要有钛铁矿及金红石,广布于地壳及岩石圈之中。钛亦同时存在于几乎所有生物、岩石、水体及土壤中。从主要矿石中萃取出钛需要用到克罗尔法 或亨特法。钛最常见的化合物是二氧化钛,可用于制造白色颜料。其他化合物还包括四氯化钛(TiCl4)(作催化剂和用于制造烟幕作空中掩护)及三氯化钛(TiCl3)(用于催化聚丙烯的生产)。
1940年卢森堡科学家W.J.Kroll用镁还原TiCl4制得了纯钛。从此,镁还原法(又称为克劳尔法)和钠还原法(又称为亨特法)成为生产海绵钛的工业方法。美国在1948年用镁还原法制出2吨海绵钛,从此开始了钛的工业化生产 。 1947年,人们才开始在工厂里冶炼钛。当年,产量只有2吨。1955年产量激增到2万吨。1972年,年产量达到了 20万吨。钛的屈服强度比钢铁要高,而它的重量几乎只有同体积的钢铁的一半,钛虽然稍稍比铝重一点,它的屈服强度却比铝大2倍。钛的比强度高于铝和钢,比模量与铝、钢十分接近。在宇宙火箭和导弹中,就大量用钛代替钢铁。据统计, 世界上每年用于宇宙航行的钛,已达一千吨以上。极细的钛粉,还是火箭的好燃料,所以钛被誉为宇宙金属,空间金属。 钛在高温下极易和空气发生反应,但熔点高达1668℃。在常温下,钛不怕王水和稀硝酸腐蚀,但不耐5%以上浓度的硫酸和7%盐酸腐蚀。钛不怕常温的海水,有人曾把一块钛沉到海底,五年以后取上来,上面粘了许多小动物与海底植物,却一点也没有生锈。
纯金属钛呈银白色,其主要性能参数与特点如下: (1) 化学符号Ti,原子序数22,在化学元素周期表中位于第4周期、第IVB族。 (2) 熔点1668±4℃,熔化潜热3.7-5.0千卡/克原子,沸点3260±20℃,汽化潜热102.5-112.5千卡/克原子,临界温度4350℃,临界压力1130大气压。 (3) 钛的密度约为4.51g/cm3,是不锈钢的60%左右,超过铝,比铝大60%左右。 (4) 纯钛的超导临界温度为 0.38-0.4K。在25℃时,钛的热容为0.126卡/克 [9] 原子·度,热焓1149卡/克原子,熵为7.33卡/克原子·度,金属钛是顺磁性物质,导磁率为1.00004。 (5) 钛的比热,导热系数和电阻率与不锈钢在同一水平,但钛的热膨胀系数较不锈钢小50%。钛的导热性较差,导电性能也较差,近似于不锈钢。 (6) 钛的杨氏模量较不锈钢小,它能在较低的应力下弯曲。高纯钛的延伸率可达50-60%,断面收缩率可达70-80%,但收缩强度低(即收缩时产生的力度)。 (7) 在200-300℃的温度范围内遵循稳定的蠕变特性。 (8) 钛在室温下(低于885℃)呈a-密排六方晶格,而在高于885℃时则呈ß-体心立方晶体,同时体积增大了5.5%。 (9) 虽然纯钛的拉伸度强度为350-700MPa,但一般的钛合金可达700-1200 MPa,甚至达1400MPa。因此,钛合金的比强度(即强度对密度的比值),比目前其他任何材料都大。
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