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鈦工業(yè)的應(yīng)用以及發(fā)展歷程

1947年,人們才開始在工廠里冶煉鈦。當(dāng)年,產(chǎn)量只有2噸。1955年產(chǎn)量激增到2萬噸。1972年,年產(chǎn)量達(dá)到了20萬噸。鈦的硬度與鋼鐵差不多,而它的重量幾乎只有同體積的鋼鐵的一半,鈦雖然稍稍比鋁重一點(diǎn),它的硬度卻比鋁大2倍?,F(xiàn)在,在宇宙火箭和導(dǎo)彈中,就大量用鈦代替鋼鐵。據(jù)統(tǒng)計(jì),目前世界上每年用于宇宙航行的鈦,已達(dá)一千噸以上極細(xì)的鈦粉,還是火箭的好燃料,所以鈦被譽(yù)為宇宙金屬,空間金屬。

鈦的耐熱性很好,熔點(diǎn)高達(dá)1725℃。在常溫下,鈦可以安然無恙地躺在各種強(qiáng)酸強(qiáng)堿的溶液中。就連最兇猛的酸——王水,也不能腐蝕它。鈦不怕海水,有人曾把一塊鈦沉到海底,五年以后取上來一看,上面粘了許多小動(dòng)物與海底植物,卻一點(diǎn)也沒有生銹,依舊亮閃閃的。

現(xiàn)在,人們開始用鈦來制造潛艇一——鈦潛艇。由于鈦非常堅(jiān)固,能承受很高的壓力,這種潛艇可以在深達(dá)4500米的深海中航行。

鈦耐腐蝕,所以在化學(xué)工業(yè)上經(jīng)常要用到它。過去,化學(xué)反應(yīng)器中裝熱硝酸的部件都用不銹鋼。不銹鋼也怕那強(qiáng)烈的腐蝕劑——熱硝酸,每隔半年,這種部件就要統(tǒng)統(tǒng)換掉。現(xiàn)在,用鈦來制造這些部件,雖然成本比不銹鋼部件貴一些,但是它可以連續(xù)不斷地使用五年,計(jì)算起來反而合算得多。

鈦的最大缺點(diǎn)是難于提煉。主要是因?yàn)殁佋诟邷叵禄夏芰O強(qiáng),可以與氧、碳、氮以及其他許多元素化合。因此,不論在冶煉或者鑄造的時(shí)候,人們都小心地防止這些元素“侵襲”鈦。在冶煉鈦的時(shí)候,空氣與水當(dāng)然是嚴(yán)格禁止接近的,甚至連冶金上常用的氧化鋁坩堝也禁止使用,因?yàn)殁仌?huì)從氧化鋁里奪取氧?,F(xiàn)在,人們利用鎂與四氯化鈦在惰性氣體——氦氣或氬氣中相作用,來提煉鈦。

人們利用鈦在高溫下化合能力極強(qiáng)的特點(diǎn),在煉鋼的時(shí)候,氮很輕易溶解在鋼水里,當(dāng)鋼錠冷卻的時(shí)候,鋼錠中就形成氣泡,影響鋼的質(zhì)量。所以煉鋼工人往鋼水里加進(jìn)金屬鈦,使它與氮化合,變成爐渣一—氮化鈦,浮在鋼水表面,這樣鋼錠就比較純凈了。

當(dāng)超音速飛機(jī)飛行時(shí),它的機(jī)翼的溫度可以達(dá)到500℃。如用比較耐熱的鋁合金制造機(jī)翼,一到二三百度也會(huì)吃不消,必須有一種又輕、又韌、又耐高溫的材料來代替鋁合金乙鈦恰好能夠滿足這些要求。鈦還能經(jīng)得住零下一百多度的考驗(yàn),在這種低溫下,鈦仍然有很好的韌性而不發(fā)脆。

利用鈦和鋯對(duì)空氣的強(qiáng)大吸收力,可以除去空氣,造成真空。比方,利用鈦制成的真空泵,可以把空氣抽到只剩下十萬萬萬分之一。

鈦的氧化物——二氧化鈦,是雪白的粉末,是最好的白色顏料,俗稱鈦白。以前,人們開采鈦礦,主要目的便是為了獲得二氧化鈦。鈦白的粘附力強(qiáng),不易起化學(xué)變化,永遠(yuǎn)是雪白的。非凡可貴的是鈦白無毒。它的熔點(diǎn)很高,被用來制造耐火玻璃,釉料,琺瑯、陶土、耐高溫的實(shí)驗(yàn)器皿等。

二氧化鈦是世界上最白的東西,1克二氧化鈦可以把450多平方厘米的面積涂得雪白。它比常用的白顏料一—鋅鋇白還要白5倍,因此是調(diào)制白油漆的最好顏料。世界上用作顏料的二氧化鈦,一年多到幾十萬噸。二氧化鈦可以加在紙里,使紙變白并且不透明,效果比其他物質(zhì)大10倍,因此,鈔票紙和美術(shù)品用紙就要加二氧化鈦。此外,為了使塑料的顏色變淺,使人造絲光澤柔和,有時(shí)也要添加二氧化鈦。在橡膠工業(yè)上,二氧化鈦還被用作為白色橡膠的填料。

四氯化鈦是種有趣的液體,它有股刺鼻的氣味,在濕空氣中便會(huì)大冒白煙——它水解了,變成白色的二氧化鈦的水凝膠。在軍事上,人們便利用四氯化鈦的這股怪脾氣,作為人造煙霧劑。非凡是在海洋上,水氣多,一放四氯化鈦,濃煙就象一道白色的長(zhǎng)城,擋住了敵人的視線。在農(nóng)業(yè)上,人們利用四氟化鈦來防霜。

鈦酸鋇晶體有這樣的特性:當(dāng)它受壓力而改變外形的時(shí)候,會(huì)產(chǎn)生電流,一通電又會(huì)改變外形。于是,人們把鈦酸鋇放在超聲波中,它受壓便產(chǎn)生電流,由它所產(chǎn)生的電流的大小可以測(cè)知超聲波的強(qiáng)弱。相反,用高頻電流通過它,則可以產(chǎn)生超聲波?,F(xiàn)在,幾乎所有的超聲波儀器中,都要用到鈦酸鋇。除此之外,鈦酸鋇還有許多用途。例如:鐵路工人把它放在鐵軌下面,來測(cè)量火車通過時(shí)候的壓力;醫(yī)生用它制成脈搏記錄器。用鈦酸鋇做的水底探測(cè)器,是銳利的水下眼睛,它不只能夠看到魚群,而且還可以看到水底下的暗礁、冰山和敵人的潛水艇等。

冶煉鈦時(shí),要經(jīng)過復(fù)雜的步驟。把鈦鐵礦變成四氯化鈦,再放到密封的不銹鋼罐中,充以氬氣,使它們與金屬鎂反應(yīng),就得到“海綿鈦”。這種多孔的“海綿鈦”是不能直接使用的,還必須把它們?cè)陔姞t中熔化成液體,才能鑄成鈦錠。但制造這種電爐又談何輕易!除了電爐的空氣必須抽干凈外,更傷腦筋的是,簡(jiǎn)直找不到盛裝液態(tài)鈦的坩堝,因?yàn)橐话隳突鸩牧喜亢醒趸?,而其中的氧就?huì)被液態(tài)鈦奪走。后來,人們終于發(fā)明了一種“水冷銅坩堝”的電爐。這種電爐只有中心一部分區(qū)域很熱,其余部分都是冷的,鈦在電爐中熔化后,流到用水冷卻的銅坩堝壁上,馬上凝成鈦錠。用這種方法已經(jīng)能夠生產(chǎn)幾噸重的鈦塊,但它的成本就可想而知了。

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