发信人: Serine (CCME04|Graduate), 信区: CCME
标 题: [元素的世界]——No.22 钛(Ti)
发信站: 北大未名站 (2005年08月18日09:10:38 星期四), 转信
写在前面*:
造化常恶作剧地把人们无数个原以为必然的事情化为毫不相干的偶然，直到消失的无
影无踪，随风而逝；同样，无常的大手也会调皮地把众多相距甚远的偶然变成令人夷非所
思的必然，任凭当事者在无可更改的现实面前目瞪口呆，感慨不已。
这块石头在一声巨响中飞到天空，然后象天女散般落下，接着被一个长着怪手的机器
攫住扔到一个长长的传送带上。在它不知所终的运动的快感中，第一次看到这个河谷已经
变成了一个巨大的矿厂。它不知道这是它最后一次注视自己亿万年沉睡的地方，它毫无准
备、无法抗拒地被运到河谷尽头那个冒着浓烟的地方，接受命运的安排。
它和众多的石头从传送带上跌落到另一个传送带上，经过了无数的弯曲回转，一同被
投入一个黑暗的巨洞里。它们在一个不知名的东西上被搞得浑身颤栗，就在快要化为碎片
时，它们一部分从一个出口倾泄而出，而另一部分则被送到别处。它们彼此在混乱中甚至
没来得及说声再见，就各奔东西，从此散落世间，相隔天涯。
当它晕头转向，孤立无助地想看看发生了什么事时，在一阵拥挤中它别无选择陷入一
片耀眼的火光里，在上千度的高温里，它原来灰暗的衣服在烟雾弥漫中化为灰烬。这一刻
，它的脑海中忽然呈现出自己初生的情景，在那如血的火红中它来到这个世上，经历了亿
万年之后，这火红的颜色又在身边灼烧，使它五内俱焚，痛不欲生。
它在昏迷中不知过了多长时间，醒来后，发现自己变成了一小片金属，而且还有一个
响亮的名字：钛。
这时，它已经失去了自己的过去，只是依稀记得自己原来静静安身于那个有清澈河水
的河谷，它模糊想起那里有一只模样怪异的两栖类动物经常在它身边走来走去，还有一只
迁徙的候鸟用清澈的河水一点一点洗去自己孩子身上的尘土。
现在它静静地躺在那里，人们对它的过去丝毫不感兴趣。
它被送到了锻造厂里，与一些和自己有相同名字的钛堆放在一起。在震耳欲聋的轰鸣
声中，一些人在一部巨大的机器边忙来忙去。它还看到一个打着领带的人拿着订单走过来
，兴奋地吩咐任务，接着，一些钛被送进去，然后变成规则的模样出来，被安置到一个箱
子里。它无法理解这些人为什么能长时间呆在这个地方，手忙脚乱地忙碌不已。
它不知道自己原有可能变成发现者号航天飞机的一部分，在创造奇迹之后，在数次心
情激动地看到自己地球母亲的全貌后，再现更辉煌，于一片惊天动地的爆炸声中重归生育
它的怀抱。
它也不知道自己原有可能被安置到一个核攻击潜艇上，在诞生亿万年后还能在黑暗的
海洋深处四处游荡，而它也会故地重游，再温旧梦。它不知道这艘可怕的机器上携带着可
以使毁灭一切的武器，一次偶然的失误就会使世界回到荒芜的过去。
……
但它不能想这么多，它既没有机会，也没有选择，它只能静静地等候命运的再一次安
排。
一、钛的发现
金属钛，是现代化工业中独领风骚的一颗材料“明星”，它的比重比铁小(钛的比重4
5，铁的比重7.8左右)，但强度却比许多钢材还高，它在500℃的高温下也能保持强度不
变；而在超低温下，钛的电阻几乎等于0，因而又是一种优良的超导材料。由于钛具有许
多优异的性能，使它在航空、航天、航海工业中特别受到重视，成为不可缺少的材料，被
称为“空间金属”。但是，在钛成名之前，却一直受人轻视，历尽坎坷。它的出生就像一
个难产的婴儿，极不顺利。
那是在200多年前的1791年，英国的化学家和矿物学家威廉·格雷戈尔在一种铁矿石
中发现了一种新元素，但却没能把它提炼出来，于是给它取了一个不太吉利的名字叫“梅
纳辛”，英文中“梅纳辛”(Menaccin)隐含着“威胁”和“祸事临头”的意思。1795年，
德国化学家马丁·克拉普罗特在研究金红石时，又发现了这种元素，他认为“梅纳辛”这
个名字不好，就趁机改了一个好听的名字“钛”，钛的英文名字Titanium是从希腊神话中
的提坦神(Titan)演化来的，意思是“力大无比”。因为传说提坦神曾统治过世界上的巨
人族。后来，钛“长大成人”后，果然“力大无比”，在飞机、宇宙飞船、潜水艇等许多
尖端工业中都建立过不朽的功勋，不过这是后话，暂且不提。
虽然名字是好听了，但钛却只是孕育在钛铁矿和金红石这些“母体”中，始终也没有
分离出一个“纯种”来，它以二氧化钛(一种白色晶体粉末)的形式隐蔽起来，始终不愿降
生人世。
就这么一直拖了80年，到了1875年，俄国的化学家基利洛夫才第一次分离出金属钛，
还写了一本叫《钛的研究》的小册子。但在沙皇时代，没有人对钛这个陌生的金属感兴趣
，何况基利洛夫得到的钛中，杂质不少，一碰就碎。在性质上并没有表现出什么特别的优
点，所以钛又被人冷落了许多年。
到1910年，美国一位叫亨特的化学家，总结了前人提炼金属钛的方法，改用金属钠还
原四氯化钛，终于得到了比较纯的钛(杂质只有百分之零点几)。但是，不管怎么说，这种
“纯”钛还是不能用，因为即使这百分之零点几的杂质也仍然使钛又脆又弱，经不起机械
加工，那些杂质就像蛋糕中的苍蝇一样令人讨厌。结果，钛还是落了一个“亳无用处的金
属”的坏名声。
到了1925年，荷兰的科学家范·阿克尔和德博尔在一根加热的钨丝上还原四氯化钛，
得到了高纯度的钛。他们发现，这种高纯度钛具有很高的可塑性，可以像铁一样轧成板、
棒和丝材，甚至可轧成最薄的箔片；更令人惊讶的是，它的强度和硬度很高，比铝硬11倍
，比铁和铜硬3倍。
钛这个被人轻视了100多年称为“毫无用处的金属”的名誉终于得到了更正。
钛外观似钢，具有银灰光译。钛的强度大，钛合金抗拉强度达180kg/mm3。钛的特性
是度小(4.51g/cm3)，硬度大，熔点高(1675℃)，高纯度钛具有良好的可塑性,但当有杂质
存在时变得脆而硬。在室温时钛不与氯气、稀硫酸、稀盐酸和硝酸作用，但能被氢氟酸、
磷酸、熔融碱侵蚀。钛很容易溶解于HF+HCl（H2SO4）中，钛最突出的性能是对海水的抗
腐蚀性很强,有人将一块钛沉入海底,五年以后取上一看，上面粘附着许多小动物与海底植
物，本身却一点也没有被锈蚀,依然亮光闪闪。
二、钛及其主要化合物的应用
钛具有超众的性能和储藏量大（在地壳中约占总重量的0.42%,在金属世界里排行第七
,含钛的矿物多达70多种、在海水中钛的含量是1ug/L，在海底结核中也含有大量的钛）的
特点。目前钛的用途发展很快，已被广泛应用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船
、舰艇、军工、轻工、化工、纺织、医疗以及石油化工等领域。
极细的钛粉，是火箭的好燃料；钛的抗腐蚀能力，比常用的不锈钢强15倍,使用寿命
比不锈钢长10倍以上。在电影的底片和正片制作中，需要使用多种强酸强碱等药物,它们
对洗印设备腐蚀十分严重，洗印设备中的齿轮最多只能使用几个月，1980年西安电影制片
厂试用钛材,结果设备运转一年多时间，齿轮丝毫没有腐蚀。
钛在外科医疗手术上的应用，也非常引人入胜。目前，外科接骨是用不锈钢，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,所以,钛被人们赞誉为“亲生物金属”。现在它已开始应用于膝关节
、肩关节、肋关节、头盖骨、主动心瓣、骨骼固定夹等方面。
在炼钢工业中，少量钛是良好的脱氧、除氮及除硫剂。
二氧比钛是一种宝贵的白色颜料，叫钛白。钛白兼有铅白的掩盖性能和锌白的持久性
能，它是世界上最白的物质之一，1克钛白可以把450多平方厘米的面积涂得雪白。特别可
贵的是钛白无毒。现在每年用做颜料的二氧化钛有几十万吨。
由于二氧化钛具有高熔点的性质，常被用来制造耐火玻璃、釉料、珐琅、陶土、耐高
温的实验器皿等。
如何开发海水中的铀资源，是个大难题，海水中含有40万吨铀,从1956年起，人们才找
到一种最有希望的铀吸附剂-水合二氧化钛，从此研制了一套以二氧化钛为基础的海洋提
铀技术，每克吸附剂已达到吸附1毫克铀的水平。
四氯化钛在湿空气中会冒出大量白烟。由于它具有这种特性,在军事上常用它作为人造
烟雾剂。特别是在海洋上，水汽多，一放四氯化钛，浓烟就象一道白色的长城,挡住了敌
人的视线。
钛酸钡晶体被广泛应用于超声波仪器和水底探测器中。钛酸钡受到压力会改变形状，
产生电流；一旦通电又会改变形状。把钛酸钡放在超声波中，它受压便会产生电流，由它
所产生的电流的大小可以测知超声波的强弱；相反，用高频电流通过它，则可以产生超声
波。
在用金色装饰工艺品和日用品中，由于它们的硬度低、容易刺破和磨损，不能耐久。
当在这些物质的表面镀一层氮化钛时，外观几乎和黄金的镀层一模一样，而比黄金以及硬
质合金更耐磨，这种镀层被誉为具有“永不磨损性”。
三、钛合金的应用
目前人类使用的四个系列的贮氢金属中，钛系是其中一种，也是比较便宜的一种，但
目前人类还没有找到更理想的“贮氢金属”，一旦这个问题解决了，人们就可以用氢做燃
料。
“钛飞机”可以减轻机体重量5吨，多载乘客100多名。在新型喷气发动机中，钛合金
已占整个发动机重量的18～25％；在最新出现的超音速飞机上，钛的使用量几乎占到整个
机体结构总重量的95％，所以，如果没有钛合金就很难发展目前的超音速飞机。
用钛制造的潜艇，不仅比钢制潜艇经久耐用，而且可以潜入更大的深度，钛潜艇可以
下潜到4500米以下，这是钢制潜艇无法逾越的界限。用钛制造军舰、轮船，不用涂漆，在
海水中航行几年也不会生锈。由于钛不是铁磁体物质，不会被磁水雷发现，这点在军事上
特别重要，如果没有钛炼成的耐热钢，目前使用的常规武器步枪和机枪的寿命也只能是最
初的4.5秒。
利用钛和锆对空气的强大吸收力，可以除去空气，造成真空。用钛锆合金制成的真空
泵，可以把空气抽到只剩下十亿分之一。
钛铌合金是理想的超导材料。清华大学利用光学干涉原理和离子氮化钛处理制成了画面清
晰、层次分明的山川水墨画。在目前使用的最常见的两种不锈钢中，铬镍钛18－8－1型（
含铬18%、镍8%、钛1%）是工业上最常用的。
碳化钛（TiC）颇象碳化铁，具有金属光泽。可它比碳化铁具有更高的熔点和更高的硬
度。所以,它有着实际应用价值。
用钛制器皿保存的食物，色、香、味经久不衰；钛制炊具既轻巧,又不会生锈，最合科
学卫生。
用钛合金制成的高压容器，能够耐受2500个大气压的高压。
钛和镍组成的合金，被成为“记忆合金”。这种合金制成预先确定的形状,再经定型处
理后,若受外力变形，只要稍微加热便可恢复原来的面貌。这种合金目前已在不少领域得
到应用。如美国阿波罗号飞船上用的天线，就是这种记忆合金；上海第一医学院附属第九
人民医院已将这种记忆合金用于妇女绝育手术中；另外还可用于仪表、电子装置等领域。
现在，对钛的广泛使用最大障碍是钛很难冶炼。因为钛的熔点很高,冶炼钛就要在更高
的温度下进行,而在高温下钛的化学性质又变得很活泼，因此冶炼要在惰性气体保护下进
行,还要不使用含氧材料，这就对冶炼设备、工艺提出了很高的要求。目前冶炼的钛70%左
右用在制造飞机、导弹、宇宙飞船、人造卫星等方面。
目前人类对钛的应用仅仅是一个良好的开端，金属钛的前程无量,所以钛被授予“21世纪
金属”的称号。
*选自：www.hongyun.com.cn/user1/25/archives/2005/215.shtml
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