1795年,奧地利科學(xué)家克拉普羅特(M.A.Klaproth)在研究金紅石時(shí),發(fā)現(xiàn)了一種新元素,以希臘神話人物蒂希安(Titans)命名,這就是“鈦”名稱的來源。1910年,美國化學(xué)家享特(M.A.Hunter)以鈉還原四氯化鈦制得較純的鈦;1932年,盧森堡科學(xué)家克羅爾(W.J.Kroll)用鎢還原四氯化鈦獲得鈦;1940年,克羅爾又在氬保護(hù)下用鎂還原四氯化鈦制得鈦,奠定了20世紀(jì)70年代以來工業(yè)制鈦的基礎(chǔ)。
鈦在高溫下易與氧、氮、氫、水汽、氦、一氧化碳、二氧化碳等物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),因此,鈦可作為良好的吸氣劑。鈦的表面能生成致密的氧化膜,有保護(hù)作用,因此,鈦在海水、堿性溶液、硝酸、含水氯中有很強(qiáng)的抗腐蝕能力,在濃度小于5%的稀鹽酸和稀硫酸中,也有一定的抗腐蝕能力。氫化鈦很脆,易磨成粉,鈦在一定溫度范圍內(nèi)吸氫,升高溫度又放出來,成為一種良好的儲(chǔ)氫材料。
鈦的物理性能與其雜質(zhì)含量及種類密切相關(guān),含有雜質(zhì)氧、氮、碳會(huì)增加其硬度,鐵還會(huì)降低其抗蝕性,因此,工業(yè)用鈦對(duì)其雜質(zhì)含量有著嚴(yán)格要求。
鈦?zhàn)鳛槊裼蒙钇返膬?yōu)點(diǎn)
鈦是一種親生物金屬,是制造民用生活品的優(yōu)秀材料,雖然銀也可以用于制作民用生活品,但銀的價(jià)格比鈦高,且綜合性能遠(yuǎn)不如鈦。
鈦在制造民用生活品方面有較多優(yōu)點(diǎn):
親生物性。鈦與人體骨骼接近,與人體組織具有良好的生物相容性,無任何毒副作用。當(dāng)下,全球外科的植入鈦合金年增長率高達(dá)約15%。
無重金屬污染。工業(yè)純鈦的鈦含量都大于99%,僅含微量的Fe、C等,不含對(duì)人體有害的Hg、Cr、As、Cd等重金屬,其他重金屬的含量均低至國家標(biāo)準(zhǔn)的1/3,甚至1/10。因此,鈦成為制造鍋、熱水器和壺、杯等民用生活品的上乘材料,也是制備兒童生活用品的優(yōu)秀材料。
抑菌功能明顯。鈦表面的氧化膜可抑制細(xì)菌繁殖與生長,有害細(xì)菌在鈦容器中很難生存。中國和日本的一些鈦業(yè)公司開發(fā)的鈦筷子、水杯、運(yùn)動(dòng)壺、茶杯、酒杯等民用生活品,深受消費(fèi)者喜愛。
輕便易攜帶。鈦的密度為4.51g/cm3,比不銹鋼的(7.8g/cm3)小,因此,相同體積的鈦比不銹鋼輕得多,鈦水壺及其他用品由于質(zhì)量輕、體積小而受到戶外運(yùn)動(dòng)愛好者的青睞。
不易變形。鈦的熔點(diǎn)高達(dá)1667℃,可在600℃的高溫下長期使用且不會(huì)變形,不會(huì)發(fā)生疲勞破壞,不會(huì)產(chǎn)生氧化脫落。
優(yōu)異的抗腐蝕性和綜合性能。鈦的抗蝕性、力學(xué)性能和工藝性能較好,在化工、制藥、制堿等生產(chǎn)中,鈦?zhàn)鳛槟透g材料,可用于代替不銹鋼、鎳合金和其他稀有金屬。使用鈦制工業(yè)設(shè)備對(duì)增加產(chǎn)量、提高產(chǎn)品質(zhì)量、延長設(shè)備使用期限、降低生產(chǎn)成本、防止污染、保護(hù)環(huán)境、改善勞動(dòng)條件和提高生產(chǎn)率均有著十分重要的意義。
2021年,中國鈦制鍋具約1000萬只,每只鈦材用量約1kg,即冷軋鈦帶用量達(dá)1萬噸;鈦制水具(杯、壺)約1100萬只,若每只水具鈦材用量0.3kg,則鈦材總用量約3300噸。其他鈦用品如碗筷、刀叉、運(yùn)動(dòng)及戶外用品等無法估算。