Titanium Knowledge
您對鈦的了解夠多嗎?以下將有詳細解說,讓您了解未什麼鈦是現代及未來趨勢走向的第一金屬喔!!

早在1971年,英國W.Gregor(利高爾)牧師在Meneccin(門那斯)在山谷中發現 並將鈦的原始礦砂帶回,也就是現在所說的鈦鐵礦(FeTiO3)。

1795年,德國科學家克拉普羅茲將鈦的氧化物(金紅石)成功的分離,並以希臘神話中的泰坦(Titans)命名為Titanium鈦。泰坦意思為大地之子,有英雄氣慨、勇往直前的代名詞.。

在鈦被發現的120年後,也就是1910年首次提煉出金屬鈦,主要是鈦的化學活性非常高,再加熱過程中,容易與O2、N2、H2、S和鹵素等非金屬發生作用。

鈦是一種可在太空、海洋、陸地及人體中廣泛運用的”全能金屬”,是現代最具技術魅力的金屬材料。

鈦在地殼中含量為0.63%,在金屬排列為第四,僅次於鋁、鎂、鐵。比一班常見到的銅、鎳、鉛、鋅的總和還多十幾倍。

常見的鈦礦石有金紅石(TiO2)、鈦鐵礦(FeTiO3)、銳鈦礦(TiO3)、白鈦礦(TiO2 . nH2O)和紅鈦礦(Fe2O3 . 3TiO2)等,但主要的還是金紅石和鈦鐵礦。

鈦材的原材料為海綿鈦,在工業上生產海綿態的方法是鎂還原真空蒸餾法(克勞爾法)。此方法能夠大幅減短生產週期、簡化流程、降低鎂耗和電耗,便於實行設備大型化和自動化控制等優點。

鈦金屬輕盈、銀白色,密度約為4.50g/cm3,比鋼輕43%,機械性能卻與剛差不多,比鋁大兩倍,比鎂大五倍。鈦的熔點為1668oC,沸點為3287oC。具有比鋁、鎂合金好得多的熱強性,最高使用溫度可達600oC。

鈦不只能在空氣中燃燒,也能在二氧化碳或氮氣中燃燒,燃燒時會是放出大量熱,氬氣和氦氣可以控制鈦的燃燒,但不可使用水來撲救,可能會引起爆炸。

鈦在人體體內遍佈廣泛,正常人體中每70kg體重將不超過15mg,其作用上不清楚,但是鈦能夠刺激吞噬細胞,使免疫力增強這一作用已被證實。

用鈦製器皿保持的食物,色、香、味經久不衰。鈦製炊具計輕巧,且不會生鏽,最科學衛生。鈦的多種顏色變化給設計師在首飾品上有更多的發揮空間,設計出絢麗多彩極富有個性的時尚首飾。

鈦有一個很有趣的地方,就是他的表面可以有多重顏色的變化。將金屬鈦放在電解液中通上一定的電流一段時間,其表面就會被電轉化上一層氧化膜,而氧化膜的厚薄度可決定顏色的變化(這是由光的折射原理所造成) 。鈦致色氧化膜比鈦金屬更加堅硬,而且不會如塗料,染料那樣褪色。比電度有更高的硬度和更強的結合力。

鈦具有同素羿購的結金構造,加入不同的合金元素後,鈦合金可分成α,β及α+β三類。TA系列代表α型鈦合金。TB系列代表β型鈦合金。TC系列代表α+β型鈦合金。

重要的鈦化合物有:
1. 二氧化鈦(TiO2) –
是一種寶貴的白色顏料,無毒,商品名”鈦白”,他兼有鉛白的掩蓋性能和鋅白的持久性能,他是世界上最白的物質之ㄧ,1克鈦白可以把450多平方公釐米的面積塗得雪白。
2. 四氯化鈦(TiCl4) –
是一種無色液體,有刺激性氣味,在水中或潮濕的空氣中都極易水解,冒出大量的白煙。在軍事上做為人造煙霧劑。在農用上用來保護農作物不受嚴寒、霜凍的危害。
3. 偏鈦酸鋇(BaTiO3) –
受壓變形時,會產生電流,一旦通電又會改變形狀,及”壓電性能”。此特性現已廣泛應用於超聲波儀器和水底探測器中。
鈦的十大特性:

密度小,強度高 : 金屬鈦的密度約為4.50g/cm3,高於鋁而低於鋼、銅、鎳,但強度未於金屬之首。

耐腐蝕性能 : 鈦和氧有很大的親和力,在空氣中或是含氧的介質中,鈦表面生成一層致密、且附著力強,惰性大的氧化膜,保護了鈦基體不被腐蝕,就算被磨損也能很快的自愈,並重新再生一層保護膜。

耐熱性能良好 : 鈦合金可在600oC高溫上下長期使用。

耐低溫性能良好:鈦在零下196~253oC低溫下,仍能夠保有良好的延展性及韌性,避免了金屬的冷脆性,是低溫容器和儲箱等設備的理想材料。

抗阻尼性能強 : 金屬鈦受到機械震動,電震動後與鋼、銅金屬相比,其自身震動衰減時間最長。

無磁性、無毒 : 鈦是無磁性金屬,就算長期處於磁場大的環境中,也不會被磁化。無毒且與人體組織及血液有良好的相容性,也因此被醫療界採用。

抗拉強度與其屈服強度接近 : 屈強比(抗拉強度/屈服度強)高的金屬鈦,表示鈦材料在成型時塑性變形差。由於鈦的屈服極限與彈性模量的比值大,使鈦成型時的回彈能力大。

換熱性良好 : 鈦的導熱係數雖然比碳鋼和銅低,但由於鈦優異的耐腐蝕性能 所以壁厚可以大大減薄,而且表面與蒸氣的換熱方式為滴狀冷凝,減少了熱阻,鈦表面不結垢也可減少熱阻,使鈦的換熱性明顯提高。

彈性模量低 : 鈦的彈性模量在長溫狀況下為106.4GMPa,為剛的57%。

吸氣性能 : 鈦是一種化學性質非常活潑的金屬,在高溫下成與許多不同的元素及化合物產生反應,鈦吸氣只要是指高溫下與碳、氫、氮、氧發生反應。