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钛的制备和应用 姓名：余大新 班级：F0805102 学号：5080519049 钛及钛合金，以其优良的理化性能和应用效能，在国民经济许多部门中有广泛的用途。过去因为价格昂贵，主要应用于国防军工行业；近年来，随着我国钛冶炼技术的进步，成本降低，应用领域大大扩展，钛及钛合金的重要性也日益凸显。表1给出我国近年来钛金属的生产能力，从中可以看出钛在国民经济中不断增强的重要性。 表1 我国近年海绵钛和钛锭的生产能力 年 份 2002 2003 2004 2005 2006 2007 海 绵 钛 全国 0.38 0.42 0.5 1.3 3.0 5.8 遵义钛业 0.3 0.3 0.35 1.0 1.4 1.4 抚顺钛业 0.08 0.12 0.15 0.2 0.5 0.5 其他厂家 0.1 1.1 3.9 钛 锭 全国 1.1 2.46 2.55 2.63 4.06 4.83 宝钛集团 0.4 0.6 0.6 0.6 1.2 1.2 宝钢特钢 0.03 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 西北院 0.05 0.05 0.4 0.4 其他厂家 0.64 1.36 1.4 1.48 1.96 2.73 下面将从钛的性质及部分生产制备工艺和应用两个方面进行介绍。 一、钛的性质 钛及钛合金具有一系列特点，如它的密度小、比强度高、耐热性能好、耐低温的性能也好，它具有优良的抗蚀性能，并且它的导热性能差、无磁、弹性模量低，但它具有很高的化学活性。 金属钛具有两种同素异形态，低温（882.5℃）稳定态为α型，密排六方晶系；高温稳定态为β型，体心立方晶系。由于α-Ti的c/a比值小于理想球形轴比1.633，所以钛时可锻性金属。α-Ti中存在的杂质对其晶格构造有很大影响，微量氧、氮的存在会使晶格沿c轴方向增长，引起c值的增加，而a值几乎不发生变化。钛的导热性较差，其导热系数比不锈钢略低。钛的导热性能与其纯度有关，杂质的存在会使钛的导热系数降低。 钛具有可塑性。高纯钛的延伸率可达50%~60%，断面收缩率可达70%~80%，但强度低（碘化钛的抗拉强度2.2~2.9MPa），不宜做结构材料。杂质对钛的力学性能影响极大，特别是间隙杂质氧、氮、碳可大大提高钛的强度，而显著地降低其塑性。尽管高纯钛的强度低，但钛基材料因含有少量杂质和添加合金元素而显著强化其力学性能，使其强度可与高强度钢相比拟。工业纯钛的抗拉强度为265~353MPa，一般钛合金为686~1176MPa，最高可达1764MPa。这就是说，钛作为结构材料所具有的良好力学性能是通过严格控制其中适当杂质含量和添加合金元素而达到的。 硬度，通常是用来衡量钛质量好坏的综合指标。硬度越大，杂质含量越高，其质量就越差。不同杂质对钛硬度的影响是不相同的，对钛硬度的影响最大的是氮、氧、碳，其次是铁、钴、硅等。同时存在几种杂质时，他它们对钛硬度的影响可以认为基本上是具有加和性。海绵钛的硬度与其杂质含量的关系，布劳斯按统计规律得出如下经验公式： 二、制取钛的部分途径 由于钛对氧的亲和势特别大，所以，即使锂、钙、镁、钡和铝也不容易将TiO还原十分完全，而且还原生成的金属钛又非常容易从氧化物（生成的还原剂氧化物和未还原的氧化钛）中吸取氧而生成Ti-O固溶体。钛与氧结合的牢固性随钛中含氧量的减少而增加。特别是钛中含氧量在1%~2%时，要从Ti-O固溶体中除去氧就变得更困难。所以，用金属还原二氧化钛很难制取含氧量很低（0.01%）的金属钛。 1、锂还原。TiO可在200℃以上的温度下被金属锂还原为金属钛： TiO+4Li＝Ti+2LiO 在TiO粉末中加入液锂（锂熔点180℃），在600℃下完成还原反应，然后用真空蒸馏法从还原产物中分离出过剩的锂，并除去产物中的LiO，便可得到粉末状的金属钛。但是使用这种方法制取金属钛，必须使用氮含量低的高纯锂。高纯锂是用活性吸气剂处理和精馏相结合的方法精制工业锂而制取，因此它的成本是很高的，无法在工业上应用。 2、镁还原。镁还原TiO的反应在700℃开始，在750℃下仅能把TiO还原为低价钛氧化物。即使在1000℃下进行还原，得到的产品中氧含量仍在2%以上。由此可见，镁还原TiO的方法不能获得含氧量低的金属钛。 3、铝还原。铝是一种廉价还原剂，它可将TiO还原为金属钛，但过程必须要在高温高条件下进行： 3 TiO+4Al＝3Ti+2AlO 在还原过程中由于生成的低价氧化钛与氧化铝形成固溶体，导致二氧化太不容易被还原完全。要使产品中的氧含量小于0.1%，则需要过量铝56%~63%，而且生成的金属钛又与铝生成稳定的金属间化合物。因此，还原剂必须过量很多，而且要从还原产品Ti-Al合