关于钛的16条冷知识

1、钛在地壳里排第九，比铜镍铅锌加起来还多
很多人以为钛是稀有金属，其实这是一种误解。钛在地壳中的含量约为 0.57%，在已知元素中排第九位。它的储量是铜、镍、铅、锌四种金属总和的 16 倍。含钛的矿物多达 70 多种，最常见的是钛铁矿和金红石。所以钛并不缺，缺的是把它从矿石里高效提炼出来的技术。钛资源丰富这一点，决定了它未来在民用领域有巨大的普及空间。

2、钛的名字来自希腊神话的 “泰坦神族”
1791 年，英国牧师兼矿物学家格雷戈尔在英格兰康沃尔郡的小溪边发现了一种黑色沙子，其中含有一种未知的白色金属氧化物。1795 年，德国化学家克拉普罗特在研究金红石时也独立发现了同样的元素。克拉普罗特引用希腊神话中泰坦神族 “Titanic” 的名字，将这种新元素命名为 “Titanium”，中文译音定为 “钛”。钛的名字本身就带着 “巨人” 的寓意，这跟它后来展现出的强大性能非常相称。

3、从发现到炼出纯钛，人类等了 119 年
格雷戈尔和克拉普罗特发现的只是二氧化钛粉末，不是金属钛。因为钛的氧化物极其稳定，金属钛在高温下又极易与氧、氮、碳发生反应，单质钛非常难制取。直到 1910 年，美国化学家亨特才第一次用钠还原四氯化钛的方法，制得了纯度达到 99.9% 的金属钛。从 1791 年发现到 1910 年炼出纯金属，中间隔了 119 年。这说明一个道理：好东西来得不容易。

4、钛真正走向工业，靠的是 “克劳尔法”
1940 年，卢森堡科学家克劳尔用镁还原四氯化钛，制得了纯钛。这种方法后来被称为 “克劳尔法”，成为工业生产海绵钛的主流工艺。美国在 1948 年用镁还原法首次工业产出 2 吨海绵钛，从此钛开启了工业化时代。钛的工业化最初完全靠军工需求拉动，真正进入民用领域是 1965 年以后的事。这条时间线告诉我们：钛从军用走向民用，走了二十多年。

5、钛的密度只有钢的 57%，强度却不输钢
钛的密度约为 4.5 克 / 立方厘米，只有铁的 57% 左右，却拥有匹敌钢材的强度。用一句好记的话说，钛就是一个 “苗条的壮汉”。同样是做一副眼镜架或者一个保温杯，用钛做出来的重量明显轻于不锈钢。对于中老年朋友来说，这意味着鼻梁上的压迫感更小、手里拿的东西更省力。钛的这种 “轻而强” 的特性，来源于它特殊的原子排列方式和金属键结构。

6、“亲生物金属”：钛不和人体打架
钛在医学上有一个特殊的称号 ——“亲生物金属”。北京市医疗器械检验所的科普资料指出，钛的物理化学性质十分稳定，不会被人体吸收，与体液和药品接触也不发生化学反应，不电离，不与人体的肌肉骨骼发生排斥反应。正因为这一点，目前用于外科植入物和矫形器械的金属材料都含有钛，广泛应用于骨骼和牙齿的缺损、创伤、矫形及替代修复。对于需要做关节置换或种植牙的中老年人来说，钛是一个让人放心的选择。

7、种植牙的 “根”，就是钛做的
种植牙之所以能牢固地长在牙槽骨里，靠的是钛的 “骨整合” 能力。钛植入牙槽骨后，骨细胞会直接与钛表面结合，形成紧密的生理连接。1960 年代，瑞典科学家布伦马克首次将纯钛用作口腔种植体，从此奠定了现代种植牙的技术基础。长期研究显示，钛制牙科植入物 10 年存活率超过 95%。如果您或家人考虑种牙，了解这一点会更有信心。

8、钛关节能用二三十年，帮很多人保住行动能力
钛合金是制造人工髋关节和膝关节的重要材料。钛植入物具有出色的长期耐久性，部分植入物使用寿命可以超过 30 年。钛合金的弹性模量低于钴铬合金，更接近人体骨骼的弹性，能减少 “应力遮挡” 效应，让骨骼保持更自然的受力状态。对于因骨关节炎导致行动不便的中老年人来说，钛关节的普及意味着更多人可以重新站起来走路。

9、飞机越新，用的钛越多
航空工业是钛最大的用户之一。波音客机的用钛量从早期 707 的 0.5% 一路增长到 787 的 15% 左右，空客 A350 的钛合金用量也达到了 14%。中国自主研发的 C919 大型客机，钛合金零部件净质量约占飞机总净质量的 9.3%。飞机用钛量增加的背后，是因为碳纤维复合材料用得越来越多，而钛与碳纤维复合材料的相容性最好，既能减轻重量又能保证结构强度。

10、钛在海水里泡五年，捞出来还是亮闪闪的
钛有一个让工程师们惊叹的本事：不怕海水。2018 年日本科研机构的实验结果显示，钛在海水中的腐蚀速率仅为不锈钢的 1/1000。有人在海底放了一块钛，五年后取出来，表面粘着海洋生物，但钛本身一点没生锈，依旧光亮。钛表面在空气中会瞬间形成一层仅 2 到 5 纳米厚的致密氧化膜，这层膜即使被划伤，只要接触到氧气就能立即 “自愈”。正因如此，钛被誉为 “海洋金属”，广泛用于潜艇、深海潜水器和海水管道。

11、苏联曾经用钛造核潜艇，一艘用钛九千吨
冷战时期，苏联在钛合金潜艇领域走在世界最前面。苏联从 1960 年代开始研究钛合金在舰艇中的应用，1968 年第一艘全钛核潜艇下水。1980 年代建造的 “台风” 级弹道导弹核潜艇，每艘钛材用量高达 9000 吨，水下排水量达到 33800 吨，是世界上最大的潜艇。钛合金无磁性、强度高、耐海水腐蚀，能承受深水炸弹的冲击波，是核潜艇耐压壳体的理想材料。这段历史说明，钛在国家安全层面具有战略意义。

12、钛眼镜架只有不锈钢重量的四成，还不容易过敏
最早的钛金属眼镜架出现在 1980 年，1982 年日本公司推出了全球第一副全纯钛镜架。纯钛镜架的重量大约是不锈钢的 40%，强度却是钢的两倍。更重要的是，钛具有抗过敏特性，不容易引起皮肤不适。对于皮肤敏感、戴金属镜架容易发红发痒的中老年朋友来说，钛镜架是一个实实在在的改善。钛镜架加工需要在真空环境下焊接，工艺难度高于普通金属镜架，所以价格也更高。

13、钛保温杯：装茶装药都不串味
钛制水杯近年来越来越受欢迎，不只是因为轻。金属钛是公认的健康无毒元素，也是唯一对人的植物神经和味觉神经没有影响的金属。钛杯不容易滋生细菌，洗完后不容易留味道，不论是装牛奶、豆浆，还是装中药、茶水，都不会产生金属味或异味。钛杯的轻便也是一大亮点，一支钛杯大多只有 45 克左右，相当于一颗鸡蛋的重量。不过要提醒一句：市场上不少所谓 “钛杯” 其实是镀钛或钛涂层产品，选购时应当认准 TA1、TA2 工业纯钛牌号。

14、您家的白墙和牙膏里，可能都有钛
地球上开采的钛矿石中，约 95% 都被用来提炼二氧化钛。二氧化钛是一种超白的持久颜料，广泛用于涂料、纸张、塑料、油墨和牙膏。您家里刷的白墙、用的白色牙膏，里面很可能就有钛白粉。二氧化钛还被用于防晒霜，因为它能有效阻挡紫外线，而且不易在紫外线下变色。美国食品药品监督管理局已批准二氧化钛作为食品、药品和化妆品中的着色剂使用。钛不仅是 “高精尖” 材料，也是我们日常生活中无声的伙伴。

15、国家大剧院的 “银色穹顶”，就是钛做的
北京国家大剧院的椭球屋面，最外层由 20000 多块钛金属板组成，钛板厚度仅有 0.4 毫米。钛板质地坚硬，比钢坚硬 30%，但比钢轻，抗腐蚀性非常强。这层钛金属板配合玻璃幕墙，使国家大剧院的外观在白天呈现银灰色的科技感，晚上则透出内部温暖的光。钛作为建筑材料，还用于大厦幕墙、屋顶、桥梁、纪念碑等场合，因为它几乎不需要维护，风吹雨打几十年依然光鲜。

16、钛的 “终极价值” 在于可循环，但普及仍需时间
钛是一种可以回收利用的金属。废钛可以通过熔盐电解法、氢等离子体脱氧法等技术重新提炼，回收过程比从矿石冶炼的能耗更低、碳排放更少。从长远看，钛的环保价值值得重视。但钛制品目前的价格普遍是不锈钢的 5 到 8 倍，原料成本居高不下，成型加工也比较困难。钛要真正走进千家万户，还需要技术进步和成本下降。不过方向是明确的：好材料终将惠及更多人。

◎本文图源网络，版权归原作者所有，侵权联系删