低氧鈦工藝創(chuàng)新的除氧技術(shù)成本更低高精尖領(lǐng)域都用的鈦究竟牛在哪
核心提示：純鈦，一般指純度大于99%的鈦材料，而純度達(dá)到99.99%甚至更高的鈦材料，則被稱之為高純鈦。高純鈦具有密度低、熔點(diǎn)高、耐腐蝕性
純鈦，一般指純度大于99%的鈦材料，而純度達(dá)到99.99%甚至更高的鈦材料，則被稱之為高純鈦。高純鈦具有密度低、熔點(diǎn)高、耐腐蝕性好、塑性好等特點(diǎn)，近年來(lái)隨著航空航天和電子信息等高科技行業(yè)的發(fā)展，高純鈦的需求量正在不斷增加，助力航天騰飛。
東京大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種生產(chǎn)含氧量極低的鈦的新方法，大大降低了生產(chǎn)成本。他們的研究介紹了一種利用釔將氧含量降低到 0.02% （按質(zhì)量計(jì)）的經(jīng)濟(jì)有效的工藝。盡管釔在鈦合金中的含量高達(dá) 1%（按質(zhì)量計(jì)算），這對(duì)充分實(shí)現(xiàn)鈦在制造業(yè)中的潛在應(yīng)用構(gòu)成了挑戰(zhàn)，但這一突破可使鈦在工業(yè)中得到更廣泛的應(yīng)用。
東京研究人員開發(fā)的一種新方法大大降低了生產(chǎn)低氧鈦的成本，一旦釔污染問(wèn)題得到解決，有望在工業(yè)領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。鈦是地殼中含量第九高的元素，但由于從鈦礦石中提取氧氣的成本較高，因此用純鈦制造的產(chǎn)品很少見(jiàn)。降低這些成本可以促使制造商在其產(chǎn)品中更廣泛地利用鈦的有益特性。
現(xiàn)在，東京大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究所的研究人員在最近發(fā)表于《自然-通訊》（Nature Communications）上的一項(xiàng)研究中，開發(fā)出了一種程序，可以降低生產(chǎn)幾乎完全不含氧的鈦的成本。這種除氧方案可能有利于技術(shù)發(fā)展和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。
該研究的主要作者 Toru H. Okabe 解釋說(shuō)："工業(yè)大量生產(chǎn)鐵和鋁金屬，但不生產(chǎn)鈦金屬，因?yàn)閺牡V石中去除氧氣的成本很高。我們采用了一種基于稀土金屬的創(chuàng)新技術(shù)，可以將鈦中的氧去除到單位質(zhì)量的 0.02%。"研究人員方案中的一個(gè)關(guān)鍵步驟是將熔融鈦與金屬釔和三氟化釔或類似物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)。最終得到的是一種低成本、固態(tài)、脫氧的鈦合金。反應(yīng)后的釔可以回收再利用。研究人員工作的一大亮點(diǎn)是，即使是含有大量氧氣的鈦廢料也可以用這種方法進(jìn)行處理。
"我們對(duì)協(xié)議的多功能性感到興奮，"Toru H. Okabe 說(shuō)。Okabe 說(shuō)。"缺乏中間化合物和簡(jiǎn)單明了的程序?qū)⒋龠M(jìn)工業(yè)界的采用。"
與目前相比，這項(xiàng)工作在更有效地利用高純度鈦方面邁出了重要一步。這項(xiàng)工作的局限性在于，脫氧后的鈦含有釔，質(zhì)量含量高達(dá) 1%；釔會(huì)影響鈦合金的機(jī)械和化學(xué)特性。在解決了釔污染問(wèn)題后，應(yīng)用于工業(yè)制造將變得簡(jiǎn)單易行。
1、鈦為什么這么貴
要解決飛機(jī)飛的快，最主要難關(guān)就是機(jī)翼發(fā)熱問(wèn)題的克服。飛機(jī)速度快了之后，機(jī)翼上的空氣受到壓縮，放出大量的熱，機(jī)翼溫度急劇升高，達(dá)到聲音三倍后，表面溫度可以達(dá)到500攝氏度。過(guò)去飛機(jī)機(jī)翼多用金屬鋁合金，雖然密度小，但是不耐熱，300攝氏度左右已經(jīng)吃不消。而金屬鈦則徹底解決了這方面問(wèn)題。
鈦的密度僅是鐵的1/2，卻像銅一樣經(jīng)得起錘擊和拉延。在超低溫世界里，鈦會(huì)變得更為堅(jiān)硬，并有超導(dǎo)體的性能，而鋼鐵則變得脆弱無(wú)能。此外鈦還有很強(qiáng)的耐酸堿腐蝕能力，在海水中浸4年不銹蝕，用鈦合金為船只制造外殼，海水無(wú)法腐蝕它。用鈦合金制成的“鈦潛艇”，可潛入4500米的深度，一般鋼鐵潛艇在超過(guò)300米就容易被水壓壓壞。鈦在地殼中約占總重量的0.42%，是 銅、鎳、鉛、鋅的總量的16倍，可以說(shuō)是儲(chǔ)量巨大。前段時(shí)間中國(guó)星空-2飛行器成功試射也著實(shí)令西方焦慮。
鈦在高科技領(lǐng)域廣泛用途：制造火箭、導(dǎo)彈宇宙飛船。起飛和降落、運(yùn)行過(guò)程都能經(jīng)受住“烈火”的考驗(yàn)。據(jù)說(shuō)我國(guó)多次成功試射的超高音速導(dǎo)彈的外殼就大量使用了鈦合金。有的讀者會(huì)想，太空極低溫度會(huì)影響嗎？不會(huì)的，鈦在零下一百多度不發(fā)脆、不斷裂，又被稱為“未來(lái)之金屬”。
金屬鈦含量豐富，應(yīng)用廣泛，可以大量冶煉。但是生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜，成本較高。主要存在的鈦鐵礦，每噸價(jià)格在2000元左右，冶煉后純鈦價(jià)格比銀子還貴啦，一般我們民用普通設(shè)備是不需要用金屬鈦的。
2、我國(guó)鈦工業(yè)發(fā)展史
我國(guó)的鈦工業(yè)起步于 20 世紀(jì) 50 年代，其發(fā)展歷程充滿了艱辛與坎坷。在長(zhǎng)達(dá) 42 年的時(shí)間里，中國(guó)海綿鈦的產(chǎn)量不足 3 萬(wàn)噸。然而，隨著時(shí)間的推移，進(jìn)入 21 世紀(jì)后，中國(guó)的鈦工業(yè)開始迎來(lái)了迅速發(fā)展的時(shí)期。遵義鈦廠成為了國(guó)內(nèi)第一家 5000 噸級(jí)規(guī)模的海綿鈦廠，寶鈦集團(tuán)的鈦材加工能力也得到了大幅提升，海綿鈦的市場(chǎng)需求呈現(xiàn)出持續(xù)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。中國(guó)的鈦工業(yè)從此邁入了“量級(jí)時(shí)代”，產(chǎn)能迅速擴(kuò)張，產(chǎn)量大幅增長(zhǎng)。然而，鈦市場(chǎng)也面臨著供需失衡等問(wèn)題，下游應(yīng)用領(lǐng)域尚未得到全面拓展。2010 年，鈦市場(chǎng)迎來(lái)了一場(chǎng)“大洗牌”，轉(zhuǎn)型升級(jí)成為了當(dāng)務(wù)之急，這也是時(shí)代發(fā)展的必然要求。
從 2022 年開始，新一輪的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)全面鋪開，中國(guó)的鈦產(chǎn)業(yè)迎來(lái)了從量變到質(zhì)變的歷史性變革時(shí)期。在未來(lái)的發(fā)展中，我國(guó)的鈦產(chǎn)業(yè)將不斷加強(qiáng)科技創(chuàng)新，提高產(chǎn)品質(zhì)量和附加值，拓展應(yīng)用領(lǐng)域，推動(dòng)鈦產(chǎn)業(yè)向高端化、智能化、綠色化方向發(fā)展。同時(shí)，加強(qiáng)國(guó)際合作，提升我國(guó)鈦產(chǎn)業(yè)在全球市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力和影響力，為全球鈦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。 相信在不久的將來(lái)，鈦將在更多領(lǐng)域展現(xiàn)出其獨(dú)特的魅力和價(jià)值，為人類社會(huì)的發(fā)展帶來(lái)更多的可能。鈦從過(guò)去走向現(xiàn)在，又必然而然地要從現(xiàn)在走向未來(lái)。讓我們共同期待鈦的未來(lái)，期待它在科技進(jìn)步和人類生活中的更多精彩表現(xiàn)！
文章來(lái)源： cnBeta，化學(xué)科技生活，鈦小白
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東京大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種生產(chǎn)含氧量極低的鈦的新方法，大大降低了生產(chǎn)成本。他們的研究介紹了一種利用釔將氧含量降低到 0.02% （按質(zhì)量計(jì)）的經(jīng)濟(jì)有效的工藝。盡管釔在鈦合金中的含量高達(dá) 1%（按質(zhì)量計(jì)算），這對(duì)充分實(shí)現(xiàn)鈦在制造業(yè)中的潛在應(yīng)用構(gòu)成了挑戰(zhàn)，但這一突破可使鈦在工業(yè)中得到更廣泛的應(yīng)用。
東京研究人員開發(fā)的一種新方法大大降低了生產(chǎn)低氧鈦的成本，一旦釔污染問(wèn)題得到解決，有望在工業(yè)領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。鈦是地殼中含量第九高的元素，但由于從鈦礦石中提取氧氣的成本較高，因此用純鈦制造的產(chǎn)品很少見(jiàn)。降低這些成本可以促使制造商在其產(chǎn)品中更廣泛地利用鈦的有益特性。
現(xiàn)在，東京大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究所的研究人員在最近發(fā)表于《自然-通訊》（Nature Communications）上的一項(xiàng)研究中，開發(fā)出了一種程序，可以降低生產(chǎn)幾乎完全不含氧的鈦的成本。這種除氧方案可能有利于技術(shù)發(fā)展和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。
該研究的主要作者 Toru H. Okabe 解釋說(shuō)："工業(yè)大量生產(chǎn)鐵和鋁金屬，但不生產(chǎn)鈦金屬，因?yàn)閺牡V石中去除氧氣的成本很高。我們采用了一種基于稀土金屬的創(chuàng)新技術(shù)，可以將鈦中的氧去除到單位質(zhì)量的 0.02%。"研究人員方案中的一個(gè)關(guān)鍵步驟是將熔融鈦與金屬釔和三氟化釔或類似物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)。最終得到的是一種低成本、固態(tài)、脫氧的鈦合金。反應(yīng)后的釔可以回收再利用。研究人員工作的一大亮點(diǎn)是，即使是含有大量氧氣的鈦廢料也可以用這種方法進(jìn)行處理。
"我們對(duì)協(xié)議的多功能性感到興奮，"Toru H. Okabe 說(shuō)。Okabe 說(shuō)。"缺乏中間化合物和簡(jiǎn)單明了的程序?qū)⒋龠M(jìn)工業(yè)界的采用。"
與目前相比，這項(xiàng)工作在更有效地利用高純度鈦方面邁出了重要一步。這項(xiàng)工作的局限性在于，脫氧后的鈦含有釔，質(zhì)量含量高達(dá) 1%；釔會(huì)影響鈦合金的機(jī)械和化學(xué)特性。在解決了釔污染問(wèn)題后，應(yīng)用于工業(yè)制造將變得簡(jiǎn)單易行。
1、鈦為什么這么貴
要解決飛機(jī)飛的快，最主要難關(guān)就是機(jī)翼發(fā)熱問(wèn)題的克服。飛機(jī)速度快了之后，機(jī)翼上的空氣受到壓縮，放出大量的熱，機(jī)翼溫度急劇升高，達(dá)到聲音三倍后，表面溫度可以達(dá)到500攝氏度。過(guò)去飛機(jī)機(jī)翼多用金屬鋁合金，雖然密度小，但是不耐熱，300攝氏度左右已經(jīng)吃不消。而金屬鈦則徹底解決了這方面問(wèn)題。
鈦的密度僅是鐵的1/2，卻像銅一樣經(jīng)得起錘擊和拉延。在超低溫世界里，鈦會(huì)變得更為堅(jiān)硬，并有超導(dǎo)體的性能，而鋼鐵則變得脆弱無(wú)能。此外鈦還有很強(qiáng)的耐酸堿腐蝕能力，在海水中浸4年不銹蝕，用鈦合金為船只制造外殼，海水無(wú)法腐蝕它。用鈦合金制成的“鈦潛艇”，可潛入4500米的深度，一般鋼鐵潛艇在超過(guò)300米就容易被水壓壓壞。鈦在地殼中約占總重量的0.42%，是 銅、鎳、鉛、鋅的總量的16倍，可以說(shuō)是儲(chǔ)量巨大。前段時(shí)間中國(guó)星空-2飛行器成功試射也著實(shí)令西方焦慮。
鈦在高科技領(lǐng)域廣泛用途：制造火箭、導(dǎo)彈宇宙飛船。起飛和降落、運(yùn)行過(guò)程都能經(jīng)受住“烈火”的考驗(yàn)。據(jù)說(shuō)我國(guó)多次成功試射的超高音速導(dǎo)彈的外殼就大量使用了鈦合金。有的讀者會(huì)想，太空極低溫度會(huì)影響嗎？不會(huì)的，鈦在零下一百多度不發(fā)脆、不斷裂，又被稱為“未來(lái)之金屬”。
金屬鈦含量豐富，應(yīng)用廣泛，可以大量冶煉。但是生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜，成本較高。主要存在的鈦鐵礦，每噸價(jià)格在2000元左右，冶煉后純鈦價(jià)格比銀子還貴啦，一般我們民用普通設(shè)備是不需要用金屬鈦的。
2、我國(guó)鈦工業(yè)發(fā)展史
我國(guó)的鈦工業(yè)起步于 20 世紀(jì) 50 年代，其發(fā)展歷程充滿了艱辛與坎坷。在長(zhǎng)達(dá) 42 年的時(shí)間里，中國(guó)海綿鈦的產(chǎn)量不足 3 萬(wàn)噸。然而，隨著時(shí)間的推移，進(jìn)入 21 世紀(jì)后，中國(guó)的鈦工業(yè)開始迎來(lái)了迅速發(fā)展的時(shí)期。遵義鈦廠成為了國(guó)內(nèi)第一家 5000 噸級(jí)規(guī)模的海綿鈦廠，寶鈦集團(tuán)的鈦材加工能力也得到了大幅提升，海綿鈦的市場(chǎng)需求呈現(xiàn)出持續(xù)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。中國(guó)的鈦工業(yè)從此邁入了“量級(jí)時(shí)代”，產(chǎn)能迅速擴(kuò)張，產(chǎn)量大幅增長(zhǎng)。然而，鈦市場(chǎng)也面臨著供需失衡等問(wèn)題，下游應(yīng)用領(lǐng)域尚未得到全面拓展。2010 年，鈦市場(chǎng)迎來(lái)了一場(chǎng)“大洗牌”，轉(zhuǎn)型升級(jí)成為了當(dāng)務(wù)之急，這也是時(shí)代發(fā)展的必然要求。
從 2022 年開始，新一輪的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)全面鋪開，中國(guó)的鈦產(chǎn)業(yè)迎來(lái)了從量變到質(zhì)變的歷史性變革時(shí)期。在未來(lái)的發(fā)展中，我國(guó)的鈦產(chǎn)業(yè)將不斷加強(qiáng)科技創(chuàng)新，提高產(chǎn)品質(zhì)量和附加值，拓展應(yīng)用領(lǐng)域，推動(dòng)鈦產(chǎn)業(yè)向高端化、智能化、綠色化方向發(fā)展。同時(shí)，加強(qiáng)國(guó)際合作，提升我國(guó)鈦產(chǎn)業(yè)在全球市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力和影響力，為全球鈦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。 相信在不久的將來(lái)，鈦將在更多領(lǐng)域展現(xiàn)出其獨(dú)特的魅力和價(jià)值，為人類社會(huì)的發(fā)展帶來(lái)更多的可能。鈦從過(guò)去走向現(xiàn)在，又必然而然地要從現(xiàn)在走向未來(lái)。讓我們共同期待鈦的未來(lái)，期待它在科技進(jìn)步和人類生活中的更多精彩表現(xiàn)！
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