鈦的比重僅是鐵的1/2,卻像銅一樣經(jīng)得起錘擊和拉延?! ≡诔蜏厥澜缋?,鈦會變得更為堅(jiān)硬,并有超導(dǎo)體的性能,鋼則變得脆弱無能?! ♀佊泻軓?qiáng)的耐酸堿腐蝕能力,在海中浸5年不銹蝕,鋼鐵在海水中則會腐蝕變質(zhì)。用鈦合金為船只制造外殼,海水無法腐蝕它。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300米就容易被水壓壓壞?! ?鈦飛機(jī) 堅(jiān)實(shí)又輕便,一架大型鈦客機(jī)可比同樣重的普通飛機(jī)多載100余人,飛機(jī)時(shí)速每小時(shí)可超過3000千米,鋁合金飛機(jī)最多是2400千米?! ±免伜弯唽諝獾膹?qiáng)大吸收力,可以除去空氣,造成真空。用鈦鋯合金制成的真空泵,可以把空氣抽到只剩下十億分之一?! ≡诤教焓聵I(yè)中,鈦可制成飛船的 外衣 ,防高溫的侵襲?! ♀伜玩嚱M成的合金,被成為 記憶合金 。這種合金制成預(yù)先確定的形狀,再經(jīng)定型處理后,若受外力變形,只要稍微加熱便可恢復(fù)原來的面貌。這種合金目前已在不少領(lǐng)域得到應(yīng)用。如美國阿波羅號飛船上用的天線,就是這種記憶合金;上海第一醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院已將這種記憶合金用于婦女絕育手術(shù)中;另外還可用于儀表、電子裝置等領(lǐng)域。 碳化鈦(TiC)頗象碳化鐵,具有金屬光澤??伤忍蓟F具有更高的熔點(diǎn)和更高的硬度。所以,它有著實(shí)際應(yīng)用價(jià)值?! ∮免佒破髅蟊4娴氖澄铮?、香、味經(jīng)久不衰;鈦制炊具既輕巧,又不會生銹,最合科學(xué)衛(wèi)生?! ∮免伜辖鹬瞥傻母邏喝萜?,能夠耐受2500個(gè)大氣壓的高壓。 鈦在外科醫(yī)療手術(shù)上的應(yīng)用,也非常引人入勝。目前,外科接骨是用不銹鋼,使用不銹鋼有一個(gè)缺點(diǎn),就是接骨愈合之后,要把不銹鋼片再取出來,這是件十分痛苦的事。不然,不銹鋼會因生銹而對人體產(chǎn)生危害。如果改用鈦制的 人造骨胳 將使骨科技術(shù)完全改觀。在頭損壞的地方,用鈦片與鈦螺絲釘,過了幾個(gè)月,骨頭就會重新生長在鈦片的小孔與螺絲里,新的肌肉纖維就包在鈦的薄片上,鈦骨骼宛如真正的骨骼一樣和血肉相聯(lián),起到支撐和加固作用,所以,鈦被人們贊譽(yù)為 親生物金屬 ?,F(xiàn)在它已開始應(yīng)用于膝關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肋關(guān)節(jié)、頭蓋骨、主動心瓣、骨骼固定夾等方面?! ≡跓掍摴I(yè)中,少量鈦是良好的脫氧、除氮及除硫劑?! ♀佀徜^晶體被廣泛應(yīng)用于超聲波儀器和水底探測器中。這是因?yàn)榫哂惺軌簲馗淖冃螤顣r(shí),會產(chǎn)生電流;一旦通電又會改變形狀。把鈦酸鋇放在超聲波中,它受壓便會產(chǎn)生電流,由它所產(chǎn)生的電流的大小可以測知超聲波的強(qiáng)弱;相反,用高頻電流通過它,則可以產(chǎn)生超聲波?! ≡谟媒鹕b飾工藝品和日用品中,由于它們的硬度低、容易刺破和磨損,不能耐久。當(dāng)在這些物質(zhì)的表面鍍一層氮化鈦時(shí),外觀幾乎和黃金的鍍層一模一樣,而比黃金以及硬質(zhì)合金更耐磨,這種鍍層被譽(yù)為具有 永不磨損性 ?! ∮袡C(jī)鈦聚合物,可用作表面活性劑、分散劑、抗水劑或防銹劑。 目前人類使用的四個(gè)系列的貯氫金屬中,鈦系是其中一種,也是比較便宜的一種,但目前人類還沒有找到更理想的 貯氫金屬 ,一旦這個(gè)問題解決了,人們就可以用氫做燃料。鈦在較高的溫度下,可與許多元素和化合物發(fā)生反應(yīng)。各種元素,按其與鈦發(fā)生不同反應(yīng)可分為四類: 第一類:鹵素和氧族元素與鈦生成共價(jià)鍵與離子鍵化合物; 第二類:過渡元素、氫、鈹、硼族、碳族和氮族元素與鈦生成金屬間化物和有限固溶體; 第三類:鋯、鉿、釩族、鉻族、鈧元素與鈦生成無限固溶體; 第四類:惰性氣體、堿金屬、堿土金屬、稀土元素(除鈧外),錒、釷等不與鈦發(fā)生反應(yīng)或基本上不發(fā)生反應(yīng)。 與化合物的反應(yīng):◇HF和氟化物 氟化氫氣體在加熱時(shí)與鈦發(fā)生反應(yīng)生成TiF4,反應(yīng)式為(1);不含水的氟化氫液體可在鈦表面上生成一層致密的四氟化鈦膜,可防止HF浸入鈦的內(nèi)部。氫氟酸是鈦的最強(qiáng)熔劑。即使是濃度為1%的氫氟酸,也能與鈦發(fā)生激烈反應(yīng),見式(2);無水的氟化物及其水溶液在低溫下不與鈦發(fā)生反應(yīng),僅在高溫下熔融的氟化物與鈦發(fā)生顯著反應(yīng)。Ti+4HF=TiF4+2H2+135.0千卡(1)2Ti+6HF=2TiF4+3H2(2)◇HCl和氯化物 氯化氫氣體能腐蝕金屬鈦,干燥的氯化氫在 300℃時(shí)與鈦反應(yīng)生成TiCl4,見式(3);濃度 5%的鹽酸在室溫下不與鈦反應(yīng),20%的鹽酸在常溫下與鈦發(fā)生瓜在生成紫色的TiCl3,見式(4);當(dāng)溫度長高時(shí),即使稀鹽酸也會腐蝕鈦。各種無水的氯化物,如鎂、錳、鐵、鎳、銅、鋅、汞、錫、鈣、鈉、鋇和NH4離子及其水溶液,都不與鈦發(fā)生反應(yīng),鈦在這些氯化物中具有很好的穩(wěn)定性。Ti+4HCl=TiCl4+2H2+94.75千卡(3)2Ti+6HCl=TiCl3+3H2(4)◇硫酸和硫化氫 鈦與 5%的稀硫酸反應(yīng)后在鈦表面上生成保護(hù)性氧化膜,可保護(hù)鈦不被稀酸繼續(xù)腐蝕。但 5%的硫酸與鈦有明顯的反應(yīng),在常溫下,約40%的硫酸對鈦的腐蝕速度最快,當(dāng)濃度大于40%,達(dá)到60%時(shí)腐蝕速度反而變慢,80%又達(dá)到最快。加熱的稀酸或50%的濃硫酸可與鈦反應(yīng)生成硫酸鈦,見式(5),(6),加熱的濃硫酸可被鈦還原,生成SO2,見式(7)。常溫下鈦與硫化氫反應(yīng),在其表面生成一層保護(hù)膜,可阻止硫化氫與鈦的進(jìn)一步反應(yīng)。但在高溫下,硫化氫與鈦反應(yīng)析出氫,見式(8),粉末鈦在600℃開始與硫化氫反應(yīng)生成鈦的硫化物,在900℃時(shí)反應(yīng)產(chǎn)物主要為TiS,1200℃時(shí)為Ti2S3。Ti+H2SO4=TiSO4+H2(5)2Ti+3H2SO4=Ti2(SO4)3+H2(6)2Ti+6H2SO4=Ti2(SO4)3+3SO2+6H2O+202千卡(7)Ti+H2S=TiS+H2+70千卡(8)◇硝酸和王水致密的表面光滑的鈦對硝酸具有很好的穩(wěn)定性,這是由于硝酸能快速在鈦表面生成一層牢固的氧化膜,但是表面粗糙,特別是海綿鈦或粉末鈦,可與次、熱稀硝酸發(fā)生反應(yīng),見式(9)、(10),高于70℃的濃硝酸也可與鈦發(fā)生反應(yīng),見式(11);常溫下,鈦不與王水反應(yīng)。溫度高時(shí),鈦可與王水反應(yīng)生成TiCl2。3Ti+4HNO3+4H2O=3H4TiO4+4NO(9)3Ti+4HNO3+H2O=3H2TiO3+4NO(10)Ti+8HNO3=Ti(NO3)4+4NO2+4H2O(11) 綜上所述,鈦的性質(zhì)與溫度及其存在形態(tài)、純度有著極其密切的關(guān)系。致密的金屬鈦在自然界中是相當(dāng)穩(wěn)定的,但是,粉末鈦在空氣中可引起自燃。鈦中雜質(zhì)的存在,顯著的影響鈦的物理、化學(xué)性能、
機(jī)械性能和耐腐蝕性能。特別是一些間隙雜質(zhì),它們可以使鈦晶格發(fā)生畸變,而影響鈦的的各種性能。常溫下鈦的化學(xué)活性很小,能與氫氟酸等少數(shù)幾種物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),但溫度增加時(shí)鈦的活性迅速增加,特別是在高溫下鈦可與許多物質(zhì)發(fā)生劇烈反應(yīng)。鈦的冶煉過程一般都在800℃以上的高溫下進(jìn)行,因此必須在真空中或在惰性氣氛保護(hù)下操作。