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  • 鈦被推到了“太空金屬”的前沿


    鈦是地殼中分布最廣的元素之一,占地殼重量的0.61%,列居第9位。鈦資源僅次于鐵、鋁、鎂列居第4位。根據(jù)USGS 2017年的數(shù)據(jù),全球鈦礦(鈦鐵礦和金紅石)儲量約8.3億噸,其中鈦鐵礦占89%。我國鈦礦儲量約2.2億噸,占全球總儲量的26.4%,位居世界第一。澳大利亞的鈦礦儲量占世界儲量的21.2%,居世界第二。 據(jù)中國化工制造網(wǎng)的數(shù)據(jù)顯示,全球90%的鈦被用來生產(chǎn)鈦白粉,只有4%用在生產(chǎn)海綿鈦,6%用于其他方面。我國是世界上四個擁有從礦石處理到鈦材生產(chǎn)完整工業(yè)體系的國家之一,也是鈦鐵礦儲量最多的國家,但是產(chǎn)量最高的國家是澳大利亞。

      鈦工業(yè)的流程較為簡單,可分為兩條路徑:一是以鈦鐵礦或金紅石為原料加工生產(chǎn)出高純度的四氯化鈦,再用鎂作為還原劑將四氯化鈦中的鈦還原出來,即可得到海綿鈦;二是將原料直接加工獲得鈦白粉。全球目前僅有中國、日本、美國、俄羅斯、哈薩克斯坦和烏克蘭6個國家生產(chǎn)海綿鈦, 且生產(chǎn)工藝全部采用Mg還原法。中國海綿鈦生產(chǎn)能力位居第一,占全球產(chǎn)能的49%,其次是日本19%和俄羅斯14%,哈薩克斯坦約占8%,美國約7%,烏克蘭3%。2014年以來海綿鈦行業(yè)陷入全行業(yè)虧損的困境,企業(yè)總體開工率持續(xù)降低。中國近幾年行業(yè)平均開工率一直保持在50~60%的低位,遠(yuǎn)低于國外80%左右的水平。
      人類社會在進(jìn)步,飛機(jī)也在快速發(fā)展,采用既輕又堅(jiān)固的材料,即比強(qiáng)度、比剛度制造飛機(jī)也成為研究的方向。可以說材料的發(fā)展推動了飛機(jī)的發(fā)展,在飛機(jī)的發(fā)展中鈦隨著時間空間的輪換被推到了“太空金屬”的前沿。鈦的硬度與鋼鐵差不多,而它的重量幾乎只有同體積鋼鐵的一半,鈦雖然稍稍比鋁重一點(diǎn),它的硬度卻比鋁大2倍,于是鈦的優(yōu)勢慢慢在航空航天領(lǐng)域得以展現(xiàn)。鈦上世紀(jì)40年代研制成功,50年代初期全面進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn),恰好那時飛機(jī)達(dá)到超音速。當(dāng)超音速飛機(jī)飛行時,它的機(jī)翼的溫度可以達(dá)到500℃。如用比較耐熱的鋁合金制造機(jī)翼,一到二三百度也會吃不消,必須有一種又輕、又韌、又耐高溫的材料來代替鋁合金,鈦恰好此時“破土而出”能夠滿足這些要求。如美國研制的飛機(jī)隨著鈦合金用量的比例增加,促使飛機(jī)性能趨向更好,如50年代研制的F-4E鬼怪戰(zhàn)斗機(jī),鈦合金只占飛機(jī)質(zhì)量的6%,稍后的F-14A戰(zhàn)斗機(jī)鈦占到25%。60年代后研制的SR-71偵察機(jī),飛行高度達(dá)24000米,航程達(dá)4800千米,要飛那么高、飛那么快,飛那么遠(yuǎn),用鋁和鋼那就不行了,于是,鈦展現(xiàn)了自己獨(dú)特的魅力,“英雄鈦”找到了自己的“用武之地”,這種飛機(jī)用鈦占到了93%,號稱“全鈦飛機(jī)”。如今,有的超音速遠(yuǎn)程截?fù)魴C(jī)用鈦?zhàn)鳛橹饕Y(jié)構(gòu)材料,鈦的使用量幾乎占到整個機(jī)體結(jié)構(gòu)總重量的95%,所以,如果沒有鈦合金就很難發(fā)展目前的超音速飛機(jī)?,F(xiàn)在,鈦,已經(jīng)成為宇宙航行的重要角色。在航天事業(yè)中,鈦可制成飛船的“外衣”,防高溫的侵襲。目前世界上每年用于宇宙航行的鈦,已達(dá)1000噸以上。極細(xì)的鈦粉,還是火箭的好燃料,所以鈦被譽(yù)為宇宙金屬,空間金屬。C919國產(chǎn)大飛機(jī)總裝在即,將推進(jìn)我國鈦工業(yè)的發(fā)展。

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