鈦合金保溫杯咋那麼貴?鈦:人家可是航天材料!

審核專家：甘強

北京理工大學講師

應用化學博士

一直以來，「鈦金屬」仿佛是一種「神器」般的存在，只要帶上「鈦金屬」三個字，往往都能賣上比同類產品高好幾倍的價格，就連一個鈦合金的保溫杯都動輒上千元。

帶著「鈦金屬」字樣的產品範圍也非常廣泛，小到一部手機，一個保溫杯；大到飛機、潛艇……

「鈦金屬」到底是什麼東西？為什麼大家都喜歡用它製作產品？它的價格為什麼又如此高？接下來，就讓我們一起來了解一下。

來源｜秒懂百科

鈦的歷史

鈦（元素符號Ti）是一種金屬化學元素，在元素周期表中排22位，屬於過渡金屬，有銀白色的金屬光澤，具有重量輕、強度高、耐腐蝕等特點。

金屬鈦 來源｜3D造

作為一種目前被廣泛應用的新型金屬，鈦的問世可謂是一波三折，從最初被發現，到最終被提純並應用，足足花了上百年的時間。

格雷戈爾 來源｜金屬百科

鈦的發現者是一位名叫格雷戈爾（Reverend William Gregor）的英國牧師，除了神職工作者外，他還是一名業餘的礦物學家。

1791年，格雷戈爾在英國馬納坎教區的小溪旁發現了一種能夠被磁鐵吸引的黑沙，經過分析，他發現這種黑沙主要由兩種金屬氧化物構成——氧化鐵和一種他無法辨識的白色金屬氧化物，其中很可能含有某種尚未被發現的新型金屬。

格雷戈爾在英國康沃爾郡皇家地質協會及德國《化學年刊》發表了自己的這一發現。

幾乎與格雷戈爾同時，米勒馮賴興斯泰因（Franz-Joseph Müller von Reichenstein）也發現了類似的物質，同樣沒能做出辨別。

克拉普魯斯 來源｜金屬百科

1795年，德國化學家克拉普魯斯（Martin Heinrich Klaproth）在研究產自匈牙利的紅色紅金石時，也發現了同樣的金屬氧化物，並引用希臘神話中泰坦神族的名稱「Titanic」，將這種金屬元素命名為「Titanium」，中文名譯為「鈦」。

亨特 來源｜金屬百科

由於金屬鈦的性質活潑，能夠與氧、氮、氫、碳等物質形成化合物，單質極難製取，因此，格雷戈爾和克拉普魯斯發現的「鈦元素」也只是粉末狀的二氧化鈦，並非嚴格意義上的「金屬鈦」。

直到1910年，美國化學家亨特（Matthew A. Hunter）才第一次通過鈉還原氯化鈦（TiCl）的方法，製取了純度高達99.9%的金屬鈦。

鎂還原法加工生產的海綿狀金屬鈦

1940年，盧森堡科學家克勞爾（W·J·Krall）發明了鎂還原法製得了海綿狀純鈦，這一方法於1948年在美國被大規模投入使用，從此開啟了工業化生產金屬鈦的新紀元。

「無所不能」的鈦

目前，鈦被廣泛應用於各個領域，在生產與生活中發揮了重要作用。它常與其他金屬製成合金，如鋁、釩、銅、鎂、鉬等。接下來，就讓我們一起來看看這個「神通廣大」的鈦，究竟會出現在什麼地方吧！

>>>>航空航天

鈦合金的耐熱性高，具有良好的耐腐蝕性，強度與鋼材相當，但是鈦合金的密度更小，比強度與之相仿的鋼材輕了近一半，常用於火箭中的火箭發動機殼體，火箭噴嘴套管，人造衛星的外殼，以及載人飛船的船艙等。

來源｜搜狐網

>>>>生物醫學

鈦合金具有強度高、耐腐蝕、耐疲勞等優點，而且力學性質接近人骨。不僅如此，鈦合金還是唯一一種不會影響人體植物神經和味覺神經的金屬，因此，鈦合金被廣泛應用於醫療領域，包括製造植入人體的醫療器件、假體或人工器官。

來源｜搜狐網

>>>>工業製造

在工業生產中，鈦同樣深受歡迎，例如進氣閥、排氣閥、擋圈、車輪襯套及軸承等汽車配件中，都少不了鈦的身影，除此之外，大到軍事工業中的坦克、飛彈，小到短跑鞋釘、廚房用具……也都有鈦元素的存在。

來源｜搜狐網

鈦為什麼這麼貴？

文章的開頭我們提到，凡是與「鈦」沾邊的產品，價格往往比其他材質的產品高上幾倍，這又是為什麼呢？

俗話說 「物以稀為貴」，鈦的價格如此之高，難道是因為它格外稀有？

事實並非如此，鈦元素在地殼中的含量高達千分之六，是地殼中含量排名第10的元素，儲藏量是金屬銅的61倍。

那麼，究竟是什麼原因，導致了鈦製品的價格居高不下呢？

>>>>開採難度高

儘管鈦的含量在地球上十分豐富，但是它的分布較為分散，這就大大提高了鈦礦的開採難度和開採成本。

以我國為例，我國的鈦砂礦資源集中度低，且目前多為民間開採，難以形成有規模的開發利用。同時，部分海濱地區的鈦砂礦中含有放射性元素，進一步加大了開採難度。

>>>>加工困難大

鈦礦石提煉出能夠作為加工原料的海綿鈦，再到成形的板材，需要經過幾十道工序，以及兩次以上的熔煉，步驟繁多複雜，而且對熔速、成分、電流電壓等條件要求極高，加大了加工難度。

除此之外，由於純鈦的質地軟，性質活潑，與空氣接觸後，表面很快會形成導熱功能低下的鈍化層，因此，鈦的煉熔需要在真空或惰性氣體環境中進行，對機械加工工藝，以及焊接技術的要求極高。

>>>>需求旺盛

鈦作為一種性能良好的新型金屬，在多個領域中被廣泛應用。除了航空航天領域的火箭、衛星，當前軍事工業中，先進的戰鬥機、潛艇等設備也要用到大量的鈦合金。

此外，在日常生活領域，例如陶瓷製造、仿古建築和古建築修繕、合金飾品等行業和領域也開始越來越多地用到鈦合金……

市場對鈦的需求量快速增長，然而，目前全球能夠大規模生產鈦材的只有少數幾個工業化國家，供需不平衡，也是導致鈦的價格居高不下的原因之一。

鈦鐵礦 來源｜維基百科

隨著知識的普及以及含鈦日常用品的推廣，鈦將會被越來越多的人們認識、熟悉和使用，也希望在不久的將來，鈦的開採和加工技術，能夠得到進一步的發展，降低鈦產品的製作成本，讓更多的人能夠享受到優質、健康的鈦產品，為我們的生活帶來便利。