,新世纪,“钛 ”嚣 张,制作团队：,袁明亮 杨中舟,赵玥,张朋朋 张锐,钛,钛的概述,纳米钛白粉,钛在航空部门中的应用,钛在医药领域中的应用,钛在化工部门中的应用,生活中的钛,钛,钛的概述,纳米钛白粉,钛在航空部门中的应用,钛在医药领域中的应用,钛在化工部门中的应用,生活中的钛,一：钛在元素周期表中的位置,二：钛的发现和命名,英国牧师格雷戈尔，是一位矿物爱好者。1791年，他在默纳陈河谷中采集到一种黑色磁性砂，新自动手分析这黑色磁性砂的组成，发现除含有磁铁矿、氧化硅外，还有近一半的棕红色粉未。为解开棕红色粉未之谜，他做了大量的试验。将之溶解于硫酸后成黄色溶液（TiOSO4）。用锌、锡或铁还原变成紫色（Ti3+），将粉末矿灰与炭粉共熔得紫色的熔渣。最后，他确信这棕红色粉未中含有一种尚未被人们发现的新金属元素。所以，人们就以发现地“默纳陈”给这种新镏金属元素命了名。,奥地利科学家克拉普罗特（M.H.Klaproth）在研究匈牙利出产的金红石时，也发现了格雷戈尔发现的那种奇石物质。他按照给“铀”命名的方法，以古希腊神话中的希腊神“ 泰坦” （ Titan ） 的名字将钛命名为“Titanium”，意即“地球的儿子”，象征此物力大无穷,三，自然界中的钛的存在形式,自然界中钛主要以化合物形式存在，几乎没有单质形式的钛金属，主要以矿石形式分布，其中以钛铁矿，钒钛磁铁矿，金红石，钙钛矿为主,钛铁矿,钒钛磁铁矿,金红石,钙钛矿,一：纳米钛白粉的概述,概述 纳米钛白粉，亦称纳米二氧化钛。从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在.微米以下，即纳米以下的二氧化钛，其外观为白色疏松粉末。具有抗紫外线、抗菌、自洁净、抗老化功效，可用于化妆品、功能纤维、塑料、油墨,涂料、油漆,精细陶瓷,抗菌材料等领域。,TiO2的稳定性,TiO2是离子性化合物，钛与氧之间有许多离子键相连且由于钛氧键键能大，因此导致其稳定性增强。所以能被用于化妆品。否则的话，我们的脸就要因此被腐蚀了。,化妆品：,任何二氧化钛都具有一定的吸收紫外线功能，及优异的化学稳定性、热稳定性、无毒性等性能。超细二氧化钛由于粒径更小（呈透明状）、活性更大，因此吸收紫外线的能力更强，此外，如消色力、遮盖力、清晰的色调、较低的磨蚀性和良好的易分散性，决定了二氧化钛是化装品中应用最广的无机原料。,抗菌剂：,当前，纳米钛白粉以其优异的抗菌性能成为开发研究的热点之一。纳米TiO2广泛应用于抗菌水处理装置、食品包装、卫生日用品（抗菌地砖、抗菌陶瓷卫生设施等）、抗菌性餐具和切菜板、抗菌地毯，以及建筑用抗菌砂浆、抗菌涂料和抗菌不锈钢板、铝板等制作的电冰箱、医用敷料及医用设备等耐用的消费品。,抗菌剂的原因,那我们再来看一下抗菌性的原因：因为TiO2带隙较宽（3.2ev),能响应波长小于400nm的紫外光。而紫外光具有杀菌作用，因此可作为抗菌剂。,大多数抗菌是有机物质，它们广泛用于食品、洗涤剂、纺织品及化妆品中。但它们存在着耐热性差、易挥发、易分解产生有害物、安全性较差等缺点。为此人们积极开发研究了一些无机抗菌剂，超微细TiO2就是其中之一。由于抗菌剂在产品中需达到一定的用量，故选择抗菌剂必须遵循下列原则： （1）对人体是安全无毒的，对皮肤没有刺激性； （2）抗菌能力强，抗菌范围广； （3）无臭味、怪味，外观颜色要浅，气味要小； （4）热稳定性要好，高温下不变色、不分解、不挥发、不变质等； （5）价格便宜，来源容易等。 超微细钛白粉为无机成分，无毒、无味、无刺激性，热稳定性与耐热性好，不燃烧，且自身为白色，完全符合上述原则。,其他：,纳米钛白粉应用于塑料、橡胶和功能纤维产品，它能提高产品的抗老化能力、抗粉化能力、耐候性和产品的强度，同时保持产品的颜色光泽，延长产品的使用期； 纳米钛白粉应用于油墨、涂料、纺织，能很好的提高其粘附力、抗老化、耐擦洗性能； 纳米钛白粉用于造纸工业中，能提高易打印性和不渗透性；,钛与航空：,钛广泛用于航空工业，民用飞机用钛量约占构架重量的2025%；此外战略火箭发动机、宇宙飞船（如神舟五号、神舟六号）、人造卫星天线等也大量用钛。,国际钛协会2002年10月在美国奥兰多举办的年会上公布了下列飞机用钛新数据： 1. 计划于2004年问世的第一架超大型客机空客A380，用钛量为45t/架-65t/架； 2. 波音客机，用钛量占其总重的15%-17%（净重）； 3. F15战斗机，结构用钛5.75t，2台喷气发动机用钛5t； 4. F22战斗机（正在开发中），结构用钛36t，2台发动机用钛5t ,喷气式飞机出现之后，飞行速度大幅度提高，特别是实现超音速飞行之后，会产生热障，热障是因飞行速度增大而引起飞机表面加热所造成的障碍。这时飞机材料性能会下降，从而使飞机结构强度与刚度降低，飞机的气动外形发生破坏，甚至引起灾难性的颤振此时，原有的铝合金就不能胜任了。因为，高速飞行的飞机所要求的不仅仅是强度，而且应当有良好的抗蚀性、韧性和耐热性，这就呼唤新的耐热合金的出现。,抗腐蚀性的原因,抗蚀性：钛有极强的夺氧能力，之所以具有极强的夺氧能力。就如同自然界中因硅氧键的键能太大而导致没有Si存在一样，钛氧键的键能也很大。因此常温下钛与氧气或含氧化合物化合生成一层极薄致密的氧化膜，这层氧化膜常温下不与绝大多数强酸、强碱反应，包括酸中之王王水。P680,钛的优越特性：,强度：纯钛的强度其实较低，但其比强度异常高，加入一些其他元素后，抗拉强度可达100140kgf/mm2 韧性：延伸率可达50-60%，断面收缩率可达70-80% 耐热度：钛的熔点为1668，钛合金的工作温度300600，而铝合金只有200。,钛与医药：,在所有生物医用材料中，金属材料应用最早，而且在目前临床中的应用也仍最为广泛。 金属材料用作生物医学材料主要用来修复骨骼、关节、牙齿以及血管等。 最初用于临床的金属材料是具有一定抗蚀性能的不锈钢，其中最为常用的是361L奥氏体不锈钢, 以后又发展了Co-Cr合金，此系列合金在生物环境中具有更好的抗腐蚀性，组织反应也较小。然而近年来钛及其合金在临床上的应用对Co-Cr合金的主导地位提出了严峻的挑战，已逐步取代了Co-Cr合金及其不锈钢。,一：与骨相近似的弹性模量：种植体与骨之间弹性模量的不匹配，将使得载荷不能由种植体很好地传递到相邻骨组织，出现“ 应力屏蔽”现象，从而导致种植体周围出现骨吸收，最终引起种植体松动或断裂，造成种植失败。,纯钛及其合金在临床上得到了广泛的应用的原因：,二、良好的生物相容性： 大多数金属是对人体有害的，如AL，重金属等，这就决定了有些金属不能用作医疗种植体。纯钛及其合金具有出色的生物相容性，这主要归功于表面附着的氧化层（ TiO2 ）。钛表面氧化层的主要优点是：TiO2具有较低的固有毒性；Ti(IV)O2在水中的溶解度很低；Ti(IV)(aq)与生物分子的反应活性很低，接近化学惰性；过氧化物化学现象具有明显的抗炎作用。,三、生物环境下优良的抗腐蚀性 正常人的体液中含有水、葡萄糖、聚糖（GAG）、蛋白质、类脂物、约0.9%的Na+;以及mM级的Ca+、Mg+、Na+、K+、Cl-、OH-和H2PO4-等，正常状态下PH值为7.4。有两种特性决定了这个环境的腐蚀性：它是一种含盐电解质，促进了电化学机制的腐蚀和水解；组织中的有机分子和细胞有加快化学反应或迅速破坏外来成分的能力。可惜，这一切面对连王水都无法腐蚀的钛，显得是那样无奈,钛与化工：,钛的比重仅为不锈钢的60%,因此,钛制构件的几何尺寸与钢相同时,其重量亦只有钢的60%;钛的比热、导热系数和电阻与不锈钢在同一水平,但钛的热膨胀系数较不锈钢小50%;钛的弹性模量较不锈钢小,它能在较低的应力下弯曲;在200300的温度范围内遵循稳定的蠕变特性。 化工生产所用设备大多在各种类型的腐蚀介质作用条件下工作,设备用材的腐蚀及耐蚀性能是设备设计和使用中必须考虑的问题。而钛的强耐腐蚀性决定了它的优势,化肥工业：,从目前化肥生产来看,需要使用钛材解决腐蚀问题的主要有尿素及联碱两个方面: (1)由于合成尿素生产过程中的介质氨基甲酸铵及过量氨、尿素以及水的液态混合物在高温高压下腐蚀性很强,尿素生产中的合成塔、二氧化碳汽提塔、一段分离器等与熔融尿素介质接触的高压设备用材必须采用钛材。实际使用也表明,钛材在尿素介质中比不锈钢有更好的抗局部腐蚀性能。尿素汽提塔也是我国目前自行设计、制造的较重型的钛衬里设备,(2)联碱:联碱厂都要受到高浓度氯化铵溶液对金属材料的强烈腐蚀,采用涂料保护效果不甚理想,只有采用钛材才能解决联碱生产中的设备腐蚀问题。此外,钛和钛合金可以用作化工装置(如氢氮气高压压缩机等)的阀片、弹簧及电化学阴极保护的阳极材料,以提高其耐疲劳腐蚀和使用寿命。,染料化学及农药生产：,染料和农药及其中间体品种很多,生产过程中经常受到各种酸、碱的强烈腐蚀,为了解决设备腐蚀严重的问题,必须采用各种耐腐蚀材料,其中不少就是采用钛和钛合金材料来制作。例如,顺丁烯二酸酐生产中的顺丁烯二酸恒沸塔、蒸发器等在使用钛和钛合金材料制作后,不但使设备腐蚀严重的问题得以解决,而且降低检修频率、大大延长了使用寿命。,氯碱工业：,由于钛在湿氯气、氯化物、含氯溶液中具有优良的耐腐蚀性能,不会发生点腐蚀及应力腐蚀现象,这是一般不锈钢都不能比拟的,也正是钛在制氯工业及与氯化物接触的许多工业部门中被大量用作设备耐蚀材料的原因,它解决了氯碱厂多年来存在的共同性腐蚀问题1416。因此,氯碱工业是钛制设备应用最多的部门之一,主要的钛制设备有湿氯冷却器、电解槽的金属阳极、脱氯塔加热管、含氯淡盐水真空脱氯用泵和阀门等。,合成纤维工业：,近年来合成纤维工业中的许多新流程都涉及到采用卤素化合物(氯化物、溴化物)作催化剂或以氯化物作为中间介质,因而造成了对设备的强烈腐蚀。实践证明,采用钛作为主体设备的耐蚀材料可以解决腐蚀问题。合成纤维工业也是国内钛制设备应用较早的部门,目前应用的钛制设备,如聚酯生产中的氧化塔,已内酰胺生产中的光化反应器、二盐水解中间加热器、羟胺换热器,以及醋酸乙烯生产中的氧化反应器等。,钛与生活：,上面列举的应用或多或少都带有一定的专业性，一般生活中接触的不是很多，那就让我们来看看日常生活中的钛吧,钛镍合金做的眼镜架,钛镍合金做的眼镜架应用的还是钛合金密度小，强度大的优点，当然，钛镍合金最大的特点还是它的“记忆性”,记忆性：,某些合金在固态时其晶体结构会随温度发生变化。例如，镍-钛合金在40以上和40以下的晶体结构是不同的，所以温度在40上下变化时，合金就会收缩或膨胀，使得它的形态发生变化。这里，40就是镍-钛记忆合金的“变态温度”。各种合金都有自己的变态温度。如某高温合金，在高温时它被做成螺旋状而处于稳定状态。在室温下强行把它拉直时，它却处于不稳定状态，因此，只要把它加热到变态温度，它就立即恢复到原来处于稳定状态的螺旋形状了。,曾几何时，有一种东西风靡一时，“专家”说它具有减缓疲劳，减轻肌肉压力的功效，它成为时尚、健康的双料代名词，年轻人买得那叫一个疯啊，它就是钛项圈,钛项圈：,但是，它到底是不是真的呢？,答案是：假的！,厂家所说的对人有益的机制：1、含有锗和锆，能释放离子或红外线；2、带磁性；3、水溶钛或碳化钛；4、具有特殊电流并能调解人体电流；5、防辐射。,1(含有锗和锆，能释放离子或红外线；)理化知识告诉我们，无论钛以及锗或者锆均无放射性，故而他们中的任何一种抑或是两两合金都不能释放出离子 2（带磁性）磁场对人体的作用尚无定论。强磁场对人体的作用多数科学家倾向于认为与射线类似。而此类物品动辄声称磁性对人体有益实则无稽之谈,3（水溶钛或碳化钛）水溶钛，根据法力藤官方解释，乃是采用独家高科技配方精制而成，但是稍有理化常识的人便可读懂，不就是将钛磨成粉然后搅拌到水里吗？未发生任何化学反应，其独立成分仍然是水和钛，有何神奇？碳化钛，不浪费口舌，绝无任