钛的名字来源于古希腊神话中的泰坦,但这种完全现代化的材料非常适合各种高科技应用。钛的化学符号为Ti,原子序数为22,是一种银色金属,其密度低,强度高,耐腐蚀。
钛的名字来源于古希腊神话中的泰坦,但这种完全现代化的材料非常适合各种高科技应用。钛的化学符号为Ti,原子序数为22,是一种银色金属,其密度低,强度高,耐腐蚀。
从上世纪90年代以来,钛在油漆,纸张,牙膏,防晒霜和化妆品中使用(作为二氧化钛)到在生物医学植入物和航空航天创新中用作合金,这种金属的应用呈指数增长。钛和3D打印之间的完美结合尤其令人兴奋。
通过3D打印进行定制设计
钛材料价格昂贵,并且在传统加工技术方面可能存在问题。例如,其高熔点(1,670℃,远高于钢合金)是一个挑战。
但是,3D打印相对低廉而且精度高是改变钛金属的游戏规则。3D打印是逐层构建对象的地方,设计人员可以创建惊人的形状。
这允许在手术中产生复杂的形状,例如颌骨,足跟,髋部,牙齿植入物或颅骨成形板的替换部件。它也可以用来制造高尔夫球杆和飞机部件。
该CSIRO正与业界合作开发的三维新技术采用钛打印。(它甚至用钛做成了一条龙。)
3D打印的进步为进一步改善钛制定制人体植入物 的功能开辟了新途径。
可以将此类植入物设计为多孔的,从而使其更轻巧,但允许血液,营养物质和神经通过,甚至可以促进骨骼向内生长。
对人体安全
钛因其对体液腐蚀的抵抗力,被认为是生物相容性最高的金属,对生物组织无害或无毒。这种承受恶劣身体环境的能力是在氧气存在下自然形成的保护性氧化膜的结果。
它与骨骼物理结合的能力也使钛优于其他需要使用粘合剂保持附着的材料。钛植入物的使用寿命更长,与其他植入物相比,需要更大的力来破坏将其与人体连接的键。
与不锈钢或钴基合金相比,通常用于承重植入物的钛合金的刚度要低得多,并且与人体骨骼的性能更接近。
航空航天应用
钛的重量约为钢的一半,但强度比钢高30%,这使其非常适用于重要的航空航天工业。
在1940年代后期,美国政府帮助推动了钛的生产,因为它可让人看到其“ 飞机,导弹,航天器和其他军事应用 ”的潜力。
钛已经越来越成为飞机设计者的急需材料,他们致力于开发更快,更轻,更高效的飞机。
F39猛禽是世界上最先进的战斗机之一,约39%由钛制成。波音的新型787 Dreamliner由15%的钛制成,民航朝同一方向发展,大大超过了以前的机型。飞机上使用钛的两个关键领域是起落架和喷气发动机。每次飞机撞上跑道时,起落架都必须承受施加在其上的巨大的力。
钛的韧性意味着它可以吸收飞机着陆时排出的大量能量,而不会减弱。
钛的耐热性意味着它可以在温度高达800℃的现代喷气发动机中使用。钢在400℃左右开始软化,但是钛可以承受喷气发动机的高温,而不会损失其强度。
哪里可以找到钛
在自然状态下,通常会发现钛与其他元素结合,通常存在于火成岩和由它们衍生的沉积物中。
最常开采的含钛材料是钛铁矿(铁钛氧化物FeTiO 3)和金红石(钛氧化物TiO 2)。
在中国,钛铁矿含量最高,而澳大利亚在全球金红石中所占比例最高,据澳大利亚《地球科学》报道约占40%。它主要在澳大利亚的东,西和南部海岸线上发现。
两种材料通常都从沙子中提取,然后将钛与其他矿物分离。
澳大利亚是全球主要的钛生产国之一,2014年的产量超过150万吨。南非和中国是接下来的两个主要钛生产国,分别生产116和100万吨。
作为地壳中最丰富的十大元素之一,钛资源目前并未受到威胁-这对许多科学家和创新者来说是个好消息,他们一直在寻找改善钛生活的新方法。