钛的主要矿石是金红石TiO2和钛铁矿FeTiO3,它的发现也正是从这两种矿石的分析而来。早在1791年英国英格兰西南端康沃尔(Cornwall)郡门拉陈(Menacan)教区的牧师格累高尔,也是一位科学家,分析出产在他教区内的一种黑色矿砂,也就是今天成为钛铁矿的矿石时发现了一种新的金属物质并命名为menacenite。三年后,1795年,克拉普罗特分析了匈牙利布伊尼克(Boinik)地区出产的金红石,认识到它是一种新金属的氧化物,具有抵抗酸、碱溶液的特性,借用希腊神话中大地的一代儿子们泰坦神族Titans,命名这个金属为titanium,元素符号定为Ti。两年后,克拉普罗特证实格累高尔发现的menacenite就是钛。钛对于酸、碱具有较强的耐腐蚀性,已成为化工生产中重要的材料。钛一般被认为是稀有金属,其实它在地壳中的含量相当大,比一般的常用的金属锌、铜、锡等都大,甚至比氯、磷都大。
钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属,钛合金具有密度低、比强度高、耐蚀性好、导热率低、可焊接、生物相容性好、表面可装饰性强等特性,广泛应用于航空、航天、化工、石油、电力、医疗、建筑、体育用品、家居生活等领域。世界上许多国家都已经认识到钛合金材料的重要性,相继对其进行研究开发,并得到了实际应用。
那么,钛金属具有诸多优点,那么钛金属的具体用途都有哪些呢?
航空航天:喷气发动机部件、机身部件、火箭、人造卫星等部件;
化学、石油化工和一般工业:尿素、乙酸、丙酮,苏打,表面处理,冶金,环保;
发电和海水淡化:核电、火电、地热发电、蒸发式海水淡化装置;
海洋开发和能源:石油天然气开采,石油精炼、LNG,深海艇、海洋温差发电,水产养殖,核废物处理/再处理/浓缩 ;
建筑:屋顶、大厦外装、港湾设施、桥梁、海底隧道等;
交通运输设备:汽车部件,船用部件,铁路等;
医疗:人造骨骼、牙齿、心脏支架等 (钛在医疗领域有着广泛的应用。钛与人体骨骼接近,对人体组织具有良好的生物相容性、无副作用。人体植入物是与人的生命和健康密切相关的特殊的功能材料。同其它金属材料相比较,使用钛及钛合金的优势主要有质轻、弹性模量低、无磁性、抗腐蚀性、强度高、韧性好);
体育用品:自行车、登山杖、高尔夫球杆等体育娱乐用品;
家居生活:钛锅、钛餐具、钛茶具、钛保温杯、钛电热水壶等。
中国已成为全球的钛金属生产国和消费国之一,可见,钛市场的前景比较光明。
生物医用钛的应用现状
生物医用材料是指和生物系统相作用,用以诊断、修复或替代机体中的组织、增进其功能的材料。可分为医用金属材料、医用高分子材料、医用陶瓷材料等,其中医用金属材料占有很大的比重,特别是骨科产品、心脑血管产品。由于钛与人体骨骼接近,对人体组织具有良好的生物相容性、无副作用,具有其他材料无法比拟的优势,所以医用钛在医疗领域得到了广泛的应用。
生物相容性:与人体发生生物学反应,作为人体植入物,对人体无副作用。
力学性能:高强度、低弹性模量,既满足力学要求,又与人体自然骨弹性模量相近,可减少应力屏蔽效应,更有利于人的生长愈合。
耐腐蚀性能:钛合金为生物惰性材料,在人体生理环境下有有意的抗腐蚀性能,对人体生理环境不产生污染。
质轻:一般钛合金的密度仅为不锈钢的56%,植入人体后大幅度减轻人体的负荷量。