地表最强金属钛,成高端科技产品标配,上天入海无所不能

材料文献解读 2023-03-29
1743 字丨阅读本文需 5 分钟

有消息透漏,苹果iPhone 15的高配机型将一改往年采用的不锈钢材质,使用钛合金,正式进入手机的“钛时代”。这个消息并非空穴来风,去年苹果发布的Apple Watch Ultra手表,表壳就采用了航空级钛合金材质。

钛合金具有强度高、耐腐蚀性、耐热性高等特点,近年来被广泛应用于各个科技领域的高端产品。而且钛合金既可以保留金属未经雕饰的天然纹路,还能突出一种朴实的金属亮泽抛光质感,因此使用在科技产品上,可以自然而然地映出低调奢华的夺目效果。

今年备受瞩目的可健康监测的智能戒指上,凌拓科技的智能戒指NexRing也采用了钛合金,为用户提供更加舒适、耐用的健康监测设备。

钛在航空、航天、航海、医疗等领域不可或缺,享有“未来金属”“太空金属”等美誉。钛虽然不属于稀有金属的范畴,但钛却是地球上最强的金属。

1、上天入海的太空金属

美国SR-71“黑鸟”飞机以无人能及的飞行高度和速度闻名世界,它曾创下时速3529.56公里(约3.3马赫,即音速的3.3倍)的速度纪录和25929米的高度纪录。但很多人不知道,这型飞机的研发与建造,也推动了人类材料科学的进步。

高速飞行时,飞机表面会与空气剧烈摩擦而产生大量热量,且速度越快热量越高。铝合金是制造飞行器的常用材料,但耐热性较差,150摄氏度就可能失去强度。以3倍音速飞行,飞机表面温度超过300摄氏度,远超铝合金的承受极限,严重影响飞行安全。

因此,打造“黑鸟”,需要硬度高、熔点高、质量轻的新材料。经过大量试验,一种金属进入工程师的视野,那就是钛。

为了满足性能要求,每架“黑鸟”上钛合金的用量足足有30吨,超飞机结构总重九成。目前为止还没有其他飞机能够达到这一比例,因此有人把“黑鸟”称为“纯钛飞机”。

而在航海领域,人类在“走向深蓝”的过程中,对舰船装备的要求也越来越高,传统金属材料已无法完全满足需求。

这时,钛金属也进入了工程师的视野,他们发现,钛不仅极耐海水腐蚀,抗冲击性也十分优异。

钛金属之所以珍贵,主要在于复杂的冶炼工艺和高昂的加工成本。钛性质活泼,在高温下易与氧气发生反应,须在真空或充满惰性气体的环境中冶炼,对工艺和设备要求极高。此外,钛的冶炼还需多次进行电解、加热,会消耗大量能源。

业内专家指出,钛已经成为工程技术及高科技领域的关键材料及支撑材料,并成为评判国家综合实力强弱的重要标志。正因如此,不少国家将钛视为“战略金属”

放眼全球,目前仅少数国家掌握完整的钛工业生产技术。值得骄傲的是,中国便为其中之一。

我国钛工业起步于20世纪50年代,经过七十余年发展,产能、产量均居世界第一,生产技术也处于世界领先水平,是名副其实的钛业大国。从神舟系列载人飞船、C919大飞机,到蛟龙号、奋斗者号载人潜水器,钛金属在大国重器上发挥着不可替代的作用。

2、革命性飞跃

这些年,在高精尖领域大放异彩的钛,也在民用领域崭露头角。

例如,在医学领域,钛密度低、强度大,与人体相容性好,是医学植入的理想材料,被广泛运用于人工骨关节、断骨固定器、人工心脏瓣膜等。

市面上的保温杯多为不锈钢材质,不仅重量重,外观大多也平平无奇。一些人会用保温杯装茶水,但不锈钢耐腐性一般,高温茶水可能与保温杯内胆产生反应,让茶汤带上“金属味道”。

而钛的运用,能为保温杯带来“革命性”飞跃。八马茶业就以高纯度钛(钛含量≥99.6%)打造了新一代高端焖泡保温杯——钛晶随身焖茶杯。

得益于钛的加持,这款焖茶杯坚如磐石,却身轻如燕。钛上可飞天,下可深潜,坚固耐用,却比同体积不锈钢轻约一半。这只钛杯杯身有多重?掂量一下手上的手机,大概就是这个重量。

更重要的是,钛杯不仅能够抑菌,更可以保持饮品原味。钛是亲生物金属,常被用作医学植入材料,安全性不言而喻。第三方权威检验机构出具的报告显示,这款钛杯的抑菌率超过99%。

而钛杯内胆表面覆盖的氧化钛膜,不仅可以有效抵御强酸碱物质的侵蚀,还可以防止饮品与内胆发生反应。

这种特性使钛杯适合盛放茶水、果汁、牛奶等各种饮品。很多老茶客喜欢焖茶,因为焖茶有助于更充分地释放茶叶内含物质,使茶汤更醇厚。用钛杯焖泡老白茶、普洱熟茶、六堡茶等茶类,成为越来越多高端人士的选择。

不仅如此,钛杯的“高颜值”也是普通保温杯无法比拟的。多道工序锤炼和高温处理让钛杯如星辰大海般璀璨,梦幻闪耀的视觉效果将高级感拉满。

3、制钛强,则国强

2014年9月,中国第一炉“电子级低氧超高纯钛”已在浙江省余姚市成功研发投产,一举打破了国外的垄断。低氧超高纯钛主要应用在半导体用溅射靶材、航空航天、海洋石油等核心工业领域,战略意义重大。特别值得一提的是,超高纯钛是中国自主大飞机项目的重要原材料保证。

在此之前,从国外进口的超高纯钛价格为120万元/吨左右,受到提纯工艺技术限制,全世界只有美国和日本的三家公司能够生产超高纯钛。

文章来源: WUJO健康钛品,深度军备,打哈欠的兔子,凌拓通信科技

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