钟模科普作品选:化工·地质·环境漫谈
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12 未来的钢铁——钛

在古人使用的兵器、金属器具中,以铜为最早。翻开世界史,人类第一种普遍得到使用的金属是铜。在发明了炼铁之后,铁很快便代替了铜。20世纪初,炼铝工业迅速发展,世界铝的产量已超过铜。但科学家预言:“未来的钢铁”将是钛。因为钛矿资源丰富,钛和钛合金具有重量轻、强度高、抗蚀性好、耐高温、耐超低温等特性,因而在航天、航空、舰船、化工、电力、海水淡化、轻工、食品、医学领域中大显身手。它将是继铜、铁、铝之后得到普遍使用的金属。

据试验,采用钛和钛合金作为火车头的蒸汽机零件,比用钢制作的蒸汽机轻30%,而且更为坚固耐用。

钛是银白色金属,熔点1660℃,沸点是3287℃。它是1789年英国化学家马克·格列戈从矿石中发现的,但在1910年才第一次制得纯净的金属钛。

钛耐高温,在1660℃的高温下才熔化,它比号称“不怕火”的黄金熔点还高出600℃左右。钛在常温下很稳定,就是在强酸、强碱的溶液里,甚至在“凶猛”的王水中,也不会被腐蚀。有人曾把一块钛片沉到海底,五年后取出来还是亮闪闪的。

用钛制造的轮船,银光闪闪,在海洋中航行几年也不生锈。用钛制造的坦克、潜水艇、军舰没有磁性,不会被磁性水雷发现。在化学工业上,钛可以代替不锈钢。不锈钢虽号称不锈,但遇上具有强烈腐蚀性的酸碱,例如热硝酸,还是会生锈、腐烂的。如果改用钛则经久耐用得多。近年来,钛的应用越来越广泛,据统计,在化学工业上约有50%的钛用于使用氯化物的工厂,25%的钛用于使用硫酸的工厂,10%的钛用于使用硝酸的工厂,15%的钛用于其他的工厂。

钛在医学上有着独特的用途。在骨头损坏了的地方,用钛片和钛螺钉钉好,过几个月,骨头就会重新生长在钛片的小孔和钛螺钉的螺纹里,新的肌肉纤维就包在钛的薄片上,这钛的“骨头”犹如真的骨头一样。因此,钛被称为“亲生物金属”。

用钛做罐头盒,能长久保存食品的色、香、味。

重要的钛的化合物有三种,即二氧化钛、四氧化钛和钛酸钡。纯净的二氧化钛是雪白的粉末,是目前最好的白色颜料,称之为“钛白”。把钛白加在涂料、纸浆中,制成白漆、白纸,显得分外雪白。在制造白色或浅色的塑料、合成纤维时,也往往加入钛白,使之更加鲜艳。四氯化钛是一种无色的液体,它有个怪脾气——极易水解。在湿空气中,它会大冒白烟,即水解成氯化氢与氢氧化钛。因此,在军事上,常用以制造烟雾剂。特别是在海洋上,水蒸气多,一放四氯化钛,顿时白烟四起,浓雾重重,挡住了敌人的视线。若“三国”中的诸葛亮“草船借箭”时知道用四氯化钛的话,那他随时都可运用,大可不必等到有大雾的天气了。在农业上,用四氯化钛形成的浓雾,减少夜间地面热量的散射,可以防霜。

钛酸钡晶体受压会产生电,一通电,又会改变形状。人们利用钛酸钡晶体这一特性,把钛酸钡放在超声波中,它受压便产生电流,通过测量电流的强弱,可测出超声波的强弱。含钛的矿物种类繁多,主要有金红石、钛铁矿、钛磁铁矿三种。