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鈦的新應(yīng)用

近年來(lái)，鈦在建筑、汽車、電腦、體育和食品等領(lǐng)域的新應(yīng)用不斷出現(xiàn)，并形成一定的規(guī)模。

1 建筑應(yīng)用

鈦是建筑領(lǐng)域的一種優(yōu)異可選擇材料，例如外部包覆、懸墻、屋頂包覆、蒸餾塔外層、頂蓋、內(nèi)部包覆、燈具以及藝術(shù)雕塑品和紀(jì)念碑等。鈦建筑物具有耐蝕性、高強(qiáng)度、輕量和耐久性，比其他任何金屬的使用壽命都長(zhǎng)，且不需要怎么維修。

許多專項(xiàng)已列在用鈦規(guī)劃之中，例如巴黎航空站已計(jì)劃在兩個(gè)世界級(jí)建筑物上使用鈦。鈦還被選擇用作北京大歌劇院和阿布扎比國(guó)際機(jī)場(chǎng)建筑物材料。北京歌劇院僅蒙皮材料估計(jì)就使用400t鈦材；阿布扎比機(jī)場(chǎng)預(yù)計(jì)在屋頂結(jié)構(gòu)上的鈦材用量將達(dá)800t，并用航空級(jí)鈦合金厚板做結(jié)構(gòu)架。

鈦在西方建筑應(yīng)用中相對(duì)較新，但在日本獲得應(yīng)用已有多年，有上百個(gè)建筑物都使用了鈦，使許多重污染地區(qū)、都市和濱海地區(qū)的腐蝕問(wèn)題得到了圓滿的解決。

美國(guó)佛羅里達(dá)州奧蘭多市最近要建造一座跨鐵路的校園人行橋，要求橋的結(jié)構(gòu)全部用美國(guó)的鈦制造，包括拉條和緊固件，以演示鈦在橋梁中的使用性能，提高各界對(duì)鈦新用途的認(rèn)識(shí)。

2 汽車應(yīng)用

汽車中使用鈦可使汽車重量大大減輕，降低燃料消耗，提高汽車工作效率，改善環(huán)境和降低噪音。據(jù)資料介紹，每降低10%的車體重量就可以減少10%廢氣排放量及節(jié)省7%的燃料消耗，因此汽車的輕量化將會(huì)起到“節(jié)能，環(huán)?！钡碾p重功效。鈦在汽車中的具體應(yīng)用部位列于表1。

歐洲雪佛萊（Chevrolet）汽車公司高性能的2001 Corvette Z06型汽車上使用了鈦回氣管，使汽車減輕8.1公斤，并明顯地提高了耐蝕性。2001 Corvette Z06型汽車，預(yù)計(jì)將生產(chǎn)6500輛。

用鈦制成的彈簧可比鋼的減輕60～70%，在一個(gè)典型的美國(guó)造的可乘坐5～6人的家用車中，通過(guò)使用4個(gè)鈦卷彈簧，每輛車就可減輕10公斤左右。美國(guó)鈦金屬公司（Timet）與德國(guó)大眾汽車公司于2001年1月宣布，大眾Lupo FSI的2001年型號(hào)車將使用鈦懸簧，大眾汽車公司預(yù)計(jì)生產(chǎn)3500輛該型號(hào)車。這些是最近在汽車中大量使用鈦的例子。

使用鈦制排氣系統(tǒng)和懸掛彈簧可為設(shè)計(jì)者提供了兩種最大減輕重量的方法，近來(lái)的這些突破已吸引了許多賽車、豪華小汽車、小型廂式載重車和卡車的生產(chǎn)商。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和汽車制造商提高燃料經(jīng)濟(jì)性的需求，會(huì)有更多的工程設(shè)計(jì)人員將選擇鈦用做汽車零件，鈦?zhàn)罱K將在汽車生產(chǎn)工業(yè)中占有重要的地位，汽車將會(huì)代表未來(lái)鈦金屬的一個(gè)主要應(yīng)用市場(chǎng)。

與鋼彈簧相比，鈦彈簧具有輕量、體積小和共振頻率高等優(yōu)點(diǎn)，其密度和彈性模量只有鋼簧的一半，而強(qiáng)度幾乎與鋼彈簧一樣，在實(shí)際應(yīng)用中可將鈦簧設(shè)計(jì)得比鋼簧直徑小、圈數(shù)少。 高強(qiáng)度的β鈦合金， 如Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr和Timetal LCB (Ti-6.8Mo-4.5Fe-1.5Al) 合金是制造彈簧的最佳選擇。

3 電腦應(yīng)用

鈦在電腦上主要用作電腦外殼和硬碟碟片。

(1) 電腦外殼

美國(guó)IBM公司于2000年5月宣布其新型ThinkPad筆記本電腦外殼使用鈦基復(fù)合材料, 提高了機(jī)殼的強(qiáng)度和抗震性能，使電腦更薄、更輕。

日本富士通公司率先采用純鈦制造的小型A5尺寸、890克輕量筆記本電腦外殼已商品化。 1999年該公司已在筆記本電腦「INTERTOP CX300」的外殼上使用鈦合金；2001年1月市場(chǎng)上已出售日本阿波羅公司用鈦生產(chǎn)的僅有2.6厘米的薄壁筆記本電腦Power book G4。

作為電腦外殼材料，鈦比鎂的拉伸強(qiáng)度高出許多，導(dǎo)熱率也只有鎂的1/10，所以鈦?zhàn)鳛橥鈿げ牧显趯?shí)現(xiàn)薄壁化的同時(shí)又能保持強(qiáng)度，抑制熱量擴(kuò)散, 防止底面發(fā)熱。

(2) 電腦硬碟碟片

電腦硬碟碟片用鈦合金（主要是Ti-3Al-2.5V）比通用的鋁合金和玻璃硬碟有更多的優(yōu)越性，如強(qiáng)度高，可減少碟片厚度，提高存儲(chǔ)密度和轉(zhuǎn)速；表面光潔度高，可減少讀寫磁頭與磁片的距離，提高存儲(chǔ)密度；鈦碟片還具有容損極限高、表面硬度高等特點(diǎn)。

美國(guó)Timet公司投資500萬(wàn)美元建成了一個(gè)鈦碟片研發(fā)機(jī)構(gòu)，1998年已小規(guī)模地在微機(jī)驅(qū)動(dòng)部件上進(jìn)行了新開發(fā)，硬碟用鈦給Timet公司帶來(lái)很大受益。目前市場(chǎng)上使用較普遍的鈦硬碟的規(guī)格為：直徑95毫米; 厚度0.635毫米(或0.8毫米); 表面硬度14,700MPa; 楊氏模量660GPa(TiN); 最高工作溫度700℃; 平直度< 10μm; 粗糙度Ra<0.8nm。碟片采用的生產(chǎn)技術(shù)多為精密冷軋鈦或鈦合金, 碟片表面可通過(guò)等離子氮化、等離子滲碳或等離子碳氮共滲進(jìn)行硬化處理，碟片表面也可噴鍍一層氮化鈦或硼化鈦硬涂層。

電腦硬碟碟片的市場(chǎng)很大，發(fā)展迅速。 1998年世界碟片產(chǎn)量約為4.5億張。分析家預(yù)測(cè)，硬碟生產(chǎn)量將以每年10%~15%的速度增長(zhǎng)。據(jù)估計(jì)，隨著資訊產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展和市場(chǎng)的劇烈競(jìng)爭(zhēng)，鈦用于電腦會(huì)有較好的應(yīng)用市場(chǎng)。

4 體育器械應(yīng)用

鈦在體育器械中的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，如高爾夫球棒和球頭、網(wǎng)球拍、登山鞋、滑雪鞋、冰球冰刀、自行車架、短跑運(yùn)動(dòng)鞋鞋釘?shù)取?/p>

在廣泛的試驗(yàn)中，高爾夫球手用鈦球頭比用標(biāo)準(zhǔn)加大的鋼球頭的擊中率平均可提高20%，而且擊球距離有所提高。美國(guó)高爾夫球用鈦量增長(zhǎng)很快，1996年美國(guó)高爾夫市場(chǎng)鈦的消耗達(dá)4,500噸。

鈦制網(wǎng)球拍市場(chǎng)需求量近來(lái)呈上升勢(shì)頭．鈦網(wǎng)由于深埋入球拍的框架內(nèi)，增強(qiáng)了球拍的打擊力，受到玩家的好評(píng)。現(xiàn)在，日本幾乎所有的網(wǎng)球拍生產(chǎn)廠家都在出售鈦制球拍，它占到球拍市場(chǎng)約一半的份額。

因鈦眼鏡架的輕量、高強(qiáng)度、良好耐蝕性、又不發(fā)生金屬過(guò)敏等優(yōu)點(diǎn)，日本眼鏡架的半數(shù)以上是鈦鏡架。如果鈦鏡架市場(chǎng)在不遠(yuǎn)的將來(lái)擴(kuò)大到中國(guó)、東南亞等地區(qū)，那么目前的鈦鏡架需求將會(huì)成倍增加。

現(xiàn)在自行車運(yùn)動(dòng)在全世界得到廣泛開展，鈦?zhàn)孕熊囂貏e適合高檔次自行車運(yùn)動(dòng)的要求，因此鈦?zhàn)孕熊嚨匿N量也在逐步增大。

除此之外，鈦在手表、首飾、滑雪用具、魚桿等體育休閑用品上的應(yīng)用也不勝枚舉，其用量相當(dāng)可觀。

5 食品器械應(yīng)用

鈦在食品器械應(yīng)用中表現(xiàn)出高耐蝕性、輕量、生物相容性、低粘附性、高清潔性與殺菌性，鈦制食品設(shè)備具有高效率、長(zhǎng)壽命、低維修成本，且安裝簡(jiǎn)便，容易檢修。在食品加工工藝中，鈦的耐腐蝕性能可說(shuō)是獨(dú)一無(wú)二，制品不受污染，味道純正。因此，鈦在釀造、食品加工裝置中成為安全、衛(wèi)生的材料。

目前, 食品器械產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)被不銹鋼所壟斷，世界上每年有數(shù)百萬(wàn)噸的不銹鋼在與食品相關(guān)的領(lǐng)域得以使用。為了拓展鈦在食品相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用，研究人員對(duì)于食品用鈦的耐蝕性和香、味的變化等功能試驗(yàn)及資料的整理工作正在進(jìn)行。

6 前景展望

目前航空工業(yè)的興衰對(duì)鈦工業(yè)仍起著決定性的作用。 9.11恐怖事件對(duì)航空業(yè)的打擊加強(qiáng)了人們開拓新市場(chǎng)的認(rèn)識(shí), 使人們?cè)俅我庾R(shí)到了開發(fā)航空業(yè)以外鈦市場(chǎng)的重要性，以擺脫完全依賴于航空工業(yè)的被動(dòng)局面。

目前鈦?zhàn)罹咝聭?yīng)用潛力是汽車行業(yè)，全世界汽車的鈦用量在1995年僅有100噸，而2002年達(dá)到1,100噸。汽車用鈦是一個(gè)非常龐大的市場(chǎng)。一旦鈦在汽車工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，那鈦材的用量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)目前航太航空工業(yè)中的用量。現(xiàn)在美國(guó)每年可生產(chǎn)1,500萬(wàn)～1,600萬(wàn)輛汽車，若每輛車上使用1公斤的鈦部件，則美國(guó)每年的汽車用鈦量將達(dá)到15,000噸以上。

汽車制造商批量使用鈦制零部件標(biāo)志著世界鈦工業(yè)今后將逐步擺脫航空業(yè)的束縛，向更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域拓展。

另外，近海石油和天然氣生產(chǎn)用鈦量在2000年為500噸，到2006年增長(zhǎng)到2,300噸。軍用裝甲2000年用鈦量為400噸，到2006年增至1,300噸。高爾夫球市場(chǎng)在經(jīng)歷了大幅調(diào)整后目前仍是鈦民用領(lǐng)域的一大支柱。

鈦在建筑、汽車、能源、兵工裝甲等新領(lǐng)域市場(chǎng)已較前大幅度增加，其總消費(fèi)量在2001年約為6,000噸，到2004年翻了一翻，達(dá)到12,000噸。據(jù)預(yù)測(cè)，到2013年，新應(yīng)用領(lǐng)域用鈦將占全部用鈦量的20%，那時(shí)鈦市場(chǎng)受制于航空業(yè)的局面將會(huì)改變。