鈦被推到了“太空金屬”的前沿
鈦是地殼中分布最廣的元素之一，占地殼重量的0.61%，列居第9位。鈦資源僅次于鐵、鋁、鎂列居第4位。根據(jù)USGS 2017年的數(shù)據(jù)，全球鈦礦（鈦鐵礦和金紅石）儲(chǔ)量約8.3億噸，其中鈦鐵礦占89%。我國(guó)鈦礦儲(chǔ)量約2.2億噸，占全球總儲(chǔ)量的26.4%，位居世界第一。澳大利亞的鈦礦儲(chǔ)量占世界儲(chǔ)量的21.2%，居世界第二。 據(jù)中國(guó)化工制造網(wǎng)的數(shù)據(jù)顯示，全球90%的鈦被用來(lái)生產(chǎn)鈦白粉，只有4%用在生產(chǎn)海綿鈦，6%用于其他方面。我國(guó)是世界上四個(gè)擁有從礦石處理到鈦材生產(chǎn)完整工業(yè)體系的國(guó)家之一，也是鈦鐵礦儲(chǔ)量最多的國(guó)家，但是產(chǎn)量最高的國(guó)家是澳大利亞。
鈦工業(yè)的流程較為簡(jiǎn)單，可分為兩條路徑：一是以鈦鐵礦或金紅石為原料加工生產(chǎn)出高純度的四氯化鈦，再用鎂作為還原劑將四氯化鈦中的鈦還原出來(lái)，即可得到海綿鈦；二是將原料直接加工獲得鈦白粉。全球目前僅有中國(guó)、日本、美國(guó)、俄羅斯、哈薩克斯坦和烏克蘭6個(gè)國(guó)家生產(chǎn)海綿鈦， 且生產(chǎn)工藝全部采用Mg還原法。中國(guó)海綿鈦生產(chǎn)能力位居第一，占全球產(chǎn)能的49%，其次是日本19%和俄羅斯14%，哈薩克斯坦約占8%，美國(guó)約7%，烏克蘭3%。2014年以來(lái)海綿鈦行業(yè)陷入全行業(yè)虧損的困境，企業(yè)總體開(kāi)工率持續(xù)降低。中國(guó)近幾年行業(yè)平均開(kāi)工率一直保持在50～60%的低位，遠(yuǎn)低于國(guó)外80%左右的水平。
人類(lèi)社會(huì)在進(jìn)步，飛機(jī)也在快速發(fā)展，采用既輕又堅(jiān)固的材料，即比強(qiáng)度、比剛度制造飛機(jī)也成為研究的方向?？梢哉f(shuō)材料的發(fā)展推動(dòng)了飛機(jī)的發(fā)展，在飛機(jī)的發(fā)展中鈦隨著時(shí)間空間的輪換被推到了“太空金屬”的前沿。鈦的硬度與鋼鐵差不多，而它的重量幾乎只有同體積鋼鐵的一半，鈦雖然稍稍比鋁重一點(diǎn)，它的硬度卻比鋁大2倍，于是鈦的優(yōu)勢(shì)慢慢在航空航天領(lǐng)域得以展現(xiàn)。鈦上世紀(jì)40年代研制成功，50年代初期全面進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)，恰好那時(shí)飛機(jī)達(dá)到超音速。當(dāng)超音速飛機(jī)飛行時(shí)，它的機(jī)翼的溫度可以達(dá)到500℃。如用比較耐熱的鋁合金制造機(jī)翼，一到二三百度也會(huì)吃不消，必須有一種又輕、又韌、又耐高溫的材料來(lái)代替鋁合金，鈦恰好此時(shí)“破土而出”能夠滿(mǎn)足這些要求。如美國(guó)研制的飛機(jī)隨著鈦合金用量的比例增加，促使飛機(jī)性能趨向更好，如50年代研制的F－4E鬼怪戰(zhàn)斗機(jī)，鈦合金只占飛機(jī)質(zhì)量的6％，稍后的F－14A戰(zhàn)斗機(jī)鈦占到25％。60年代后研制的SR－71偵察機(jī)，飛行高度達(dá)24000米，航程達(dá)4800千米，要飛那么高、飛那么快，飛那么遠(yuǎn)，用鋁和鋼那就不行了，于是，鈦展現(xiàn)了自己獨(dú)特的魅力，“英雄鈦”找到了自己的“用武之地”，這種飛機(jī)用鈦占到了93％，號(hào)稱(chēng)“全鈦飛機(jī)”。如今，有的超音速遠(yuǎn)程截?fù)魴C(jī)用鈦?zhàn)鳛橹饕Y(jié)構(gòu)材料，鈦的使用量幾乎占到整個(gè)機(jī)體結(jié)構(gòu)總重量的95％，所以，如果沒(méi)有鈦合金就很難發(fā)展目前的超音速飛機(jī)。現(xiàn)在，鈦，已經(jīng)成為宇宙航行的重要角色。在航天事業(yè)中，鈦可制成飛船的“外衣”，防高溫的侵襲。目前世界上每年用于宇宙航行的鈦，已達(dá)1000噸以上。極細(xì)的鈦粉，還是火箭的好燃料，所以鈦被譽(yù)為宇宙金屬，空間金屬。C919國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)總裝在即，將推進(jìn)我國(guó)鈦工業(yè)的發(fā)展。
