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鈦的新應用

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

1 建筑應用

鈦是建筑領域的一種優(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、內部包覆、燈具以及藝術雕塑品和紀念碑等。鈦建筑物具有耐蝕性、高強度、輕量和耐久性，比其他任何金屬的使用壽命都長，且不需要怎么維修。

許多專項已列在用鈦規(guī)劃之中，例如巴黎航空站已計劃在兩個世界級建筑物上使用鈦。鈦還被選擇用作北京大歌劇院和阿布扎比國際機場建筑物材料。北京歌劇院僅蒙皮材料估計就使用400t鈦材；阿布扎比機場預計在屋頂結構上的鈦材用量將達800t，并用航空級鈦合金厚板做結構架。

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

美國佛羅里達州奧蘭多市最近要建造一座跨鐵路的校園人行橋，要求橋的結構全部用美國的鈦制造，包括拉條和緊固件，以演示鈦在橋梁中的使用性能，提高各界對鈦新用途的認識。

2 汽車應用

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起到“節(jié)能，環(huán)保”的雙重功效。鈦在汽車中的具體應用部位列于表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，預計將生產6500輛。

用鈦制成的彈簧可比鋼的減輕60～70%，在一個典型的美國造的可乘坐5～6人的家用車中，通過使用4個鈦卷彈簧，每輛車就可減輕10公斤左右。美國鈦金屬公司（Timet）與德國大眾汽車公司于2001年1月宣布，大眾Lupo FSI的2001年型號車將使用鈦懸簧，大眾汽車公司預計生產3500輛該型號車。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)和懸掛彈簧可為設計者提供了兩種最大減輕重量的方法，近來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商。隨著經濟的發(fā)展和汽車制造商提高燃料經濟性的需求，會有更多的工程設計人員將選擇鈦用做汽車零件，鈦最終將在汽車生產工業(yè)中占有重要的地位，汽車將會代表未來鈦金屬的一個主要應用市場。

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，其密度和彈性模量只有鋼簧的一半，而強度幾乎與鋼彈簧一樣，在實際應用中可將鈦簧設計得比鋼簧直徑小、圈數少。 高強度的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合材料, 提高了機殼的強度和抗震性能，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月市場上已出售日本阿波羅公司用鈦生產的僅有2.6厘米的薄壁筆記本電腦Power book G4。

作為電腦外殼材料，鈦比鎂的拉伸強度高出許多，導熱率也只有鎂的1/10，所以鈦作為外殼材料在實現薄壁化的同時又能保持強度，抑制熱量擴散, 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，如強度高，可減少碟片厚度，提高存儲密度和轉速；表面光潔度高，可減少讀寫磁頭與磁片的距離，提高存儲密度；鈦碟片還具有容損極限高、表面硬度高等特點。

美國Timet公司投資500萬美元建成了一個鈦碟片研發(fā)機構，1998年已小規(guī)模地在微機驅動部件上進行了新開發(fā)，硬碟用鈦給Timet公司帶來很大受益。目前市場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。碟片采用的生產技術多為精密冷軋鈦或鈦合金, 碟片表面可通過等離子氮化、等離子滲碳或等離子碳氮共滲進行硬化處理，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很大，發(fā)展迅速。 1998年世界碟片產量約為4.5億張。分析家預測，硬碟生產量將以每年10%~15%的速度增長。據估計，隨著資訊產業(yè)的高速發(fā)展和市場的劇烈競爭，鈦用于電腦會有較好的應用市場。

4 體育器械應用

鈦在體育器械中的應用也相當廣泛，如高爾夫球棒和球頭、網球拍、登山鞋、滑雪鞋、冰球冰刀、自行車架、短跑運動鞋鞋釘等。

在廣泛的試驗中，高爾夫球手用鈦球頭比用標準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。美國高爾夫球用鈦量增長很快，1996年美國高爾夫市場鈦的消耗達4,500噸。

鈦制網球拍市場需求量近來呈上升勢頭．鈦網由于深埋入球拍的框架內，增強了球拍的打擊力，受到玩家的好評。現在，日本幾乎所有的網球拍生產廠家都在出售鈦制球拍，它占到球拍市場約一半的份額。

因鈦眼鏡架的輕量、高強度、良好耐蝕性、又不發(fā)生金屬過敏等優(yōu)點，日本眼鏡架的半數以上是鈦鏡架。如果鈦鏡架市場在不遠的將來擴大到中國、東南亞等地區(qū)，那么目前的鈦鏡架需求將會成倍增加。

現在自行車運動在全世界得到廣泛開展，鈦自行車特別適合高檔次自行車運動的要求，因此鈦自行車的銷量也在逐步增大。

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用也不勝枚舉，其用量相當可觀。

5 食品器械應用

鈦在食品器械應用中表現出高耐蝕性、輕量、生物相容性、低粘附性、高清潔性與殺菌性，鈦制食品設備具有高效率、長壽命、低維修成本，且安裝簡便，容易檢修。在食品加工工藝中，鈦的耐腐蝕性能可說是獨一無二，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, 食品器械產業(yè)市場被不銹鋼所壟斷，世界上每年有數百萬噸的不銹鋼在與食品相關的領域得以使用。為了拓展鈦在食品相關領域的應用，研究人員對于食品用鈦的耐蝕性和香、味的變化等功能試驗及資料的整理工作正在進行。

6 前景展望

目前航空工業(yè)的興衰對鈦工業(yè)仍起著決定性的作用。 9.11恐怖事件對航空業(yè)的打擊加強了人們開拓新市場的認識, 使人們再次意識到了開發(fā)航空業(yè)以外鈦市場的重要性，以擺脫完全依賴于航空工業(yè)的被動局面。

目前鈦最具新應用潛力是汽車行業(yè)，全世界汽車的鈦用量在1995年僅有100噸，而2002年達到1,100噸。汽車用鈦是一個非常龐大的市場。一旦鈦在汽車工業(yè)中得到廣泛的應用，那鈦材的用量將遠遠超過目前航太航空工業(yè)中的用量。現在美國每年可生產1,500萬～1,600萬輛汽車，若每輛車上使用1公斤的鈦部件，則美國每年的汽車用鈦量將達到15,000噸以上。

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

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

鈦在建筑、汽車、能源、兵工裝甲等新領域市場已較前大幅度增加，其總消費量在2001年約為6,000噸，到2004年翻了一翻，達到12,000噸。據預測，到2013年，新應用領域用鈦將占全部用鈦量的20%，那時鈦市場受制于航空業(yè)的局面將會改變。