材料報告-鈦金屬

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1、材料報告-钛金屬指導教師：蔡明雄教授組員李承翰4A140068康景傑4A140112目錄(—)欽金屬介紹化學性質(二)欽金屬用途及應用1.醫用欽合金2・顏料、塗料3.消費品及建材（三）感想及心得钛金屬（-）欽金屬介紹駄是一種化學元素，化學符號Ti,原子序數22,是一種銀白色的過渡金屬，其特徵為重量輕、強度高、具金屬光澤，亦有良好的抗腐蝕能力（包括海水、至水及氯氣）o由於其穩定的化學性質，良好的耐高溫、耐低溫、抗強酸、抗強鹼，以及高強度、低密度，被美譽為「太空金屬」。欽被認為是一種稀有金屬，這是由於在自然界中其存

2、在分散並難於提取。但其相對豐度在所有元素中居第十位。欽的礦石主要有欽鐵礦及金紅石，廣佈於地殼及岩石圈之中。欽亦同時存在於幾乎所有生物、岩石、水體及土壤中。欽最常見的化合物是二氧化欽，可用於製造白色顏料。其他化合物還包括四氯化欽仃iCb）（作催化劑及用於製造煙幕或空中文字）及三氯化欽（TiCh）（用於催化聚丙烯的生產）o欽能與鐵、鋁、飢或鉅等其他元素熔成合金，造出高強度的輕合金，在各方面有著廣泛的應用，包括太空（噴氣發動機、導彈及太空飛行器）、軍事、工業程序（化工與石油製品、海水淡化及造紙）、汽車、農產食品、醫學

3、（義肢、骨科移植及牙科器械與填充物）、運動用品、珠寶及手機等等。欽最有用的兩個特性是，抗腐蝕性，及金屬中最高的強度■重量比。在非合金的狀態下，欽的強度跟某些鋼相若，但卻還要輕45%o有兩種同素異形體和五種天然的同位素，由46门到50门,其中豐度最高的是48「（73.8%）。欽的化學性質及物理性質和踣相似，這是因為兩者的價電子數目相同，並於元素週期表中同屬一族。在金屬元素中，欽的比強度很高。它是一種高強度但低質量的金屬，而且具有相當好的甦堅（尤其是在無复的環境下）。欽的表面呈銀白色金屬光澤。它的熔點相對地高（超過

4、1,649攝氏度），所以是良好的耐火金屬材料。它具有腹磁性,其電導率及熱導率皆甚低。商業等級的欽（純度為99.2%）具有約為434兆帕斯卡的極限抗拉強度,與低等級的鋼合金相若，但比鋼合金要輕45%o欽的密度比鋁高60%，但強度是常見的6061-T6鋁合金的兩倍。钛可被用於各種用途。某些欽合金（例如0C）的抗拉強度達1,400帕斯卡。然而，當钛被加熱至430攝氏度以上時，強度會減弱。它具有相當的硬度，儘管比不上高等級的熱處理鋼。它不具磁性，同時是不良的導熱及導電體。採用鋒利的器具及適當的冷卻手法，欽會軟化，留有壓

5、痕。像鋼結構體一樣，欽結構體也有疲勞極限,因此在某些應用上可保證持久耐用。钛是一種雙型的同素異形體，在882攝氏度時，就會從六邊形的a型轉變成體心立方（晶格）的B型o在到達臨界溫度前，a型的比整會隨著升溫而暴增，但到達後會下降，然後在0型下不論溫度地保持基本恆定。跟鉛和銘類似，欽還存在一種0）態，在高壓時熱力學穩定，但也可能在常壓下以介穩態存在。此態一般是六邊形或三角形，在軟性縱波聲頻选土導致P型（X1）原子平面倒塌時能被觀測到。2・化學性質欽的特性中，最為人稱道的就是它優良的抗腐蝕能力一它的抗蝕性幾乎跟鲤一樣

6、好，欽不受稀硫酸、稀鹽酸、氯氣、;溶液及大部份有機酸的腐蝕，但仍可被濃酸溶解。雖然以下的甦2也圜指岀欽在熱力學上是一種活性很高的金屬，但是它與水及空氣的反應是非常緩慢的。欽在曝露在高溫空氣中時，會生成一層錢氧化物保護膜，阻止氧化持續。在最初形成時，保護層只有一至二奈米厚，但會緩慢地持續增厚；四年間可達25奈米厚。但當欽被置於高溫空氣中時，便很容易與氧產生反應。為這樣的高氧化態，許多欽化合物中的共價鍵高度密集。星彩藍寶石及紅寶石的星彩來自於它們所含的二氧化欽雜質o欽酸鹽是以二氧化欽為原料的化合物。欽酸鎖具有壓電性

7、，因此可以被用於製造聲光轉換器。酒精與四氯化欽反應會生成欽酯，可被用於製作防水纖維。一氮化欽具有與藍寶石及金剛砂相當的硬度(摩氏硬度9.0),因此可作為各種切割工具的塗層，例如鑽頭。它的其他應用還包括裝飾用金色塗料及半導體器件製造用的圍牆金屬。四氯化欽是一種無色液體，也是二氧化钛顏料製造過程的中間體。作為一種路易斯酸，四氯化欽在有機化學反應中有廣泛應用，例如向山徑醛反應。欽另有一種甦数較低的氯化物，三氯化欽(氯化欽(III),TiCh),用作還原劑。二氯化二茂钛是一種重要的碳■碳鍵形成催化劑，異丙醇欽用於夏普萊

8、斯不對稱環氧化反應。其他化合物還包括寞（迤（用於冶金術、超合金及高溫用電線線路及塗層）和碳化欽（用於高溫切割工具及塗層）。目前，世界上已研制出的钛合金有數百種，最著名的合金有20〜30種，如Ti・6AI・4V、Ti・5AI・2.5Sn、Ti・2AI・2.5Zr、Ti・32Mo、Ti-Mo-Ni.Ti-Pd.SP-700.Ti-6242.Ti-10-5-3.Ti-1023.BT9、BT2