钛被认为是一种稀有金属,这是由于在自然界中其存在分散并难于提取。但其相对丰富,在所有元素中居第十位。 钛的矿石主要有钛铁矿及金红石,广布于地壳及岩石圈之中。钛亦同时存在于几乎所有生物、岩石、水体及土壤中。从主要矿石中萃取出钛需要用到克罗尔法 或亨特法。钛最常见的化合物是二氧化钛,可用于制造白色颜料。其他化合物还包括四氯化钛(TiCl4)(作催化剂和用于制造烟幕作空中掩护)及三氯化钛(TiCl3)(用于催化聚丙烯的生产)。
国内钛矿资源主要包括钛铁矿岩矿、钛铁矿砂矿和金红石矿3种类型,主要分布在四川、河北、云南、海南等地,其中98.9%为钛铁矿,仅1%左右为金红石。钛铁矿岩矿以钒钛磁铁矿为主,主要分布在四川攀西和河北承德地区,储量约1.5亿吨,是中国最为主要的钛矿资源。四川是中国钒钛磁铁矿资源最为丰富的地区,国内最大的钛精矿供应基地——四川攀枝花提供了国内市场上90%的钛精矿。钛铁矿砂矿资源主要分布在云南、海南、广东、广西等地,储量约500万吨。金红石矿资源相对较少,主要分布在河南、山西、湖北等地,储量约200万吨。
中国虽然拥有较为丰富的钛矿资源,原生钛铁矿储量占钛矿总量的94.1%,但其属于铁矿的伴生矿产,开发利用情况受其主矿产——铁矿开发利用的制约,虽然经过多年攻关,钛资源的综合回收率也只能达到26%左右,与发达国家有较大差距。此外,国内金红石探明储量不多,多为原生矿,且品位相对较低。中国钛铁矿砂矿和金红石矿,无论资源储量还是产量上,在钛矿原料中所占比重也很小。
钛合金材料具有比强度高、耐高温性好、符合与复合材料结构相匹配的要求、抗蚀性能高、寿命长等特点,主要用于飞机的起落架部件、机身的梁、框和紧固件等,发动机风扇、压气机、叶片、鼓筒、机匣、轴等,以及直升机桨毂、连接件等。高端钛合金材料已成为航空领域飞机和发动机的主要结构材料之一。中国有色金属工业协会统计,2015年-2020年国内航空航天用钛材销量从6862吨提升到1.72万吨,年复合增长率20%;2020年销量1.72万吨,同比增36.73%。
金属纤维是材料科学发展进程中的一个新型的领域,近年来,研究人员对金属纤维研发及应用的关注越来越多,尤其是在航空航天、石油化工、国防军事及医药等领域。金属纤维是将金属丝材制备成一定长径比的纤维状材料,在继承了金属材料本身固有性能的前提下,还能通过纤维化来扩充其应用范围。采用金属纤维制备的金属多孔材料由于其特有的多孔隙特点,具有较多单一功能材料所不能达到的应用范围。
尽管近年来对金属纤维的研究越来越多,但大都集中在不锈钢纤维的研究上,对于钛纤维的研究相对较少。钛纤维具有耐高温、耐低温、耐腐蚀、质轻、具有良好的吸收冲击能量能力等一系列优势,因此,钛纤维及钛纤维多孔材料的使用范围更广、能够应用于恶劣条件。
钛纤维材料由于兼具金属钛本身所固有的优势、以及纤维材料的特性,因而具有广泛的应用领域,使其能够用在一些特殊的、苛刻的条件中,未来还具有很大的研究开发潜力及价值。
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