钛是一种强度高、重量轻的难熔金属。钛合金对航空航天工业至关重要，同时也用于医疗、化学和军事硬件以及体育设备。

航空航天应用占钛消耗量的80%，而20%的金属用于装甲、医疗硬件和消费品。

钛的性能

• 原子符号：Ti
• 原子序数：22
• 元素类别：过渡金属
• 密度：4.506/cm3
• 熔点：3038华氏度（1670摄氏度）
• 沸点：5949华氏度（3287摄氏度）
• 莫氏硬度：6

特点

含钛合金以其高强度、低重量和优异的耐腐蚀性而闻名。尽管钛和钢一样坚固，但它的重量却轻了40%。

这一点，加上其抗气蚀（快速压力变化，导致冲击波，随着时间的推移会削弱或损坏金属）和侵蚀的能力，使其成为航空航天工程师必不可少的结构金属。

钛在抗水和化学介质腐蚀方面也很强大。这种电阻是由于在其表面形成一层很薄的二氧化钛（TiO2）而产生的，这些材料极难穿透。

钛的弹性模量很低。这意味着钛非常灵活，在弯曲后可以恢复到原来的形状。记忆合金（冷时可变形，但加热后可恢复原始形状的合金）对于许多现代应用非常重要。

钛具有非磁性和生物相容性（无毒、无过敏性），这使得其在医学领域的应用日益广泛。

历史

钛金属的使用，以任何形式，只有在第二次世界大战后才真正发展起来。事实上，直到1910年美国化学家马修·亨特（Matthew Hunter）用钠还原四氯化钛（TiCl4），钛才作为一种金属被分离出来；一种现在称为Hunter过程的方法。

然而，直到20世纪30年代威廉·贾斯汀·克罗尔（William Justin Kroll）证明也可以使用镁从氯化物中还原钛之后，才开始商业化生产。克罗尔工艺至今仍是最常用的商业生产方法。

在开发出一种具有成本效益的生产方法后，钛的第一个主要用途是军用飞机。20世纪50年代和60年代设计的苏联和美国军用飞机和潜艇都开始使用钛合金。到20世纪60年代初，钛合金也开始被商用飞机制造商使用。

瑞典医生佩尔·英瓦尔·布兰马克（Per Ingvar Branemark）上世纪50年代的研究表明，钛在人体内不会引发负性免疫反应，从而允许金属在一个他称为骨整合的过程中整合到我们的身体中。此后，医疗领域，尤其是牙科植入物和修复术，意识到了钛的用处。

生产

尽管钛是地壳中第四种最常见的金属元素（仅次于铝、铁和镁），但钛金属的生产对污染极为敏感，尤其是氧气污染，这是钛金属相对较新发展和成本较高的原因。

钛初级生产中使用的主要矿石为钛铁矿和金红石，分别占产量的90%和10%左右。

2015年生产了近1000万吨钛精矿，尽管每年生产的钛精矿中只有一小部分（约5%）最终成为钛金属。相反，大部分用于二氧化钛（TiO2）的生产，二氧化钛是一种用于油漆、食品、药品和化妆品的美白颜料。

在Kroll法的第一步中，钛矿石被粉碎，并在氯气氛中与焦煤一起加热，以生产四氯化钛（TiCl4）。然后，氯化物被捕获并通过冷凝器输送，冷凝器产生纯度超过99%的氯化钛液体。

然后，四氯化钛被直接送入含有熔融镁的容器中。为了避免氧气污染，通过添加氩气使其成为惰性气体。

在随后的蒸馏过程中（可能需要几天），容器被加热到1832°F（1000°C）。镁与氯化钛反应，剥离氯化物并生成元素钛和氯化镁。

由此产生的纤维状钛被称为海绵钛。为了生产钛合金和高纯度钛锭，海绵钛可以使用电子束、等离子弧或真空电弧熔化与各种合金元素一起熔化。