文檔：21世紀的金屬鈦

21世紀的金屬——鈦1964年8月18日上午，前蘇聯(lián)首都莫斯科的普羅斯克特米拉廣場上，正在舉行一個隆重的典禮。政府高級官員、紅軍將領、各國外交使節(jié)數(shù)百人團團圍住一座用紅色絲綢包著的建筑物；武裝士兵們神情嚴肅，舉手敬禮；行人則駐足觀望著……嘹亮的軍號聲中絲綢緩緩滑落，一枚銀白色火箭展現(xiàn)在人們眼前，原來，這是前蘇聯(lián)政府建立的火箭式航空航天事跡紀念碑。如今，30多年過去了，人們發(fā)現(xiàn)盡管這枚火箭遭到過風霜雨雪的襲擊，經(jīng)受過污染空氣的考驗，它仍然是那么光潔明亮，引人注目。它是用什么材料制作的呢？鈦！這是一種被人美譽為“大地女神之子”的金屬，是一種21世紀的金屬。然而，人類在發(fā)明煉鈦的過程中也是歷經(jīng)艱難??！早在18世紀末期，在英國康瓦爾郡梅納辛教區(qū)，住著一位受人尊敬的牧師格列高爾。格列高爾個頭高大，面容慈善，是一個博學多才的人，他不僅是康瓦爾郡地質(zhì)學會的創(chuàng)始人，也是技術精湛的分析化學家，因此，格列高爾特別喜歡收集石塊。他經(jīng)常去周游英國各地，采集各種石塊，然后帶回來分門別類地進行研究。1791年春天的一個傍晚，格列高爾在故鄉(xiāng)的梅納辛河谷發(fā)現(xiàn)了一種從未見過的石塊，外表黝黑，帶有磁性。“這種石塊我倒還是第一次見到，真奇怪！”格列高爾對著這種石塊端詳了半天仍一無所知。經(jīng)過分析，他發(fā)現(xiàn)石塊中除了常見的磁鐵礦成份和硅石成份外，還含有一種棕紅色的礦渣粉末，它是什么？格列高爾將這種未知的粉末提取了出來，將粉末投入硫酸，它溶解了，得到一種黃色的溶液；再投入錫粒，溶液變成了紫色；投入鋅粒，溶液也變成了紫色。這紫色溶液內(nèi)含有什么東西呢？格列高爾又去查閱了有關文獻資料，結果也是不得而知。他想，這棕紅色粉末肯定是一種未知的金屬礦物，這種金屬具有當時所有已知金屬都不具備的性質(zhì)?！澳敲?，就叫它梅納辛礦石吧?！备窳懈郀栆运枢l(xiāng)的名字來命名這種石塊，并將自己的發(fā)現(xiàn)寫成論文，寄給了有關的科學刊物。論文在1791年就發(fā)表了，但當時的英國科學界，有誰會對一個鄉(xiāng)村牧師的論文感興趣呢？4年以后的1795年，從匈牙利布伊尼克地區(qū)運到德國的一種紅色的“金紅石”礦石，引起了柏林大學化學系馬丁·克拉普羅特教授的極大興趣，他的印象中這種礦石似曾相識，經(jīng)過查閱，果然它和梅納辛礦石很相像，只是從外表上看，前者為紅后者為黑。經(jīng)過分析，這位德國化學界的權威認為：梅納辛礦石是由于含磁鐵礦成份才變黑的，兩種礦石所含的棕紅色粉末中含有一種未知的金屬。富于幻想的克拉普羅特給這種新金屬取了一個美麗的名字——鈦，它取自希臘神話中大地女神之子的名字“泰坦”?？死樟_特希望自己能親手把鈦從金紅石中提煉出來，但是，一次又一次的努力總是歸于失敗。為了獲得第一個提煉鈦的殊榮，各國化學家們展開了一次競爭。為了第一個發(fā)明煉鈦的技術，他們運用了種種方法來對付金紅石。許多次，有人聲稱自己成功了，但事實證明他們得到的并不是鈦，而是鈦和其他金屬的化合物。這些人中包括當時聲名顯赫的瑞典科學院院長、著名化學家貝采里烏斯等。這種狀況持續(xù)了將近100年，直到1875年事情才出現(xiàn)了轉(zhuǎn)機。這一年，俄國化學家基利洛夫成了幸運兒，他第一個設法制取了金屬鈦，雖然當時的純度相當?shù)?，但人類總算第一次看到了這位“大地女神之子”的真面目?；宸驗榇藢懥艘槐緯垛伒难芯俊?，書中詳細介紹了他的研究成果。然而，沙皇政府對此并沒有重視，他的成果如同格列高爾的論文一樣，猶如石沉大海。又過了12年，瑞典兩名化學家尼爾森和彼特森設法制取了四氯化鈦，怎樣進一步將鈦從四氯化鈦中“解放”出來呢？他們想到了生性活潑的鈉，用鈉去取代鈦，或許能成功。他們在一只密封的鋼瓶里，開始了這一項工作，果然成功了，他們制取的鈦純度達到了95％。以后，又一名法國化學家亨利·莫伊?；司排６⒅?，將鈦的純度提高到了98％。能不能將純度再進一步提高呢？1910年，從大洋彼岸傳來了好消息：美國化學家亨特借鑒尼爾森和彼特森的方法，首先盡可能凈化四氯化鈦和金屬鈉，然后再將它們混和后放入鋼瓶里，終于制成了純度達到％的金屬鈦，重量還不到1克?！按蟮嘏裰印苯K于來到了人間。但是，直到19I0年，鈦在人們的眼中也還只是一個強度低、性質(zhì)脆的“丑八怪”，人們一直以為鈦經(jīng)不起機械加工，只能制造一些運轉(zhuǎn)速度極其緩慢的機械零件。這實在是對鈦莫大的誤會。亨特當時雖然制得了純度達%的“純”鈦，但是實際上，正是這%的雜質(zhì)使鈦喪失了英雄本色，連亨特本人也懷疑自己花了那么大的力氣是否值得。是金子總要閃閃發(fā)光的。1925年，荷蘭科學家阿克爾和德博爾聯(lián)手合作，為“大地女神之子”拂去了臉上的灰塵，終于使鈦顯露了英雄本色。其實，阿克爾和德博爾對鈦早就心存仰慕之情了，他倆堅信鈦是一種大有作為的新金屬，因此他們四處收集資料，潛心研究制取純鈦的辦法。1925年，他倆經(jīng)過反復研究，認為鈦的純度不僅與原料四氧化鈦的純度有關，而且與還原劑也有關。當他們選用加熱的鎢絲作為還原劑時，竟然真的煉出了高純度的鈦：它銀光閃亮，具有很大的可塑性，可以軋成棒、壓成板、抽成絲，甚至可以制成比紙還要薄的鈦箔。這真是太奇妙了，千呼萬喚始出來??！鈦是一種并不稀有的稀有金屬，據(jù)估計，鈦約占地殼總量的千分之六，比銅、錫、錳、鋅等在地殼中的含量，要多幾倍甚至幾十倍呢！就連隕石中也含有鈦。但正是由于鈦的提煉太困難了，至今人們還把它看作是一種稀有金屬。1947年，人們才開始在工廠里冶煉鈦，當年全世界的產(chǎn)量只有2噸；1955年，產(chǎn)量激增到2萬噸；1972年，年產(chǎn)量達到了20萬噸。鈦難于提煉，主要是因為它在高溫下化合能力極強，可以和氧、碳、氮以及其他許多元素化合。因此，不論在冶煉還是鑄造時，人們都小心地防止這些元素侵襲鈦。現(xiàn)在，人們是利用鎂與四氯化鈦在惰性氣體氦或氬中相互作用來提煉鈦的。正因為提煉鈦很復雜，又要消耗很多貴重的原料，所以它的成本很高。鈦為什么如此受人歡迎呢？因為它的比重小，強度高、耐高溫、抗腐蝕性強，是一種非常理想的金屬。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；鈦雖然比鋁重一點，它的硬度卻比鋁大兩倍。現(xiàn)在，在宇宙火箭和導彈中，就大量用鈦代替鋼鐵，極細的鈦粉，還是火箭的好燃料呢！由此，鈦被譽為宇宙金屬、空間金屬。人們還用鈦制造了鈦飛機，這種飛機有95%的結構材料是用鈦做的。鈦的耐熱性很好，溶點高達1725℃。它在強酸、強堿溶液中可以安然無恙，甚至王水也奈何它不得。有人曾把一塊鈦沉入海底，5年以后取上來一瞧，上面粘了許多小動物和海底植物，卻一點也沒有生銹，依舊亮閃閃的。用鈦制造的潛艇，不僅不怕海水，而且能夠承受高壓，這種鈦潛艇可以在深達4500米的深海中航