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上天下海,這種金屬“鈦”強了

來源:泰然健康網(wǎng) 時間:2024年12月23日 23:27

  有一種金屬,具有銀灰色光澤、外形似鋼,卻擁有高強度、低密度、防腐蝕等鋼和其他許多金屬不可比擬的優(yōu)勢。這種金屬在航空、航天、航海、醫(yī)療等領(lǐng)域不可或缺,享有“未來金屬”“太空金屬”等美譽。

  這種能上天入海的金屬,就是鈦。

  上天入海

  美國SR-71“黑鳥”飛機以無人能及的飛行高度和速度聞名世界,它曾創(chuàng)下時速3529.56公里(約3.3馬赫,即音速的3.3倍)的速度紀錄和25929米的高度紀錄。但很多人不知道,這型飛機的研發(fā)與建造,也推動了人類材料科學的進步。

△“黑鳥”的研制推動了人類材料科學的進步(圖:unsplash.com)

  高速飛行時,飛機表面會與空氣劇烈摩擦而產(chǎn)生大量熱量,且速度越快熱量越高。鋁合金是制造飛行器的常用材料,但耐熱性較差,150攝氏度就可能失去強度。以3倍音速飛行,飛機表面溫度超過300攝氏度,遠超鋁合金的承受極限,嚴重影響飛行安全。

  因此,打造“黑鳥”,需要硬度高、熔點高、質(zhì)量輕的新材料。經(jīng)過大量試驗,一種金屬進入工程師的視野,那就是鈦。

  為了滿足性能要求,每架“黑鳥”上鈦合金的用量足足有30噸,超飛機結(jié)構(gòu)總重九成。目前為止還沒有其他飛機能夠達到這一比例,因此有人把“黑鳥”稱為“純鈦飛機”。

  而在航海領(lǐng)域,人類在“走向深藍”的過程中,對艦船裝備的要求也越來越高,傳統(tǒng)金屬材料已無法完全滿足需求。

  這時,鈦金屬也進入了工程師的視野,他們發(fā)現(xiàn),鈦不僅極耐海水腐蝕,抗沖擊性也十分優(yōu)異。如今,鈦被公認為航海裝備領(lǐng)域極具應用前途的金屬材料,被各國廣泛應用于水面艦艇、水下潛艇、深潛器、水中兵器等領(lǐng)域。

△鈦金屬耐腐蝕抗沖擊,是建造潛艇等各類艦艇的優(yōu)異材料(圖:unsplash.com)

  戰(zhàn)略金屬

  早在春秋戰(zhàn)國時代,中國就已在農(nóng)業(yè)、手工業(yè)中使用鐵器,鋁的大規(guī)模應用也有100多年歷史。相比之下,鈦1791年才被人類發(fā)現(xiàn),工業(yè)化生產(chǎn)1948年才開始。因此鈦也被稱為“嬰兒金屬”。

  那么,性能優(yōu)異的鈦,為何被人類大規(guī)模應用的歷史如此短暫?

  事實上,鈦廣泛分布于地殼及巖石中,在幾乎所有生物、水體中也同時存在。其在大陸上地殼的豐度達0.44%,在所有元素中名列第九位,遠高于鋅、銅等常見的金屬。

  鈦金屬之所以珍貴,主要在于復雜的冶煉工藝和高昂的加工成本。鈦性質(zhì)活潑,在高溫下易與氧氣發(fā)生反應,須在真空或充滿惰性氣體的環(huán)境中冶煉,對工藝和設備要求極高。此外,鈦的冶煉還需多次進行電解、加熱,會消耗大量能源。

△鈦性能優(yōu)異卻冶煉困難,被不少國家視為“戰(zhàn)略金屬”

  業(yè)內(nèi)專家指出,鈦已經(jīng)成為工程技術(shù)及高科技領(lǐng)域的關(guān)鍵材料及支撐材料,并成為評判國家綜合實力強弱的重要標志。正因如此,不少國家將鈦視為“戰(zhàn)略金屬”

  放眼全球,目前僅少數(shù)國家掌握完整的鈦工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。值得驕傲的是,中國便為其中之一。

  我國鈦工業(yè)起步于20世紀50年代,經(jīng)過七十余年發(fā)展,產(chǎn)能、產(chǎn)量均居世界第一,生產(chǎn)技術(shù)也處于世界領(lǐng)先水平,是名副其實的鈦業(yè)大國。從神舟系列載人飛船、C919大飛機,到蛟龍?zhí)?、奮斗者號載人潛水器,鈦金屬在大國重器上發(fā)揮著不可替代的作用。

  革命性飛躍

  這些年,在高精尖領(lǐng)域大放異彩的鈦,也在民用領(lǐng)域嶄露頭角。

  例如,在醫(yī)學領(lǐng)域,鈦密度低、強度大,與人體相容性好,是醫(yī)學植入的理想材料,被廣泛運用于人工骨關(guān)節(jié)、斷骨固定器、人工心臟瓣膜等。

  市面上的保溫杯多為不銹鋼材質(zhì),不僅重量重,外觀大多也平平無奇。一些人會用保溫杯裝茶水,但不銹鋼耐腐性一般,高溫茶水可能與保溫杯內(nèi)膽產(chǎn)生反應,讓茶湯帶上“金屬味道”。

  而鈦的運用,能為保溫杯帶來“革命性”飛躍。八馬茶業(yè)就以高純度鈦(鈦含量≥99.6%)打造了新一代高端燜泡保溫杯——鈦晶隨身燜茶杯。

△八馬茶業(yè)新一代高端燜泡保溫杯——鈦晶隨身燜茶杯

  得益于鈦的加持,這款燜茶杯堅如磐石,卻身輕如燕。鈦上可飛天,下可深潛,堅固耐用,卻比同體積不銹鋼輕約一半。這只鈦杯杯身有多重?掂量一下手上的手機,大概就是這個重量。

  更重要的是,鈦杯不僅能夠抑菌,更可以保持飲品原味。鈦是親生物金屬,常被用作醫(yī)學植入材料,安全性不言而喻。第三方權(quán)威檢驗機構(gòu)出具的報告顯示,這款鈦杯的抑菌率超過99%。

  而鈦杯內(nèi)膽表面覆蓋的氧化鈦膜,不僅可以有效抵御強酸堿物質(zhì)的侵蝕,還可以防止飲品與內(nèi)膽發(fā)生反應。

  這種特性使鈦杯適合盛放茶水、果汁、牛奶等各種飲品。很多老茶客喜歡燜茶,因為燜茶有助于更充分地釋放茶葉內(nèi)含物質(zhì),使茶湯更醇厚。用鈦杯燜泡老白茶、普洱熟茶、六堡茶等茶類,成為越來越多高端人士的選擇。

  不僅如此,鈦杯的“高顏值”也是普通保溫杯無法比擬的。多道工序錘煉和高溫處理讓鈦杯如星辰大海般璀璨,夢幻閃耀的視覺效果將高級感拉滿。

△星辰大海般璀璨的杯身,讓鈦晶隨身燜茶杯高級感拉滿

  行業(yè)引領(lǐng)者

  近年,生活品質(zhì)的提升讓更多人愿意使用高端產(chǎn)品、健康產(chǎn)品。有媒體指出,鈦制成的生活品成為健康生活的首選,得到市場廣泛好評。

  作為中國茶葉連鎖領(lǐng)先品牌,八馬茶業(yè)歷時近3年打磨推出鈦晶隨身燜茶杯。該產(chǎn)品在發(fā)揮鈦輕量化、親生物等特性的同時,兼具“未來金屬”的高端質(zhì)感,可謂“內(nèi)外兼修”。自上市以來便受到高端人士的廣泛關(guān)注和高度認可,一度供不應求。

  憑借著敏銳洞察和大膽創(chuàng)新,八馬為茶器具乃至鈦民用生活品市場注入新風,引領(lǐng)行業(yè)細分領(lǐng)域發(fā)展。未來,八馬茶業(yè)將繼續(xù)完善“鈦”系列產(chǎn)品線,以高品質(zhì)產(chǎn)品滿足消費者多樣化、高端化的需求。

  參考資料

  [1] 張緒虎. 《鈦合金在航天飛行器上的應用》. 中國有色金屬報. 2011-5-26

  [2] 楊遇春. 《走向民用的鈦》. 稀有金屬. 1983年第2期

  [3] 羅志忠,堵春蓮,楊娟珉,馬鴻海,李忠. 《鈦在民用領(lǐng)域的應用》. 國有色金屬工業(yè)協(xié)會鈦鋯鉿分會2012年鈦年會論文集

  [4] 楊一鳴. 《鈦應用引領(lǐng)健康生活》. 中國有色金屬報. 2022-3-17

  [5] 《那只飛得最快的“黑鳥”說,就用你的“鈦”揍你,怎么著?》. 航空知識. 2020年第4期

  [6] 董潔,李獻民,姜鐘林,劉立,趙普. 《鈦在海軍潛艇上的應用與展望》. 金屬世界. 2015年第4期

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