❶ 航天金屬之母是什麼
鈦。鈦合金
從發現鈦元素到製得純品，歷時一百多年。而鈦真正得到利用，認識其本來的真面目，則是本世紀40年代以後的事情了。
地理表面十公里厚的地層中，含鈦達千分之六，比銅多6l倍。隨便從地下抓起一把泥土，其中都含有千分之幾的鈦，世界上儲量超過一千萬噸的鈦礦並不希罕。
海灘上有成億噸的砂石，鈦和鋯這兩種比砂石重的礦物，就混雜在砂石中，經過海水千百萬年晝夜不停地淘洗，把比較重的鈦鐵礦和鋯英砂礦沖在一起，在漫長的海岸邊，形成了一片一片的鈦礦層和鋯礦層。這種礦層是一種黑色的砂子，通常有幾厘米到幾十厘米厚。
鈦沒有磁性，用鈦建造的核潛艇不必擔心磁性水雷的攻擊。
1947年，人們才開始在工廠里冶煉鈦。當年，產量只有2噸。1955年產量激增到2萬噸。1972年，年產量達到了 20萬噸。鈦的硬度與鋼鐵差不多，而它的重量幾乎只有同體積的鋼鐵的一半，鈦雖然稍稍比鋁重一點，它的硬度卻比鋁大2倍。現在，在宇宙火箭和導彈中，就大量用鈦代替鋼鐵。據統計， 目前世界上每年用於宇宙航行的鈦，已達一千噸以上極細的鈦粉，還是火箭的好燃料，所以鈦被譽為宇宙金屬，空間金屬。
鈦的耐熱性很好，熔點高達1725℃。在常溫下，鈦可以安然無恙地躺在各種強酸強鹼的溶液中。就連最兇猛的酸——王水，也不能腐蝕它。鈦不怕海水，有人曾把一塊鈦沉到海底，五年以後取上來一看，上面粘了許多小動物與海底植物，卻一點也沒有生銹，依舊亮閃閃的。
現在，人們開始用鈦來製造潛艇一——鈦潛艇。由於鈦非常結實，能承受很高隱物的壓力，這種潛艇可以在深達4500米的深海中航行。
鈦耐腐蝕，所瞎盯以在化學工業上常常要用到它。過去，化學反應器中裝熱硝酸的部件都用不銹鋼。不銹鋼也怕那強烈的腐蝕劑——熱硝酸，每隔半年，這種部件就要統統換掉。現在，用鈦來製造這些部件，雖然成本比不銹鋼部件貴一些，但是它可以連續不斷地使用五年，計算起來反而合算得多。
鈦的最大缺點是難於提煉。主要是因為鈦在高溫下化合能力極強，可以與氧、碳、氮以及其他許多元素化合。因此，不論在冶煉或者鑄造的時候，人們都小心地防止這些元素「侵襲」鈦。在冶煉鈦的時候，空氣與水當然是嚴格禁止接近的，甚至連冶金上常用的氧化鋁坩堝也禁止使用，因為鈦會從氧化鋁里奪取氧。現在，人們利用鎂與四氯化鈦在惰性氣體——氦氣或氬氣中相作用，來提煉鈦。
人們利用鈦在高溫下化合能力極強的特點，在煉鋼的時候，氮很容易溶解在鋼水裡， 當鋼錠冷卻的時候，鋼錠中就形成氣泡，影響鋼的質量。所以煉鋼工人往鋼水裡加進金屬鈦，使它與氮化合，變成爐渣一—氮化鈦，浮在鋼水表面，這樣鋼錠就比較純凈了。
當超音速飛機飛行時，它的機翼的溫度可以達到500℃。如用比較耐熱的鋁合金製造機翼，一到二三網路也會吃不消，必須有一種又輕、又韌、又耐高溫的材料來代替鋁合金乙鈦恰好能夠滿足這些要求。鈦還能經得住零下一百多度的考驗，在這種低溫下，鈦仍舊有很好的韌性而不發脆。
利用鈦和鋯對空氣的強大吸收力，可以除去空氣，造成真空。比方，利用鈦製成的真空泵，可以把空氣抽到只剩下十萬萬萬分之一。
鈦的氧化物——二氧化鈦，是雪白的粉末，是最好的白色顏料，俗稱鈦白。以前，人們開采鈦礦，主要目的便是為了獲得二氧化鈦。鈦白的粘附力強，不易起化學變化，永遠是雪白的。特別可貴的是鈦白無毒。它的熔點很高，被用來製造耐火玻璃，釉料，琺琅、陶土、耐高溫的實驗器皿等。
二氧化鈦是世界上最白的東西， l克二氧化鈦可以把 450多平方厘米的面積塗得雪白。它比常用的白顏料一—鋅鋇白還要白5倍，因此是調制白油漆的最好顏料。世界上用作顏料的二氧化鈦，一年多到幾十萬噸。二氧化鈦可以加在紙里，使紙變白並且不透明，效果比其他物質大10倍，因此，鈔票紙和美術品用紙就要加二氧化鈦。此外，為了使塑料的顏色變淺，使人造絲光澤柔和，有時也要添加二氧化鈦。在橡膠工業上，二氧化鈦還被用作為白色橡膠的填料。
四氯化鈦是種有趣的液體，它有股刺鼻的氣味，在濕空氣中便會大冒白煙——它水解了，變成白色的二氧化鈦的水凝膠。在軍事上，人們便利用四氯化鈦的這股怪脾氣，作為人造煙霧劑。特別是在海洋上，水氣多，一放四氯化鈦，濃煙就象一道白色的長城，擋住了敵人的視線。在農業上，人們利用四氟化鈦來防霜。
鈦酸鋇晶體有這樣的特性：當它受壓力而改變形狀的時候，會產生電流，一通電又會改變形狀。於是，人們把鈦酸鋇放在超聲波中，它受壓便產生電流，由它所產生灶神液的電流的大小可以測知超聲波的強弱。相反，用高頻電流通過它，則可以產生超聲波。現在，幾乎所有的超聲波儀器中，都要用到鈦酸鋇。除此之外，鈦酸鋇還有許多用途。例如：鐵路工人把它放在鐵軌下面，來測量火車通過時候的壓力；醫生用它製成脈搏記錄器。用鈦酸鋇做的水底探測器，是銳利的水下眼睛，它不只能夠看到魚群，而且還可以看到水底下的暗礁、冰山和敵人的潛水艇等。
冶煉鈦時，要經過復雜的步驟。把鈦鐵礦變成四氯化鈦，再放到密封的不銹鋼罐中，充以氬氣，使它們與金屬鎂反應，就得到「海綿鈦」。這種多孔的「海綿鈦」是不能直接使用的，還必須把它們在電爐中熔化成液體，才能鑄成鈦錠。但製造這種電爐又談何容易！除了電爐的空氣必須抽干凈外，更傷腦筋的是，簡直找不到盛裝液態鈦的坩堝，因為一般耐火材料部含有氧化物，而其中的氧就會被液態鈦奪走。後來，人們終於發明了一種「水冷銅坩堝」的電爐。這種電爐只有中央一部分區域很熱，其餘部分都是冷的，鈦在電爐中熔化後，流到用水冷卻的銅坩堝壁上，馬上凝成鈦錠。用這種方法已經能夠生產幾噸重的鈦塊，但它的成本就可想而知了。
元素名稱：鈦
元素原子量：47.87
元素類型：金屬
核內質子數：22
核外電子數：22
核電核數：22
質子質量：3.6806E-26
質子相對質量：22.154
所屬周期：4
所屬族數：IVB
摩爾質量：48
氫化物：TiH4
氧化物：TiO
最高價氧化物化學式：TiO2
密度：4.54
熔點：1660.0
沸點：3287.0
外圍電子排布：3d2 4s2
核外電子排布：2,8,10,2
顏色和狀態：銀灰色金屬
原子半徑：2
常見化合價：+2,+3,+4
發現人：格列高爾 發現年代：1791年
發現過程：
1791年，英國的格列高爾，在研究黑色磁性砂時，發現其中有新元素，即鈦。
元素描述：
具有金屬光澤，有延展性。密度4.5克/厘米3。熔點1660±10℃。沸點3287℃。化合價+2、+3和+4。電離能為6.82電子伏特。鈦的主要特點是密度小，機械強度大，容易加工。鈦的塑性主要依賴於純度。鈦越純，塑性越大。有良好的抗腐蝕性能，不受大氣和海水的影響。在常溫下，不會被稀鹽酸、稀硫酸、硝酸或稀鹼溶液所腐蝕；只有氫氟酸、熱的濃鹽酸、濃硫酸等才可對它作用。
元素來源：
鈦屬於稀有金屬，在地殼中的豐度占第七位，有0.42%。用於冶煉鈦的礦物主要有鈦鐵礦（FeTiO3）、金紅石（TiO2）和鈣鈦礦等。礦石經處理得到易揮發的四氯化鈦，再用鎂還原而製得純鈦。
元素用途：
鈦和鈦的合金大量用於航空工業，有"空間金屬"之稱；另外，在造船工業、化學工業、製造機械部件、電訊器材、硬質合金等方面有著日益廣泛的應用。
元素輔助資料：
鈦的主要礦石是金紅石TiO2和鈦鐵礦FeTiO3，它的發現也正是從這兩種礦石的分析而來。早在1791年英國英格蘭西南端康沃爾（Cornwall）郡門拉陳（Menacan）教區的牧師格累高爾，也是一位科學家，分析出產在他教區內的一種黑色礦砂，也就是今天成為鈦鐵礦的礦石時發現了一種新的金屬物質並命名為menacenite。三年後，1795年，克拉普羅特分析了匈牙利布伊尼克（Boinik）地區出產的金紅石，認識到它是一種新金屬的氧化物，具有抵抗酸、鹼溶液的特性，借用希臘神話中大地的第一代兒子們泰坦神族Titans，命名這個金屬為titanium，元素符號定為Ti。兩年後，克拉普羅特證實格累高爾發現的menacenite就是鈦。
鈦對於酸、鹼具有較強的耐腐蝕性，已成為化工生產中重要的材料。
鈦一般被認為是稀有金屬，其實它在地殼中的含量相當大，比一般的常用的金屬鋅、銅、錫等都大，甚至比氯、磷都大
❷ 為什麼鈦可以廣泛用於航空工業,造船工業
以鈦為基加入其他合金元素組成的合金稱作鈦合金。鈦合金具有密度低、比強度高、抗腐蝕性能好、工藝性能好等優點,是較為理想的航天工程結構材料。
研究范圍：
鈦合金可分為結構鈦合金和耐熱鈦合金,或α型鈦合金、β型鈦合金和α＋β型鈦合金。研究范圍還包括鈦合金的成形技術、粉末冶金技術、快速凝固技術、鈦合金的軍用和民用等。
應用：
鈦合金是一種新型結構材料，它具有優異的綜合性能，如密度小（~4.5g cm-3），比強度和比斷裂韌性高，疲勞強度和抗裂紋擴展能力好，低溫韌性良好，抗蝕性能優異，某些鈦合金的最高工作溫度為550ºC，預期可達700ºC。因此它在航空、航天、化工、造船等工業部門獲得日益廣泛的應用，發展迅猛。輕合金、鋼等的（σ0.2/密度）與溫度的關系，鈦合金的比強高於其他輕金屬、鋼和鎳合金，並且這一優勢可以保持到500ºC左右，因此某些鈦合金適於製造燃氣輪機部件。鈦產量中約80%用於航空和宇航工業。例如美國的B-1轟炸機的機體結構材料中，鈦合金約佔21%，主要用於製造機身、機翼、蒙皮和承力構件。F-15戰斗機的機體結構材料，鈦合金用量達7000kg ，約占結構重量的34%。波音757客機的結構件，鈦合金約佔5%，用量達3640 kg。麥克唐納 道格拉斯（Mc-Donnell-Dounlas）公司生產的DC10飛機，鈦合金用量達5500kg，占結構重量的10%以上。在化學和一般工程領域的鈦用量：美國約占其產量的15%，歐洲約佔40%。由於鈦及其合金的優異抗蝕性能，良好的力學性能，以及合格的組織相容性，使它用於製作假體裝置等生物材料。
特點：
鈦金屬的密度較小，為4.5g/cm3，僅為鐵的60%，通常與鋁、鎂等被稱為輕金屬，其相應的鈦合金、鋁合金、鎂合金則稱為輕合金。世界上許多國家都認識到鈦合金材料的重要性，相繼對鈦合金材料進行研究開發，並且得到了實際應用。 鈦是二十世紀五十年代發展起來的一種重要的結構金屬，鈦合金因具有比強度高、耐蝕性好、耐熱性高、易焊接等特點而被廣泛用於各個領域，尤其是強度高、易焊接性能有利於高爾夫桿頭的製造。
第一個實用的鈦合金是1954年美國研製成功的Ti-6Al（鋁）-4V（礬）合金。Ti-6Al-4V合金在耐熱性、強度、塑性、韌性、成形性、可焊性、耐蝕性和生物相容性方面均達到較好水平。Ti-6Al-4V合金使用量已佔全部鈦合金的75~85%。許多其它合金可以看作是Ti-6Al-4V合金的改型。 目前，世界上已研製出的鈦合金有數百種，最著名的合金有二十至三十種，例如，有Ti-6Al-4V</SPAN>、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、Ti-811、Ti-6242、Ti-1023、Ti-10-5-3、Ti-1100、BT9、BT20、IMI829、IMI834等；用於球桿製造的有10-2-3,SP700,15-3-3-3（通常所說的β鈦）,22-4,DAT51。
鈦合金可以分為α、α+β、β型合金及鈦鋁金屬間化合物（TixAl，此處x=1或3）四類。下表列出了四類典型鈦合金及特點。
類別