鈦在建筑、汽車、計算機等新興市場中的應(yīng)用，并對鈦的新市場的發(fā)展前景進行了展望。從長遠(yuǎn)來看，未來鈦新應(yīng)用市場前景光明。
自從人類1790年發(fā)現(xiàn)鈦元素，1951年進入工業(yè)化生產(chǎn)以來，鈦逐漸顯示出它獨特的優(yōu)越性能。它不僅具有金屬結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)越性能，而且在許多工藝介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐腐蝕性能。鈦的應(yīng)用可以獲得明顯的技術(shù)進步和經(jīng)濟效益。鈦的蘊藏量是銅的十倍，是繼鐵、鋁之后的“第三金屬”，被稱為“空間金屬”。
由于鈦所具有的一系列優(yōu)良性能，資源又很豐富，鈦的工業(yè)生產(chǎn)問世后，立即受到普遍高度重視。鈦的應(yīng)用首先是從軍工和航空工業(yè)開始的。早在1951年美國就將鈦材用于飛機上，前蘇聯(lián)、英國的鈦材也主要用在軍事和航空領(lǐng)域。鈦材最早用于航空，航空市場一直是鈦最主要的市場，目前仍占世界鈦市場總量的50%。上世紀(jì)70年代后，鈦的優(yōu)良性能逐步在民用工業(yè)中得到普遍認(rèn)識，在冶金、化工、電力等民用工業(yè)上的應(yīng)用逐年增加，用量也穩(wěn)步增長。
鈦的新應(yīng)用
近年來，鈦在建筑、汽車、計算機、裝甲、油氣開采、體育休閑用品等新應(yīng)用領(lǐng)域不斷出現(xiàn)，并形成一定的規(guī)模。
1、建筑用鈦
鈦在許多建筑應(yīng)用領(lǐng)域中是一種優(yōu)異的可選擇材料，如在外部包覆、懸墻、屋頂包覆、蒸餾塔外層、頂蓋，內(nèi)部包覆、燈具以及藝術(shù)雕塑品和紀(jì)念碑等。建筑用鈦具有杰出的耐蝕性、高強度、輕重量和耐久性，比其它任何金屬的使用壽命都長，且不需要怎么維修。因此從設(shè)計和開發(fā)來說，尤其是從壽命周期考慮，鈦是最實用的。
許多新的項目已列在規(guī)劃之中。如巴黎航空站已計劃在兩個大的世界級建筑項目中使用鈦。鈦還被選擇用作北京國家大劇院（見圖1）和阿布扎比國際機場建筑用橢圓形頂?shù)牟牧希渲袊掖髣≡簝H蒙皮材料估計就使用400噸鈦材；阿布扎比機場預(yù)計在屋頂、結(jié)構(gòu)材料上的鈦材用量將達800噸。在該機場的建設(shè)中，鈦首次在結(jié)構(gòu)建筑中獲得應(yīng)用。為滿足工程需要，阿布扎比機場將使用航空級鈦合金厚板做結(jié)構(gòu)架，另外，機場外部還將用鈦嵌板和玻璃包覆。
鈦在歐美建筑的應(yīng)用中相對較新，但在日本的應(yīng)用已有多年了，有百余個建筑物都使用了鈦，使許多重污染地區(qū)、都市和濱海地區(qū)的腐蝕問題得到了圓滿的解決。
2、汽車應(yīng)用
汽車零部件使用鈦可使汽車重量大大減輕，降低燃料消耗，提高汽車工作效率，改善環(huán)境和降低噪音。據(jù)資料介紹，每降低10%的車體重量就可以減少10%廢氣排放量及節(jié)省7%的燃料消耗，因此汽車的輕量化將會起到“節(jié)能，環(huán)保”的雙重功效。鈦在汽車中的具體應(yīng)用部位列于表1。
歐洲雪佛萊（Chevrolet）汽車公司高性能的2001 Corvette Z06型汽車上使用了鈦回氣管，使汽車減輕重量8.1千克，并明顯地提高了耐蝕性。2001 Corvette Z06型汽車，預(yù)計將生產(chǎn)6500輛。
用鈦制成的彈簧可比鋼彈簧減輕60%-70%的重量，在一個典型的、美國造的、可乘坐5-6人的家用車中，通常使用4個鈦卷彈簧，每輛車就可減輕10千克左右的重量。美國鈦金屬公司（Timet）與德國大眾汽車公司于2001年1月宣布，大眾Lupo FSI的2001年型號車將使用鈦懸簧，大眾汽車公司預(yù)計生產(chǎn)了3500輛該型號車。這些是最近在汽車中大量使用鈦的例子。
使用鈦制排氣系統(tǒng)和懸掛彈簧可為設(shè)計者提供兩種最大減輕重量的方法，近來的這些突破已吸引了許多賽車、豪華小汽車、小型廂式載重車和卡車的生產(chǎn)商。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和汽車制造商提高燃料經(jīng)濟性的需求，會有更多的工程設(shè)計人員將選擇鈦用做汽車零件，鈦最終將在汽車生產(chǎn)工業(yè)中占有重要的地位。
3、鈦在計算機上的應(yīng)用
因鈦具有質(zhì)量輕、無金屬過敏性、可循環(huán)利用等諸多優(yōu)良特性，因此鈦在個人電腦、手機等領(lǐng)域中的應(yīng)用日益增多。鈦在計算機上的使用主要是用做計算機外殼和硬盤盤片。
（1）鈦計算機外殼
IBM公司于2000年5月宣布其新型ThinkPad筆記本電腦外殼使用鈦基復(fù)合材料。ThinkPad電腦A系列（如A20p）和T系列（如T20）的機殼均使用了鈦基復(fù)合材料，不但提高了機殼的強度和抗震性能，而且可使電腦更薄、更輕。
日本富士通公司率先采用純鈦（99.5%）制造的小型A5尺寸、890克輕量筆記本電腦外殼。1999年該公司已在筆記本電腦（INTERTOP CX300）的外殼上使用鈦合金。
鈦比主要作為計算機外殼材料的金屬鎂的拉伸強度高出許多（鎂為44.4GPa，鈦為106.3GPa），鈦的導(dǎo)熱率（17W/m.K）也只有鎂（159W/m.K）的十分之一，所以鈦作為外殼材料在實現(xiàn)薄壁化的同時又能保持強度，抑制來自硬件等的熱量擴散，防止底面的發(fā)熱。尤其是因鈦表面耐蝕性優(yōu)良，表面的涂層處理等變得較為簡單。
（2）計算機硬盤盤片
硬盤盤片大多采用鋁合金制造，前不久又出現(xiàn)了“玻璃硬盤”，因這種盤片具有更大的平滑性和更高的堅固性，且在高轉(zhuǎn)速時也具有更高的穩(wěn)定性。計算機硬盤盤片用鈦合金（主要是Ti-3Al-2.5V）比通用的鋁合金和玻璃硬盤有更多的優(yōu)越性，如強度高，可減少盤片厚度，提高存儲密度和轉(zhuǎn)速，表面光潔度高，可減少讀寫磁頭與磁盤的距離，提高存儲密度；鈦盤片還具有損壞容許極限高、表面硬度高等特點。
目前，由美國Timet公司投資500萬美元建成了一個鈦盤片內(nèi)部組織機構(gòu)，1998年已小規(guī)模地在微機驅(qū)動部件上進行新開發(fā)，硬盤用鈦會給Timet公司帶來很大益處。目前市場上使用較普遍的鈦硬盤的規(guī)格為：直徑95mm；厚度0.635mm（或0.8mm）；表面硬度14700MPa；楊氏模量660GPa；最高工作溫度700℃；平直度＜10μm；粗糙度Ra＜0.8nm。盤片采用的生產(chǎn)技術(shù)多為精密冷軋鈦或鈦合金，盤片表面可通過等離子氮化、等離子滲碳或等離子碳氮共滲進行硬化處理，盤片表面也可噴鍍一層氮化鈦或硼化鈦硬涂層。
計算機硬盤盤片的市場很大，發(fā)展迅速。1998年世界盤片產(chǎn)量約為4.5億張。分析家預(yù)測，硬盤生產(chǎn)量以每年10%-15%的速度增長。據(jù)估計，隨著信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展和市場的激烈競爭，鈦用于計算機會有較好的市場。
4、軍事工業(yè)
除軍用飛機外，軍事戰(zhàn)車和火炮是鈦主要的軍事應(yīng)用，其前景十分看好。軍用車輛急需減輕重量，當(dāng)前軍隊中絕大多數(shù)軍車已達到其設(shè)計重量極限。而任何新技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)有的車輛上，都要求除去相當(dāng)?shù)闹亓浚⒉荒苡绊憶_擊防護性能，因此鈦是最佳的選擇。鈦在地面軍用車輛中的應(yīng)用有M1主戰(zhàn)坦克、M2戰(zhàn)車和Bradley戰(zhàn)車等（見圖5）。試驗表明，Ti-6A1-4V合金和新型TIMETAL Ti-62S合金優(yōu)于常規(guī)的均質(zhì)裝甲鋼（RHA）材料。鈦、鋁、和RHA鋼的一些性能比較列于表2中。
鈦與常規(guī)的軋制均勻裝甲鋼材料相比具有高比強度、極好的射擊和多次射擊性能、可焊性和機加性以及極強的耐腐蝕性，可減輕25%-60%的重量，提高裝甲車的戰(zhàn)斗能力和機動性，并減少壽命周期成本。低成本多用途的TIMETAL 62S合金與常規(guī)Ti-6Al-4V合金相比還可節(jié)省15%-20%的費用，因此它是美國軍隊裝甲應(yīng)用的首選，比如用在Bradley戰(zhàn)斗車指揮艙的艙口處。
在M2戰(zhàn)車上，鈦主要用于指揮艙蓋和頂部防護裝甲的改進，指揮艙蓋每個重68千克，待改進M2戰(zhàn)車總計1000輛，1997年已對首批的580輛進行了改裝。
在火炮系統(tǒng)中，兩種155毫米輕型牽引榴彈炮使用了大量的鈦合金。XM777 155mm超輕型便攜式榴彈炮的架尾和反沖擊氣缸是用鈦制成的。美國RMI公司從2001年開始為英國宇航系統(tǒng)公司研制的XM—777型155mm榴彈炮提供鈦材。榴彈炮從2003年開始交貨，到2010年將要制造821門，該項目將為RTI贏得1億美元的收入。
盡管鈦合金性能優(yōu)良，但因價格原因而不能廣泛用于國防領(lǐng)域，隨著低成本鈦合金研究力度的加大，鈦還將用于M113裝甲運輸車的改造，若將50%的M113進行改進，大約要用鈦80000噸。鈦在未來軍事領(lǐng)域的應(yīng)用還將深入到海運裝備中，海軍艦船上每年大約需要更換9.7萬米熱交換器用的銅鎳合金管，如果改用鈦管，可延長使用壽命，節(jié)省大量維修費用。
5、體育用品
鈦在體育用品中的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，如高爾夫球棒和球頭、網(wǎng)球拍、登山鞋、滑雪鞋、冰球冰刀、自行車架、短跑運動鞋鞋釘?shù)取?/p>
鈦高爾夫球桿明顯占優(yōu)勢，鈦的比重小，強度大，可以把球頭做得更大，而不會增加球桿的總重量。在廣泛的試驗中，高爾夫球手用鈦球頭比用標(biāo)準(zhǔn)加大的鋼球頭的擊中率平均可提高20%，而且擊球距離有所提高。美國在高爾夫球等民用品方面的用鈦量增長很快，1996年美國高爾夫市場鈦的消耗達4500噸。
鈦制網(wǎng)球拍市場需求量近來呈上升勢頭。鈦網(wǎng)由于深埋球拍的框架內(nèi)，增強了球拍的打擊力，受到玩家的好評。現(xiàn)在，日本幾乎所有的網(wǎng)球拍生產(chǎn)廠家都在出售鈦制球拍，它占到球拍市場約一半的份額。
因鈦眼鏡架的輕量、高強度、高耐蝕性、又不發(fā)生金屬過敏等優(yōu)點，日本眼鏡架的半數(shù)以上是鈦鏡架。如果鈦鏡架市場在不遠(yuǎn)的將來擴大到中國、東南亞等地區(qū)，那么目前的鈦鏡架需求將會成倍增加。
現(xiàn)在自行車運動在全世界得到廣泛開展，鈦自行車特別適合高檔次自行車運動的要求，因此鈦自行車的銷量也在逐步增大。
除此之外，鈦在手表、首飾、滑雪用具、魚竿等體育休閑用品上的應(yīng)用也不勝枚舉，其用量相當(dāng)可觀。
6、食品器械
鈦在食品器械的應(yīng)用中表現(xiàn)出高耐蝕性、輕重量、生物相容性、低粘附性、高清潔性與殺菌性，鈦制食品設(shè)備具有高效率、長壽命、低維修成本、低商品壽命成本的優(yōu)點，且安裝簡便，容易檢修。食品的保存與加工多采用加鹽法，在此方面，鈦比其它金屬材料更加優(yōu)異。且在食品加工工藝中，防止了來自材料的污染或通過腐蝕而進入到制品中的微生物污染，鈦的耐腐蝕性能可說是獨一無二的。特別是粘附性之低可與特氟綸相比，加之鈦加工技術(shù)的可行性，實現(xiàn)了深層的衛(wèi)生狀態(tài)，使凈洗作業(yè)變得簡單，且提高了效率。制品不受污染，味道純正。因此，鈦在釀造、食品加工裝置材料的使用中成為安全、衛(wèi)生的材料。
目前，食品器械產(chǎn)業(yè)市場被不銹鋼所壟斷，世界上每年有數(shù)百萬噸的不銹鋼在與食品相關(guān)的領(lǐng)域得以使用。為了拓展鈦在食品相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用，研究人員對于食品用鈦的耐蝕性和香、味的變化等功能試驗及數(shù)據(jù)的整理工作正在進行。事實上，食品工業(yè)對鈦并不熟知，因此應(yīng)進行大規(guī)模的市場促銷活動，以增加鈦在食品行業(yè)中的用量。
新應(yīng)用市場前景展望
目前，航空工業(yè)的興衰對鈦工業(yè)仍起著決定性的作用。9.11恐怖事件對航空業(yè)的打擊加強了人們開拓新市場的認(rèn)識，使人們再次意識到了開發(fā)航空業(yè)以外鈦市場的重要性，以擺脫完全依賴于傳統(tǒng)工業(yè)的被動局面。
最具鈦新應(yīng)用潛力的市場是汽車行業(yè)，全世界汽車的鈦用量在1995年僅有100噸，而2002年達到1100噸。汽車用鈦是一個非常龐大的市場。一旦鈦在汽車工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，那鈦材的用量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前航天航空工業(yè)中的用量。現(xiàn)在，美國每年可生產(chǎn)1500-1600萬輛汽車，若每輛車上使用1千克的鈦部件，則美國每年的汽車用鈦量將達到1.5萬噸以上。汽車制造商批量使用鈦制零部件標(biāo)志著世界鈦工業(yè)今后將逐步擺脫航空業(yè)的束縛，向更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域拓展，如阿爾法羅密歐汽車的鈦制零部件。
另外，近海石油和天然氣生產(chǎn)用鈦量在2000年為500噸，到2006年增長到2300噸。軍用裝甲目前年用鈦量為400t，到2006年增至1300噸。鈦高爾夫球桿市場在經(jīng)歷大幅調(diào)整后，目前仍是鈦民用領(lǐng)域的一大支柱，年銷售量為1200噸左右。
鈦在建筑、汽車、能源、軍用裝甲板等新領(lǐng)域市場已較前大幅度增加，其總消費量在2001年約為6000噸，到2004年翻了一番，達到1.2萬噸。據(jù)預(yù)測，到2013年，新應(yīng)用領(lǐng)域用鈦將占全部用鈦量的20%，那時鈦市場受制于航空業(yè)的局面將會改變。
總之，我們相信隨著鈦新應(yīng)用的不斷開發(fā)與發(fā)展，鈦新用量的不斷上升，未來鈦的新應(yīng)用市場的發(fā)展前景光明。
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