与钛相关的性质..doc

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与钛相关的性质.

1 金属钛的生产方法简介 钛的提取冶金复杂而困难,流程长,能耗大,因此成本高、价格贵。如果从采矿开始,到加工制成可供使用的各种型材,其工艺过程主要步骤为: 1 →金红石精矿 → 钛铁精矿 → 富集 → 富钛料 → 氯化 → 粗TiCl4 → 精制 → 精TiCl4 → 金属热还原 → 蒸馏或酸浸 → 海绵钛 → 熔铸 → 钛及钛合金锭 → 型材加工 → 钛材或钛零部件(供各领域应用) 上述步骤中,如果原料是天然金红石,则不经富集步骤而直接进行氯化。 历史上许多冶金工作者曾对制取金属钛的各种方法进行过研究,对各种可能的途径进行了探索试验。以含TiO2的富钛料为原料制取金属钛的可能途径很多,已研究过的方法概括在图1-5中。而获得大规模工业应用的方法主要是TiCl4镁热还原-真空蒸馏法(简称镁法或克劳尔法)。钠热还原法(简称钠法或亨特法)虽有某些优点,也曾被采用,但该法生产的海绵钛质量始终不如镁法海绵钛,因此近年来钠法逐渐减少,而镁热还原-真空蒸馏法已占据主导地位,本书以后各章主要介绍镁还原真空蒸馏法生产海锦钛。 镁还原-真空蒸馏法制取海绵钛的原则性流程如图1-6所示。海绵钛是一种中间产品,可在市场上交易。但因海绵钛还含有C、N、O等许多杂质,硬度大,不易加工成材,因此一般不能直接利用,还需进一步熔炼提纯生产致密金属钛(及其合金)并进一步加工成各种型材,如管、板、棒、环及其它异型材等才能供其它工业部门使用。钛材除纯钛外,目前世界上已能生产近30种牌号的钛合金。其中应用最广的是Ti-6Al-4V,Ti-6Al-6V-2Sn,Ti-5Al-6V-2.5Sn等。 图1-6 镁还原法生产工艺流程简图 图1-7为钛材加工生产的方框流程图。表1-16列出了2000~2006年这7年世界主要钛材生产地区的情况。 图1-7 钛材生产的原则性流程 表1-16 前几年世界主要钛材生产地区情况(kt/a) -Ti形成℃温度范围内,钛在空气中具有很高的抗腐蚀能力。当加热到400~500℃时,钛表面形成一层化学稳定性很高的氧化物-氮化物保护膜,膜结构与钛相似,能紧密 表2-1 金属钛的物理性质和热力学性质[1,35-38] 原子序数 相对原子质量 稳定同位素的相对原子质量 原子半径/nm 摩尔原子体积/m3?kgmol-1 晶体结构α-Ti(882.5℃) β-Ti(882.5℃) 晶格参数/nm α-Ti β-Ti 晶型转变/℃ (α-Ti→β-Ti) 相变热/k?mol-1 相变体积增量/% 密度/g?cm-3 α-Ti(25℃) β-Ti(885℃) (1000℃) 液体钛(1668℃) 可压性/cm2?kg-1 熔点/℃化潜/kJ?mol-1 沸点/℃ 蒸发潜/kJ?mol-1 升华潜/kJ?mol-1 电子输出功/e 超导临界/K 导磁率/H?m-1 磁化率/电磁?g-1 200K α-Ti(20℃) β-Ti(900℃) 22 47,88 46,47,48,49,50 0.145 10.8×10-3 密排六方晶系 体心立方晶系 c=0.46832±0.00004 a=0.29504±0.00004 c/a=1.5873 a=0.328±0.003 高纯钛为882.5工业纯钛由于有一定量的杂质,为900~950 4.99 5.5 4.505 4.35 4.30 4.11 0.8×10-6 高纯钛(碘化钛法)1670±10 工业纯钛:1660±10 3262 428.86 471.80 4.05±0.1 0.38~0.4(0.5) 1.00004 顺磁性 (3.2±0.4)×10-6 4.5×10-6 电阻率/Ω?m 高纯钛 工业纯钛传音速度/m?s-1 热中子俘获截/靶恩(10-28m2) 弹性模量(293K)/MPa 泊松比 线膨胀系数(20~300℃)/ K-1 导热系数(工业纯钛)/J?m-1?s-1?K-1 t0℃时t=373~900K范围的平均值 T=293~298时/?m-1?K-1 液体钛的表面张力/N?m-1 液体钛的动力粘度(1730℃)/m2?s-1 恒压摩尔容/J?mol-1?K-1 α-Ti(98~1155.5K) β-Ti(1155.5~1941K) 液体钛 蒸汽压/Pa 固体钛293K时 2981933K 液体钛1933~3575K 1933~3575K 熵/J?mol-1?K-1: 298K时的标准α-Ti(160K) β-Ti 液体钛 4.20×10-7 5.56×10-7 4975 5.8±0.4 1.08×105 0.34~0.405

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