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士不可以不弘毅，任重而道远。仁以为己任，不亦重乎?死而后已，不亦远乎?——《论语》

钛和钛合金的物理化学性质

1.钛和钛合金的物理性质

金属钛具有两种同素异构体，温度低于882.5℃时的稳定态晶体α，

为密排六方结构，在882.5℃以上的稳定态晶体β，为体心立方结构。

α-Ti在20℃的密度为4.51g/cm3，与氧形成间隙固溶体时，晶格发生

明显的畸变，其密度也随之增大。β-Ti在900℃时的密度约4.32g/cm3，

在熔化温度时为4.19g/cm3。在25℃时，纯钛的比热容约为0.011J/

（g·K），它随温度的升高而增加。

钛的熔点是1668℃。由于熔融钛几乎可与一切耐火材料发生反应，

因此测量其熔化潜热较为困难，现已测得的熔化潜热范围是15.5～

20.9kJ/mol。钛的沸点是（3260±20）℃，汽化潜热为428.5～

470.3kJ/mol。

钛的导热性较差，其热导率比不锈钢略低。钛单晶的线膨胀系数是

各向异性的，在0℃时a轴方向为7.34×10-6/℃，c轴方向为8.9×

10-6/℃；在20～300℃时，α-Ti多晶体的平均线膨胀系数为8.2×

10-6/℃。钛和钛合金的线膨胀系数与光学玻璃的线膨胀系数相近，是

人造卫星相机镜头框架和其他光学仪器框架的理想结构材料。

2.钛和钛合金的化学性质

勿以恶小而为之，勿以善小而不为。——刘备

钛的原子结构决定了钛是一种化学性质活泼的金属，能与多种元素

发生化学反应，特别是空气中的O、N、H及C等，此外还与卤素、P和

S以及各种常用的耐火材料等发生化学反应。

（1）与O的反应

致密的钛在常温的空气中是很稳定的，当它受热时便开始与O发生

反应。钛与O反应初期，O进入钛表面晶格中，形成一层致密的氧化膜，

它可防止O再向内部扩散，所以钛在500℃以下是稳定的。随着受热温

度的提高氧化膜逐渐增厚，氧化物的厚度和颜色也不同。

温度继续升高，金属钛表面生成的氧化膜开始溶解，O向钛的内部

晶格扩散。钛被氧化的速度取决于O向钛内部扩散的速度。当温度高于

700℃时，O向钛内部的扩散加速。温度继续升高时，开始生成较大厚度

的灰色氧化膜，这些氧化膜不致密，呈多孔状且易破碎，完全失去了作

用。温度进一步升高，加热的时间足够长时，则生成容易剥落的淡黄色

多孔鳞片状氧化物层。当温度达到1200～1300℃时，钛开始与空气中的

氧发生剧烈的放热反应。在纯氧中，钛与O发生激烈反应的起始温度比

在空气中低，500～600℃时钛便在氧气中燃烧。

钛与O发生反应，可生成钛的各种氧化物，如Ti3O2、Ti2O2、TiO、Ti3

O5、TiO2等。钛中加入合金元素，对其氧化性能有一定的影响，如Mo、

W和Sn的加入可降低钛的氧化速度，而Zr的加入则会提高氧化速度。

（2）与N的反应

勿以恶小而为之，勿以善小而不为。——刘备

常温下钛与N不发生反应。在800℃以上，钛能在氮气中燃烧。熔

融钛与N的反应十分激烈。钛与N的反应，生成的产物除Ti3N和TiN

外，还形成Ti-N固溶体。钛被加热，温度达到500℃时开始与N反应，

600℃以上钛吸N的速度明显加快，但比吸O的速度慢。

N与钛反应，也是在表面上生成薄膜，早期所生成的薄膜可紧密地

与钛表面结合，随着厚度增加薄膜开始发生破裂。钛与氮气反应生成氮

化钛（TiN）薄膜，尽