近日，東京大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種新方法可以大大降低生產(chǎn)低氧高純鈦的成本。在研究成果中他們介紹了這種經(jīng)濟(jì)有效的方法，是通過使用釔將鈦中的含氧量降低到0.02%，這一突破可以使鈦得到更廣泛的工業(yè)應(yīng)用。但要充分實(shí)現(xiàn)在制造業(yè)中鈦合金更多的潛在應(yīng)用，材料中成分含量高達(dá)1%的釔是一個(gè)迫切需要解決的挑戰(zhàn)。

鈦是地殼中含量排第九的元素，但從鈦礦石中去除氧氣的成本很高，因此以純鈦制成的產(chǎn)品很少見。氧氣去除成本的降低可以有效促進(jìn)制造商在制造產(chǎn)品中更廣泛地利用鈦產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)。最近發(fā)表在Nature Communications上的一項(xiàng)研究表明，東京大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究所的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種方法，可以降低生產(chǎn)幾乎完全無氧高純鈦的成本。這種脫氧方案不但有利于技術(shù)發(fā)展，對(duì)環(huán)境可持續(xù)性也非常有益。

鈦的特性與挑戰(zhàn)

與其他金屬相比，鈦材料用途更加廣泛，因?yàn)樗粌H能抵抗化學(xué)損傷，而且堅(jiān)固又輕便。最新一代iphone手機(jī)選擇鈦合金作為基本框架，盡管成本增加了，但鈦的使用讓手機(jī)變得更輕便。

東京大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究所的研究人員已經(jīng)可以有效地從高氧濃度的鈦中去除氧氣，這可能有助于降低用途廣泛的鈦金屬生產(chǎn)成本。資料來源:東京大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究所遺憾的是，生產(chǎn)超純鈦比制造鋼（鐵合金）和鋁要昂貴得多，因?yàn)樵谥苽涓呒兌肉伒倪^程中需要消耗大量的能源和資源。開發(fā)一種廉價(jià)、簡(jiǎn)單的方法來制備高純鈦，并促進(jìn)工業(yè)和普通消費(fèi)者所用的產(chǎn)品開發(fā)，是研究人員需要解決的問題。

創(chuàng)新的除氧技術(shù)

該研究的主要作者Toru H. Okabe解釋說:“工業(yè)大量生產(chǎn)鐵和鋁金屬，但不是鈦金屬，因?yàn)閺牡V石中去除氧氣的成本很高。我們使用了一種基于稀土金屬的創(chuàng)新技術(shù)，可以將鈦中的氧氣去除到單位質(zhì)量的0.02%。”研究人員方案中的一個(gè)關(guān)鍵步驟是將熔融鈦與金屬釔和三氟化釔或類似物質(zhì)反應(yīng)，最終他們得到了低成本、固態(tài)、脫氧鈦合金，反應(yīng)后的釔還可循環(huán)使用。研究人員在這項(xiàng)工作中的亮點(diǎn)是，即使是含有大量氧氣的鈦廢料也是可以用這種方式處理的。Toru H. Okabe表示：“我們對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的用途廣泛感到振奮，無需中間化合物和簡(jiǎn)單的操作步驟將有助于其在工業(yè)上的應(yīng)用。”

這項(xiàng)工作是目前更有效利用高純鈦的重要一步。但這項(xiàng)工作目前還存在一個(gè)局限，就是得到的脫氧鈦中含有質(zhì)量高達(dá)1%的釔，釔會(huì)影響鈦合金的力學(xué)和化學(xué)性能。再進(jìn)一步解決釔污染問題后，鈦產(chǎn)品在工業(yè)制造中的應(yīng)用將會(huì)暢通無阻。

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