用國際鈦粉 鈦設備、鈦盤管、鈦換熱器、鈦反應釜、鈦蒸發器公司生產的高純粉末製成的高品質零件的利息僅占目前用機加工或用粉末成型的方法加工本錢的很小的一個百分數。該粉末可做為幾種近凈成型技術如鐳射堆積和金屬噴射造型的選用資料。

　　鈦加工技術

　　鈦具有獨特的性能：低密度、高比強度、高溫強度、超強耐蝕性。鈦做為一種結構金屬，地殼中的含量排在第四位，僅次於鐵、鋁、鎂，比鎳、銅、鉻、鉛、錫和鋅的總和還多。然而，當前的鈦生產體系卻是非常復雜的且成本高。鈦之所以高貴是因為目前從礦石到金屬的精煉過程是一個多步驟、高溫批次處置過程。本文將首先講述當前的鈦技術，然后討論四種最有希望降低鈦成本的方法。這些方法包括克羅爾、亨特、劍橋和阿姆斯壯法。

　　1.當前的鈦萃取法

　　目前鈦金屬的生產都是從金紅石TiO2開始的金紅石與石油焦碳一起，1000℃（1830℉）溫度下，於流化床反應器中進行氯化處理，以生產TiCl4

　　TiO2+2Cl2+CTiCl4+CO2

　　鈦的生產也可從其他低成本的資料開始，如鈦鐵礦或礦渣，但它含有更多的鐵和其他雜質。對液態TiCl4進行提純，且約90%TiCl4氧化成TiO2用於顏料工業。

　　TiCl4所有商業化過程的一個起點。從TiCl4開始的兩個主要原因是①TiCl4純度高，②鈦與氧分離了

　　2.克羅爾法

　　目前使用的克羅爾法與杜邦公司1948年研製出的方法相比沒有多少改變，主要包括以下方法。將干的清潔的不銹鋼蒸器抽真空，並充氬。再將用於還原TiCl4鎂引入蒸器。將蒸器加熱至800℃～900℃（1470℃℉～1650℉）然后將TiCl4慢慢地送入蒸器。鎂還原TiCl4反應式如下：

　　TiCl4+2MgTi+2MgCl2

　　隨著還原的進行，MgCl2週期性地分流出。幾天之后，取決於蒸器的尺寸，反應停止，蒸器壓力上升。此時，約30%鎂仍未反應。形成一種類似海綿狀的多孔物質的鈦金屬。

　　現在蒸器中有鈦金屬（海綿鈦）未反應的鎂和一些MgCl2這些雜質可由浸出或真空蒸餾法去除。真空蒸餾法通過提高蒸器的溫度和在真空下除去了未反應的鎂和MgCl2而剩下了海綿鈦。然后反應器打開，取出鈦。將海綿鈦剪成0.6cm0.25塊，加入合金化金屬，也有可能是一些鈦殘料，然后熔煉成錠。為保證均勻性和去除夾渣，錠要再熔一次或兩次以上。

　　從一開始，就有人批評克羅爾法成本高、效率低。一種成批步驟，其中有許多勞動強度大。然而，50年后儘管有多種新工藝產生，但沒有一種能替代它 鈦設備、鈦盤管、鈦換熱器、鈦反應釜、鈦蒸發器事實上，克羅爾法做了很少的改變。主要的區別就是蒸器的尺寸變大了同一反應器中進行鎂還原和真空蒸餾。

　　亨特法與克羅爾法非常相像，只是鎂被換成了鈉。即使方法類似，但亨特法利息略高一些，因而，亨特法目前僅用於小批量、特殊高純度粉末的生產。

　　人們對克羅爾法做的理論研究較少，因而有許多人們要學的東西。最近Okabe等人所做的一些工作表明，克羅爾和亨特反應可被解釋為一種電氣化學反應。更好地瞭解克羅爾法，有助於人們對其進行改進。有可能做出的改進也許包括減少過多的鎂用量，或減少由於壁上的污染造成鈦等級下降的數量，或更好地控制氮化物夾渣。甚至有可能改進克羅爾法或亨特法，使它能連續。

　　若想對克羅爾法進行革命性地改善，以大大降低其價格似乎不大可能，但可通過逐步做一些小的變化也能降低鈦的本錢。

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　　3.電解法

　　1953年，克羅爾預言在15年后將使用電解法來生產鈦。但為什么經過50多年仍沒有商業化電解鈦廠建成呢？

　　人們一直指望電解法能夠像Hall-Heroult法的引入大大降低鋁的生產利息那樣帶來同樣的影響。Hall-Heroult之前，鋁用鈉還原，利息比金還貴。然而，由於鈦與鋁的差別較大，使電解法生產鈦更困難。

　　一方面，鈦的熔點是1000℃（1800℉）高於鋁的因此，目前為止，所有電解法生產的固態 鈦設備、鈦盤管、鈦換熱器、鈦反應釜、鈦蒸發器有枝狀組織，並由於拖延而遭成電解液損失。電解浴中，鋁僅有一個穩態的化合價，而鈦有兩個。這種多重化合價狀態引起電子效率的損失。但主要問題是電解法可能不比克羅爾法便宜，因為兩者都是開始於TiCl4一些經濟分析標明，電解法比克羅爾法應能有所節省。但一些公司進行的試驗規模的生產卻沒能證明這一點。

　　電解法已成為電萃取研究的一個主要領域。但從未進行過工業化生產。實際情況是大家都花了成百上千的美金建立實驗性工廠，然后又放棄了這些項目。

　　局部原因是由於，一個工藝的開發時間長於鈦市場週期，沒有一家實驗性工廠在市場低迷時期能倖免。另一個原因可能是鈦市場增長較緩。事實上，商業化生產商也在減少。1958年時，美國至少有6家公司生產海綿鈦，而目前僅有Timet一家。也有人爭論說，電解法利息永遠不會比克羅爾法低。

　　鈦可採用電解法進行生產，問題是經濟性。GTTMarcoGinatta繼續使用氯化法，並已在義大利的Torino建立了一個大型實驗性生產廠。也許有一天工業化電解廠能代替克羅爾生產廠，但開始於TiCl4電解法要想大大降低鈦價格看來是不大可能的

　　4.FFC劍橋法

　　另一種是劍橋大學DerekFray宣佈的一種更激進的電解還原方法，給人們帶來振奮。此方法中，TiO2被壓制成顆粒，然后在950℃（1740℉）氯化鈣（CaCl2浴中作陰極，用石墨電極作陽極。當通入電流時，氧被電離並溶解於CaCl2浴中。由於單價氧在溶液中，消除了二價鈦離子的問題。這種方法生產的鈦僅含氧60ppm規模為公斤級。

　　該方法開始于金紅石，因而理論上鈦的生產利息應大大降低。然而，金紅石不是純的TiO2必需找到能代替用氯化來進行凈化的方法。另外，原因之一是氯化法要從氧中分離出鈦。以前許多生產低氧含量鈦的工作都失敗了

　　要使該過程能順利進行，不只要求TiO2電解要成功，還要找到不太貴的純TiO2貨源。從小規模生產到噸級的工業化過程還有很長的路要走。因為該方法具有大大降低鈦成本的潛力，值得人們去研究。

　　5.鈦粉

　　阿姆斯壯法（由芝加哥的國際鈦粉公司研製）被認為是亨特法上的一種改進。鈦粉是以一種連續加工法生產的而不是成批方法。阿姆斯壯法是通過鈉與四氯化鈦的還原反應來生產鈦。此方法中，TiCl4蒸汽注入熔融鈉中。鈉的流量逾越鈉還原TiCl4化學計量要求。過剩的鈉使反應產物冷卻，並把它帶到分離階段，去除過剩的鈉和鹽。反應產物是一種連續的粉末流。對此工藝稍做修改也可用來生產釩/鋁鈦合金。

　　國際鈦粉公司已使用此方法生產了大量的鈦。由能源部在A lbany研究中心所做的分析標明，氧含量已低至0.2%符合Gr2鈦的標準。一些鈦粉已被熔成鈕扣用做拉伸試驗樣品，也滿足Gr2鈦的強度和延性標準。

　　阿姆斯壯法的優點是一種相對簡單的生產鈦粉的方法。目前已能將氧含量降至低於0.2%足以用於某些鈦的應用中。新型的要求嚴格的一些工廠可再降低氧的含量。

　　當前，國際鈦粉公司正在建造工程設施以進行更多的試驗。該體系將允許每次試驗能生產約5kg11lb鈦，同時也在建造試驗性規模的工廠，每次試驗能生產約120kg265lb鈦。

　　國際鈦粉公司的方法已接近商業化。然而，仍有一些問題需要提出。產品的氧含量將會怎樣？由阿姆斯壯法生產鈦的利息會是多少？因為它也開始於TiCl4原材料利息與亨特法是一樣的但國際鈦粉公司的方法比亨特法有更多的優點：

　　國際鈦粉公司的生產法是連續的且在低溫下運行，因而資金和勞動利息大大降低。

　　產品不需要額外的凈化，而亨特法生產海綿鈦時則需要。

　　粉末適用于各種應用，如粉末冶金、濺射成型和其他快速加工法。

　　直接生產出小直徑、高純度粉末，無廢物。

　　鹽是唯一的副產品，能被打碎成鈉和氯，可再使用。

　　有許多開發完善的工藝可將粉轉換成板、棒或更復雜的型材如齒輪。然而，目前很少從粉直接生產鈦零件。或者是粉末為摻雜的將價格降到可接受的范圍（生產低等的零件）或者是高純的高貴的粉末，生產高強度零件，價格很高。