近日，東京大學的研究人員取得了一項重要突破，他們開發(fā)出了一種新方法，能夠大大降低生產低氧高純鈦的成本。這項研究成果不僅介紹了這種經濟有效的方法，還揭示了其背后的科學原理和技術挑戰(zhàn)。
據悉，研究人員通過使用稀土金屬釔，成功地將鈦中的含氧量降低到0.02%。這一突破性的進展使得鈦金屬能夠更廣泛地應用于工業(yè)領域。然而，要充分實現(xiàn)鈦合金在制造業(yè)中的更多潛在應用，材料中成分含量高達1%的釔卻成為了一個迫切需要解決的挑戰(zhàn)。
鈦是地殼中含量排名第九的元素，但由于從鈦礦石中去除氧氣的成本高昂，因此以純鈦制成的產品并不常見。氧氣的去除成本是影響鈦金屬廣泛應用的關鍵因素之一。降低這一成本將有效促進制造商在制造產品中更廣泛地利用鈦產品的優(yōu)勢。
東京大學工業(yè)科學研究所的研究人員在Nature Communications上發(fā)表了一項研究成果，詳細介紹了他們降低生產幾乎完全無氧高純鈦成本的新方法。這項研究不僅有利于技術發(fā)展，還對環(huán)境的可持續(xù)性產生了積極影響。
鈦金屬因其獨特的性質而備受青睞。與其他金屬相比，鈦材料具有更廣泛的用途。它不僅能抵抗化學損傷，還具有堅固輕便的特點。例如，最新一代的iPhone手機選擇了鈦合金作為基本框架，盡管這增加了成本，但鈦的使用使得手機更加輕便耐用。
然而，生產超純鈦的成本遠高于制造鋼（鐵合金）和鋁。在制備高純度 鈦的過程中，需要消耗大量的能源和資源。因此，研究人員一直致力于開發(fā)一種廉價、簡單的方法來制備高純鈦，以促進工業(yè)和普通消費者所用產品的開發(fā)。
在這項研究中，研究人員采用了一種基于稀土金屬的創(chuàng)新技術來去除鈦中的氧氣。他們通過將熔融鈦與金屬釔和三氟化釔或類似物質反應，最終得到了低成本、固態(tài)、脫氧鈦合金。此外，反應后的釔還可以循環(huán)使用，進一步降低了生產成本。
研究的主要作者Toru H. Okabe解釋說：“工業(yè)上大量生產鐵和鋁金屬，但鈦金屬的生產卻受到限制，因為從礦石中去除氧氣的成本很高。我們使用的這種基于稀土金屬的創(chuàng)新技術，可以將鈦中的氧氣去除到單位質量的0.02%。”
這項研究的一個關鍵步驟是將熔融鈦與特定的反應物質進行反應。研究人員發(fā)現(xiàn)，這種方法不僅成本低廉，而且操作簡單。更重要的是，即使是含有大量氧氣的鈦廢料也可以通過這種方式進行處理。
Toru H. Okabe表示：“我們對實驗方案的用途廣泛感到振奮。無需中間化合物和簡單的操作步驟將有助于其在工業(yè)上的應用。”
盡管這項研究取得了重要的進展，但目前還存在一個局限：得到的脫氧鈦中含有質量高達1%的釔。釔的存在可能會影響鈦合金的力學和化學性能。因此，研究人員還需要進一步解決釔污染問題，以確保鈦產品在工業(yè)制造中的廣泛應用。
總體而言，東京大學的研究人員開發(fā)的這種新方法為更有效利用高純鈦邁出了重要一步。隨著技術的不斷進步和成本的進一步降低，鈦金屬將在未來發(fā)揮更加重要的作用。