纯钛一般是指纯度( 质量分数) 大于99%的钛材料, 其中高纯钛纯度可以达到4N级( 99.99%) , 甚至更高。作为钛及钛合金系列产品中的一员, 高纯钛除具有密度低、熔点高、抗腐蚀性强等性质外, 还具有强度低、塑性好( 延伸率可达50%~60%, 断面收缩率可达70%~80%) 等特点。近年来, 随着航空航天、电子信息等高科技产业的快速发展, 高纯钛的用量也越来越多, 采用适当的方法制造高品质、低成本的高纯钛, 关系到这些行业的发展。

高纯钛的主要应用领域

相比一般的工业纯钛, 高纯钛价格昂贵, 应用范围较窄。主要用来满足一些特殊行业的使用。

1）生物材料

钛是无磁性金属, 在很强的磁场中也不会被磁化, 且与人体有良好的相容性, 无毒副作用, 可以用来制造人体植入器件。

一般医用钛材并没有达到高纯钛的级别, 但是考虑到钛中不纯物的溶出问题, 植入件用钛的纯度应尽可能的高。文献还提到, 高纯钛丝可用做生物捆扎材料。此外, 内埋导管的钛制注入式针头也达到了高纯钛级别。

2）电子信息材料

近年来, 随着半导体技术、信息技术等高科技领域的快速发展, 高纯钛在溅射靶材( 见图1) 、集成电路、DRAMs 和平板显示器等方面的用量越来越大, 对钛材的纯度要求越来越高。在半导体超大规模集成电路行业, 控制电极采用钛硅化合物、钛氮化合物、钨钛化合物等作为扩散阻挡层和配线材料。制造这些材料采用溅射法, 而溅射法用的钛靶材对纯度要求很高, 特别是对碱金属元素和放射性元素要求含量极低。近年来, 其与之相配的溅射设备也开始使用与溅射钛靶材同等纯度的高纯钛。目前, 对于4 兆位的超大规模集成电路,

要求钛的纯度达到4N5( 99.995%) ～5N( 99.999%)级, 而16 兆位的第三代超大规模集成电路则要求钛的纯度达到6N( 99.9999%) 级。

3）吸气材料

钛作为一种化学性质非常活泼的金属, 在高温下可与许多元素和化合物发生反应。高纯钛对活性气体( 如O², N², CO, CO², 650 ℃以上的水蒸气) 的吸附性很强, 蒸发在泵壁上的Ti 膜可形成一个高吸附能力的表面, 这一性质使得Ti在超高真空抽气系统中作为吸气剂而得到广泛的应用。如用在升华泵、溅射离子泵等, 可使溅射离子泵的极限工作压强低至10- 9Pa。

4） 装饰材料

高纯钛具有优异的耐大气腐蚀性能, 在大气中长期使用也不变色, 保证钛原有的本色。因此高纯度钛还可以用做建筑装饰材料。此外, 近年来部分高档装饰品以及部分佩戴物, 如手链、手表及眼镜架等用钛制作利用了钛耐腐蚀、不变色、能长久保持良好的光泽以及与人体皮肤接触不致敏等特性。某些装饰品用钛的纯度已经达到5N级别。

5） 其它

除以上提到几个应用领域外, 高纯钛在特殊合金、功能材料领域也有应用, 如制备钛镍形状记忆合金和钛铝金属间化合物时要求钛的纯度在5N( 99.999%) 以上。而在海水净化、污水处理、制药等方面, 高纯钛可以用来制造水净化装置的滤芯。

相关链接