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氢化钛粉制备钛的工艺及组织研究
一、引言
钛作为一种轻质、高强度、耐腐蚀等优异性能的金属材料，广泛应用于航空、航天、能源、化工等领域。但是，由于其在自然界中的存在形式较为稀少，且其精细制备工艺较为复杂，导致钛的成本较高，制约了其广泛应用。为了有效解决钛制备成本的问题，目前采用的主要方法是使用氢化钛粉制备钛。
二、氢化钛粉制备钛的工艺
1.粉末的制备
氢化钛粉的制备包括：钛粉的还原、钛粉的球磨、氢化钛粉的制备等步骤。制备钛粉就是将TiCl4还原成Ti粉末。其反应方程式为：
TiCl4+2Mg→2MgCl2+Ti
球磨钛粉的目的是使其更细、更均匀。氢化钛粉制备是将钛粉和氢气反应制得，反应方程式为：
Ti+2H2→TiH2
2.氢化还原制备钛
氢化还原制备钛的步骤主要包括：氢化反应、钛浆的制备、钛浆的过滤、钛浆的干燥等。其具体流程如下所述：
(1)氢化反应：将氢化钛粉在真空环境中在一定的温度下加热，使其与钛反应得到TiH2，最终以过量氢气的形式随反应排出。反应的主方程式为:
TiH2+2Ti→3Ti+2H2
(2)钛浆的制备：将得到的TiH2粉末与精细钛粉、粘结剂、增塑剂等混合，加入一定的溶剂，制成搅拌均匀的泥浆状物料叫钛浆。
(3)钛浆的过滤：通过过滤器过滤钛浆，得到带有一定坚硬度的网状结构的浓密块。
(4)钛浆的干燥：对过滤得到的钛浆块进行离心处理，以去除多余的水分，然后在高温下进行干燥处理，从而制得高纯度的钛块。
三、氢化钛粉制备钛的组织研究
钛合金成分的变化对其组织及性能有重要影响。随着氢化钛粉制备钛技术的不断发展，制备出的钛材料的组织也不断得到改进。从一维的球形Ti粉到二维的网状Ti块，再到三维的多孔Ti材料，氢化钛粉制备的Ti材料的结构不断优化。下面将介绍制备出的不同形态Ti材料的组织特点。
1.球形纯钛
由于钛粉自身的颗粒性质，在还原过程中不易得到均匀的结构。球形纯钛在Fracturetoughness方面的性能较差，但在Fatigue、ImpactToughness、Creep方面的性能则相当优秀。与粉末冶金广泛应用的Ni-Co-Al2O3比较，球形Ti材料在长时间使用时存在脆性断裂的问题。
2.网状Ti块
钛浆经过压制、加压烧结、脱模而得到的网状结构材料，目前应用较为广泛。优点是在静、动载荷下均有较好的力学性能，但同样存在在长时间使用时存在龟裂等问题。
3.多孔Ti材料
多孔Ti材料是通过改进锥形坩埚，用窑炉真空热处理制备，其内部结构为多孔二次结构。该材料的表面积大，孔隙结构形态较好，具有较好的细胞材料应用前景。
四、结论
通过氢化钛粉制备钛的技术，使得钛合金得到了广泛的应用。而不同的制备工艺和组织结构会对制备出来的钛材料的性能产生不同的影响。因此，在实际应用中，需要根据不同的应用需求，选择合适的钛制备工艺，制备出适合的钛材料。当前钛制备技术还有待不断优化和改进，研究制备更高质量的钛材料对于实现钛合金成本降低、应用广泛等方面都具有重要意义。