国内纯钛/钛合金的应用商机
发布日期:2016-5-25 11:08:01
1、航天市场
从全球钛加工材消费领域来看,主要集中在航空工业领域,目前约占钛总需求量的 一半左右。由于钛及其合金有许多优良特性 ,钛的比强度在金属结构材料中是最高的, 其强度与钢材相当,但密度却比钢轻约40% ,而且钛及其合金的耐热性很强,在500˚C 的大气中仍能保持良好的强度及稳定性,此 外钛及其合金亦拥有良好的耐腐蚀性及加工 成形性,比起其他金属,不仅可以延长飞机 的寿命,而且可以减轻其重量,大大的提升飞机的性能。目前钛及其合金在航天工业中 主要应用于发动机、机身及飞机零组件。 以2011年全球航天消费比例来看,商业 用航天的消费比例达到42.6%(约6.4万吨), 军用钛材比例为6.5%(主要为军用航空),整 个航天领域消耗钛材比例接近50%。根据波音公司的统计,截至2011年年底,全球服役的大飞机有790架、双通道飞机3,710架、单通道飞机12,610架、支线喷气式飞机2,780架 ,全球飞机总数约为19,890架;根据该公司 的预测,到2031年,全球飞机总数将成长至 39,780架,因而新增飞机需求约在3万架左右 ;同时,新型飞机对钛的需求量高于老式飞 机,以此预计20年内商用飞机对钛材的平均 需求量将达到40吨/架,因而未来20年全球商 用航空领域新增钛材需求约120万吨,年平均 复合成长率约17%。
2、汽车零组件
钛合金最早应用于汽车工业用之产品可 追溯到1956年,美国通用汽车公司装配全钛 车体的展览用小汽车,之后,在国际赛车上相继出现钛或钛合金制成的汽车零组件。钛 合金主要应用于汽车零组件有引擎零组件与底盘零组件,引擎零组件包括连杆、进/排气 阀、阀弹簧、弹簧承座、涡轮增压器及排气管等;而汽车底盘零组件则有悬吊弹簧、驱 动轴、螺栓等。若根据每辆车的可使用13公斤重的钛材来计算,将可比原先车重减轻2.3 公斤。目前,随着豪华汽车、跑车和赛车需 求逐年增加,钛制零组件也逐年增加,从1990 年全球汽车用钛仅为50吨/年,1997年提升至 500吨/年,而2002年为1,100吨/年,至2009 年已达到3,000吨/年。
3、生物医用钛合金
钛因具有生物兼容性、重量轻、膨胀系 数低、无磁性、耐蚀性及高强度等特性,且钛医用制品植入人体内或与皮肤接触,不会引起炎症、过敏以及与人体组织不兼容等问题,因此钛及其合金已广泛应用于医疗领域 。
目前钛合金材料在人体的应用上主要以整形外科、牙科及心血管科为主,其中又以整 形外科最具有发展空间,其包含各种人工骨 、人工关节和骨折内外固定机械。而牙科则 以人工齿根、义齿、牙齿矫正器、龋齿充填 材料等制造为主;另外钛金属还用来制造人 工心脏瓣膜、心脏起搏器、血管扩张器、人工 心血管、各种血管支架、人工肺等医疗产品。 从全球医疗器材市场的发展趋势来看, 随着全球人口老化、新兴国家经济的起飞, 使得医疗器材产品需求量与日俱增;相对地 ,也带动钛金属生医材料的需求增加,特别 是钛金属生医材料悠关人体安全,除需具应 有的机械强度与耐腐蚀性能外,更需考虑生 物兼容性,特别是在消费者对医疗安全愈来愈重视的情况下,使得钛金属生医材料厂商 与相关研发单位需不断地努力开发更优异的 材料,以满足医疗器材产品之安全、治疗、 复原等需求,而这也使得钛金属生医材料市 场不断地有更好、更新的材料推出,如采用 多孔钛合金材质来帮助骨细胞生长、开发铌 含量高之低弹性模数的β型钛合金、利用 TiNb和TiMo材质来开发无镍记忆合金。 除了材料本身的开发之外,钛金属生物医学材料的应用范围也有逐步增加的趋势,从过 去常见的人工关节、骨固定器材、人工牙根 、血管支架等产品,也渐渐扩大至人工耳蜗 、人造颅骨、人工心脏、人工心脏瓣膜等需求应用;甚至是在近年来新3D打印制程的协 助下,2011年比利时LayerWise公司即产制出 第一个3D立体形状的钛制下颚,并成功地植 入骨膸炎病患口中。虽然金属生医材料开发 容易,但要真正达到产业化仍需经过长时间 的考验,尤其是在下游医疗器材厂商考虑人 体安全的情况下,大部分的钛金属生医材料 仍采用传统的纯钛或Ti64等普遍性材料。
钛金属生产结构已出现重大转变,一般纯钛市场已几乎被应用于商业,在工业应用方面,如叶轮、医疗植入物、航天等对于材料质量要求极高,国家也渐渐着手开发。未来,我国钛产业发展除了现阶段加强国外厂商在钛金属一次加工的生产技术外,更需加强扩大在下游产业 方面的应用,如积极切入成长性高的产业, 以朝向高附加价值及客制化特性等产品发展。