钛的外观很像钢铁，也呈银灰色。和钢铁相比，两者的硬度差不多，而钛的重量却只有同体积钢铁的一半，熔点也比钢铁高，要到1668℃才熔化，比号称不怕火的黄金的熔点还要高600℃。和铝比较，钛只比铝稍重一点，但比铝的硬度大二倍。钛在常温下性质很稳定，就是在强酸、强碱的溶液里，也不会被腐蚀。钛合金不仅强度高，而且耐高温和低温的性能也很好。由于钛具有以上许多优异的性能，已成为有色金属中倍受青睐的“后起之秀”。
随着科技的发展，在提高冶炼技术和降低成本的前提下，用不了多久，钛将成为继铜、铁、铅以后，被广泛使用的金属。
除了常用的铁、铜、铅、铝、锌、锡、镁、金、银等金属以外，其他金属都可以算做稀有金属，其实，“稀有”与“普通”之间也没有什么严格的界限，不要把“稀有”和自然界含量很少的概念混为一谈。一百多年前，铝还被视为“稀有金属”，现在也把钛认为“稀有”。实际上，它们在地壳里的含量都不少。那么究竟什么是稀有金属呢？可以这样来理解：所谓稀有金属，是指那些发现得比较晚、形成的独立矿物少，并常与多种元素伴生、很分散、又不易提纯的一些金属。
稀有金属共有五十多种，可分为以下五大“族”：轻稀有金属、难熔稀有金属、放射性稀有金属、稀散金属和稀土金属。
轻稀有金属包括：锂、铍、铷和铯等。它们的共性是轻，其中锂最轻，比重只有水的一半，放到油里也会飘浮起来。锂用来制造氢弹，是热核反应的原料，一千克锂释放出来的热量相当于燃烧二万吨煤；铍是“原子锅炉”
的结构材料，铍和青铜的合金还能制成弹性极好的仪表零件；铷和铯用于电子技术和自动化方面，例如把铷和铯喷镀在银片上，可制成光电管中的敏感元件。
难熔稀有金属有：钨、钼、钽、铪、铌、铼等，它们都具有优异的电子特性和比其他纯金属高得多的熔化温度，是电子工业材料中的“主力”，可制造合金钢及耐高温构件材料。
放射性稀有金属主要有铀和钍，它们是原子弹的“炸药”和“原子锅炉”
的燃料。1吨铀-235燃料，相当于250万吨优质煤，可供北京市一年照明之用。
稀散金属主要是：锗、镓、铟、铊。它们不但稀有，而且分散。以锗为例，它并不集中在锗矿石中，而是分散在煤炭、铅锌矿和某些铁矿里，含量少到十万分之一。为了提炼像黄豆那样大一点点的稀散金属，要消耗成吨矿石。稀散金属用处很大，特别是在电子工业上用途非凡。锗是一种良好的半导体材料；砷化镓是一种新型半导体；锑化铟是一种对红外敏感的半导体，为遥感技术不可缺少的材料。
提起“稀土”，不少人感到生疏。但是在日常生活中，大家却经常碰到它。例如，彩色电视机图象中的彩色，就是加入稀土荧光粉产生的；打火机的火石也是由稀土制成的；陶瓷和玻璃品上漂亮而柔和的色彩，有些也是稀土的作用。
稀土当然不是“土”。就其资源来说，也并不稀少。它之所以叫稀土，是从18世纪沿袭下来的。局限于当时的科学技术水平，人们以为能提取这类元素的矿物是一种稀少的、类似泥土的氧化物，故名稀土金属。其实，它是一大类金属，共有17种元素：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。它们好比孪生兄弟，性质都十分相似，因此，在自然界中总是共生在一起。它们在地壳中的含量比常见的金属如铜、锌、锡都多，现在已发现含稀土的矿物达二百五十多种。
稀土金属具有典型的金属性质，一般呈灰色，有的还有很高的导电性，适于锻造、热轧、冷轧和压力加工；化学性质也很活泼，能与许多元素发生化学反应生成化合物。
稀土金属在冶金、电气、玻璃工业等部门，多用来制造易燃合金、电弧碳棒和玻璃颜料等，也常用来改善合金性能，因此有“冶金工业维生素”之称。例如，在钢铁或有色金属里，只要加进千、万分之几的稀土金属，就可使零件“添劲强身、延年益寿”；生铁里加进铈，能得到球墨铸铁，使生铁变韧耐磨，可以铁代钢，以铸代锻。目前中国架设的从葛洲坝到武汉的高压线路，就是用稀土铝镁制的导线，它比一般导线强度高40％，每架设100公里，可节约投资5～7万元。
现代工业技术方面，稀土还在光电材料、磁性材料、化工催化剂及核能等方面得到应用。作为光电材料，稀土还适用于产生激光，目前已用稀土制造彩色荧光材料；稀土活化物是很好的永磁材料；在核反应堆里，稀土可制作控制棒和结构材料。
金属材料在国民经济中具有重要意义，倘若没有金属制品，当前人类的发展状况和整个科技进步是不堪设想的。无论冶金工业，还是金属加工工业，机器制造和电力工业，在发展过程中所获成就都是在材料科学和制造技术基础上取得的，这些成就同时也为未来新的重要任务奠定了基础。根据金属材料在国民经济中的重要意义，可以断言，将来随着国民收入的不断增长以及工业产品生产的持续增多，对金属材料的需求也将增多。首先，除了提高冶金和金属加工工业的劳动生产率之外，还要发展、应用和广泛利用省料、节能、节约劳动时间的方法和工艺，还要充分发挥材料的经济效益。
合成高分子材料
人工合成有机高分子材料的成功，是材料发展史上的一次重大突破。多少世纪以来，人们使用的各种材料，如石器、陶瓷和金属等，都是直接取自大自然的天然物质，或者把一些天然物质进行冶炼、焙烧，加工后制成的。
随着生产领域不断扩大，它们的品种和性能都受到很大限制。随着人类物质、文化生活需求不断增加，自然界的“恩赐”已经供不应求了。于是，各种人工合成高分子材料应运而生，把人类物质文明的发展又向前推进了一大步。
人工合成高分子材料弥补了大自然的不足，以崭新的姿态出现在各个工业部门，同时又迅速地打入民用市场、和人们日常生活产生了密切的联系，今天已是“天下无人不识君”了。人工合成有机高分子材料的品种很多，主要包括一般说的“三大材料”，即合成纤维、合成橡胶和合成塑料，此外还包括合成油漆、涂料、胶粘剂和一部分液晶。
一般的无机化合物和有机化合物，其分子只包含几个或几十个原子，最多也不超过二三百个原子，而高分子化合物却不同，每一个分子所含的原子数可达几千或几万，甚至几百万乃至几千万。也就是说它们的分子量特别大，所以叫做高分子。
高分子化合物是通过化学方法以天然气或石油为原料，经过一系列反应得到的。它的分子链形状细长，或者首尾相连，或者含有小支链，相互交连，吸引力非常强，所组成的物质在强度、弹性等方面都比低分子物质优越许多。
从结构上看，高分子化合物的分子是由许多相同的单体（链节）重复排列组成，所以又叫高聚物。例如，乙烯的分子量是28，而聚乙烯的分子量可达56万，也就是说，聚乙烯是由大约两万个乙烯链节组成的。乙烯、丙烯和丁二烯等单体都可以合成高分子材料。
合成纤维、橡胶和塑料都是高聚物，它们在形状和性能上有很大差异，但是，它们三者之间并没有严格的界限。同一种聚合物，由于合成方法和工艺不同，就可以分别制成纤维或塑料，如聚酰胺（尼龙）就有这种特点。又如聚氨酯弹性体，同时具有橡胶和塑料的双重性能。下面分别谈谈合成纤维、橡胶和塑料三大材料。
合成纤维合成纤维是以煤、石油、天然气、水、空气、食盐、石灰石等为原料，经化学处理制成的人工纤维。70年代合成纤维的年产量已占世界纤维总产量的一半。合成纤维的主要品种有：绵纶（聚酰胺）、腈纶（聚丙烯腈）、涤纶（聚酯）、维纶（聚乙烯醇）、丙纶（聚丙烯）和氯纶（聚氯乙烯）等六种，其中前三种产量最大，占整个合成纤维产量的90％。它们都具有强度高、耐磨、比重小、弹性大、防蛀、防霉等优点。除做衣服以外，在工业和其他方面也很有用处。它们共同的缺点是吸湿性和耐热性较差，染色比较困难。
绵纶是最早出现的合成纤维，尼龙66和尼龙6先后于1939年和1943年开始工业化生产。特点是比重小、强度高，具有突出的耐磨性，大多用于制造丝袜、衬衣、渔网、缆绳、降落伞、宇航服，轮胎帘布等。
腈纶又称人造羊毛，比重低于羊毛，强度是羊毛的三倍，手感柔软膨松，耐洗耐晒，可以纯纺或同羊毛混纺，制作衣料、毛毯和工业毛毯。腈纶毛线是市场上最畅销的产品之一。近年来，复合材料需用的碳纤维数量日增，常常采用腈纶纤维作为原丝。
涤纶俗称“的确良”，它兼有绵纶和腈纶的特点，强度高、耐磨，混纺后的棉涤纶和毛涤纶成为最常用的衣着用料。在工业上，涤纶还可制作轮胎帘布、固定带及运输带等。涤纶纤维出世较晚，但70年代产量已超过绵纶而居合成纤维首位。
维纶可作医用手术缝合材料等等。
以上各种合成纤维产量大，用途广泛，和人们日常生活关系密切，已为大家所熟悉，被称为通用合成纤维。在制造服装方面，合成纤维除了可制成各种织物和针织品外，还可充当棉絮，具有重量轻、弹性好、不板结、不变形的特点，制成的被辱、座垫、睡袋、沙发和防寒服等可以整洗，并且不怕霉菌和虫蛀，因此在80年代合成棉絮的用量已和天然棉絮平分秋色了。
合成纤维绵絮的进一步发展是人造羽绒。取自禽类身上的天然羽毛，由羽片、绒羽和纤羽三部分组成。人们采用粘合法和静电植毛法完全可以仿造出羽毛上的羽轴、羽枝和小羽枝，人造羽绒呈立体结构，富有弹性，膨松保暖。最近，人们对于臃肿的天然羽绒和人造羽绒服的热情开始减退，这主要是出现了一种薄型合成絮片的缘故。
在1983年以后的奥林匹克冬季滑雪运动会上，一些运动员身穿紧身型滑雪装，人体的曲线美充分显露，腾飞的动作更加潇洒利落，滑跑的速度加快，这要归功于薄型合成纤维絮片。原来这类絮片是由超细纤维或发泡纤维制成的，增加了静止空气的储量，减少了热量的对流和传导，只需原羽绒服的一半厚度就足以保暖了。在宇航服的启发下，一些合成纤维絮片还采用表面金属蒸发沉积镀层，形成防湿保暧效果极好的辐射屏蔽层。由此可见，通用合成纤维也面临着革命。
在尖端工业中起作用的是特种合成纤维，它们的产量不大，品种却不下数十种，它们具有特殊的物理、机械性能，是天然纤维和通用合成纤维无法达到的。
与“塑料王”氟塑料源出一家的氟纶（聚四氟乙烯），在各种酸碱介质中耐腐蚀性最好，还可耐250℃左右的高温，并保持良好的电绝缘性，在原子能、航空和化学工业中发挥了巨大作用。
号称“合成钢丝”的芳纶（芳香族聚酰胺）在60年代就打入航空和航天领域，是目前有机合成纤维中强度最大、产量最高的纤维。比强度（同样重量材料得到的强度）是钢丝的五倍，用手指粗的芳纶绳就可以吊起两辆大卡车！有的品种可以在260℃高温下连续使用上百小时。在飞机上，芳纶被制成降落伞、机轮帘布、电绝缘和过滤结构，或作为增强纤维用于复合材料框架、桁条和舱门等；在航天飞机上，芳纶毡毯用于再返大气层时的热防护；宇航员穿的宇航服中有氟纶防火保暖层和芳纶防辐射及防流星层。美国1980年在航空和航天结构上使用了45万千克的芳纶纤维。
芳纶坚韧耐磨，刚柔兼备，现在又发展成最有希望的防弹材料。过去的防弹材料主要是防弹铝板和钢板，都比较笨重，使用起来不灵活。现在用芳纶编织的防弹背心重量轻、结构紧凑、层数多、防护力强，适合于警察和公安人员日常穿用。士兵在战场上感到威胁最大的是弹片和散弹，穿上一种内衬陶瓷板的芳纶避弹衣，就可以保证肺、胸、脊骨等重要部位的安全。芳纶编织层能吸收弹丸60％的能量，陶瓷板能使弹丸偏离或碰掉。由80％芳纶纤维和20％树脂制成的“钢”盔，在与真正钢盔重量大致相等的情况下，安全性提高了两倍以上。据统计，芳纶防弹衣和钢盔最少能防护人的60～70％关键部位，使伤亡人数至少降低三分之一。
芳纶陶瓷装甲还普遍应用于坦克、装甲车和直升机，可作为主防护装甲和辅助防护装甲。这些装甲有的单独使用芳纶层压板，有的与铝板复合使用，大大轻于传统的装甲钢板。这种新型复合装甲还可用于民航机上，作为防爆的防护板。此外，芳纶增强塑料还可制造鱼雷发射管、雷达天线罩等。
在康复医学中，使用各种人造合成纤维的数量越来越大。氟纶、涤纶和碳纤维是最常用的，如氟纶人造血等，尼龙中空纤维人工肾、碳纤维人工心脏瓣膜等，都具有良好的生物相容性。人工肺的主要部分是数万根空心丙纶纤维管，每根长30厘米，直径250微米，这样小的孔，连血液也不能渗透进去，但却可以让氧气和二氧化碳进行交换，保障人的正常呼吸。可见，合成纤维和人们的关系是越来越密切了。
合成纤维的发展，只不过四、五十年的历史。1940年，世界棉花产量为690万吨，合成纤维只有5000吨。到1963年，合成纤维产量急剧增加到130万吨，二十多年增加了259倍。现在，人类的衣服原料已进入化学纤维时代。
合成橡胶天然橡胶不仅在数量上，而且在性能上均不能满足人们的需要，只有大力发展人工合成橡胶才是出路。人们将石油中的多种碳氢化合物分离出来，利用化学方法聚合得到合成橡胶。人工合成橡胶具有一定的优越性，不仅可以制造出许多结构和性能相当于天然橡胶的普通橡胶，而且还能合成许多优于天然橡胶的特种橡胶。
合成橡胶问世已有半个多世纪的历史。在20世纪20年代，人们首先合成了丁二烯橡胶，它具有很高的弹性和耐寒性，到了30年代，合成橡胶工业蓬勃发展。
目前，合成橡胶的数量和性能都大大超过了天然橡胶。
采用合成橡胶的经济效益也非常显著，例如，每生产1000吨天然橡胶需要300万株橡胶树，为此要占用五百多名劳动力和数千亩土地，而且也非一年可得。而生产同等数量合成橡胶的小工厂，每年只要数十名熟练工人和一定数量的石油。
在通用合成橡胶中，最常用的有丁苯、丁基、氯丁、丁腈橡胶等，它们都可以代替天然橡胶制成日常橡胶制品如轮胎、救生艇、密封件、电缆、软管和油箱等。丁苯橡胶在合成橡胶中产量最高，主要用于制造汽车和飞机轮胎等；氯丁橡胶弹性和加工性好，可制造密封件和减震零件；丁腈橡胶具有耐热、耐油和耐老化的特点，可制作耐油胶管和油箱。
特种合成橡胶在国防尖端工业中起着重要作用，它们产量不大但品种繁多，包括丁丙橡胶、异戊橡胶、聚硫橡胶、硅橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、丙烯酸橡胶、氯醇橡胶等。
