Titano savybės ir savybės

Titanas yra stiprus ir lengvas ugniai atsparus metalas. Titano lydiniai yra ypač svarbūs aviacijos ir kosmoso pramonei, kartu naudojami medicininėje, cheminėje ir karinėje technikoje bei sportinėje įrangoje.

Aviacijos ir kosmoso programos sąskaitą sunaudojama 80% titano, o 20% metalo naudojama šarvuose, medicininėje įrangoje ir plataus vartojimo prekėse.

• Atominis simbolis: Ti
• Atominis skaičius: 22
• Elemento kategorija: Pereinamasis metalas
• Tankis: 4,506 / cm³
• Lydymosi temperatūra: 1670 ° C (3038 ° F).
• Virimo temperatūra: 3287 ° C (5949 ° F)
• Moho kietumas: 6

Lydiniai turinčios titano yra žinomos dėl savo didelio stiprumo, mažo svorio ir išskirtinio atsparumo korozijai. Nepaisant to, kad esi toks stiprus kaip plienas, titanas yra apie 40% lengvesnis.

Tai kartu su atsparumu kavitacijai (greiti slėgio pokyčiai, sukeliantys smūgio bangas, kurios gali) laikui bėgant susilpnina arba sugadina metalą) ir erozija, todėl tai yra svarbus kosminis kosminės konstrukcijos metalas inžinierių.

Titanas taip pat yra puikus dėl savo atsparumo korozija tiek vandeniu, tiek cheminėmis terpėmis. Šis atsparumas yra plono titano dioksido (TiO₂), susidarančio ant jo paviršiaus, į kurį nepaprastai sunku prasiskverbti šioms medžiagoms.

Titanas turi mažą elastingumo modulį. Tai reiškia, kad titanas yra labai lankstus ir lenkdamas gali grįžti į savo pradinę formą. Atminties lydiniai (lydiniai, kurie šaldant gali deformuotis, tačiau kaitinant įgauna savo pradinę formą) yra svarbūs daugeliui šiuolaikinių pritaikymų.

Titanas yra nemagnetinis ir biologiškai nesuderinamas (netoksiškas, nealergizuojantis), todėl jo vis daugiau naudojama medicinos srityje.

Bet kokio pavidalo titano metalo panaudojimas iš tikrųjų vystėsi tik po Antrojo pasaulinio karo. Tiesą sakant, titanas nebuvo išskirtas kaip metalas, kol amerikietis chemikas Matthew Hunteris negamino jo, redukuodamas titano tetrachloridą (TiCl).₄) su natriu 1910 m.; metodas, dabar žinomas kaip medžiotojo procesas.

Tačiau komercinė gamyba prasidėjo tik po to, kai William Justin Kroll parodė, kad titanas taip pat gali būti redukuotas iš chlorido, naudojant magnį 1930-aisiais. „Kroll“ procesas iki šiol yra labiausiai naudojamas komercinis gamybos būdas.

Sukūrus ekonomišką gamybos metodą, titanas pirmiausia buvo naudojamas kariniuose orlaiviuose. Tiek sovietmečio, tiek Amerikos kariniai lėktuvai ir povandeniniai laivai, suprojektuoti šeštajame ir septintajame dešimtmečiuose, pradėjo naudoti titano lydinius. Septintojo dešimtmečio pradžioje titano lydinius pradėjo naudoti ir komercinių orlaivių gamintojai.

Medicinos sritis, ypač dantų implantus ir protezavimą, pažadino titano naudingumas po švedų gydytojo Per-Ingvaro Branemarko tyrimų, vykusių dar 2000 m. šeštajame dešimtmetyje paaiškėjo, kad titanas nesukelia neigiamo žmogaus imuninio atsako, todėl metalas gali integruotis į mūsų kūną jo vadinamame procese. osseointegracija.

Nors titanas yra ketvirtas dažniausiai pasitaikantis metalo elementas žemės plutoje (už aliuminio, geležies ir magnio), gaminant titano metalas yra ypač jautrus užteršimui, ypač deguonimi, kuris sąlygoja palyginti neseną plėtrą ir yra didelis kaina.

Pagrindinėje titano gamyboje naudojamos rūdos yra ilmenitas ir rutilas, kurie atitinkamai sudaro apie 90% ir 10% produkcijos.

2015 m. Buvo pagaminta beveik 10 milijonų tonų titano mineralų koncentrato, nors tik a maža dalis (apie 5%) titano koncentrato, pagaminamo kiekvienais metais, galiausiai patenka į titaną metalas. Daugiausia jų naudojama titano dioksido (TiO₂), balinimas pigmentas naudojamas dažuose, maisto produktuose, vaistuose ir kosmetikoje.

Pirmajame Kroll proceso etape titano rūda susmulkinta ir kaitinama koksinėmis akmens anglimis chloro atmosferoje, kad būtų gautas titano tetrachloridas (TiCl).₄). Tada chloridas sugaunamas ir perduodamas per kondensatorių, iš kurio gaunamas 99% grynesnis titano chlorido skystis.

Tada titano tetrachloridas išpilamas tiesiai į indus, kuriuose yra išlydytas magnis. Norint išvengti užteršimo deguonimi, tai daroma inertiškai pridedant argono dujų.

Vėlesnio distiliavimo proceso metu, kuris gali užtrukti keletą dienų, indas pašildomas iki 1832 ° F (1000 ° C). Magnis reaguoja su titano chloridu, pašalina chloridą ir susidaro elementinis titano ir magnio chloridas.

Dėl to susidaręs pluoštinis titanas yra vadinamas titano kempine. Norėdami gaminti titano lydinius ir labai grynus titano luitus, titano kempinė gali būti išlydoma įvairiais legiruojančiais elementais, naudojant elektronų pluoštą, plazmos ar vakuuminio lanko lydymą.