Titan Eigenschaften und Eigenschaften

Titan ist ein starkes und leichtes feuerfestes Metall. Titanlegierungen sind für die Luft- und Raumfahrtindustrie von entscheidender Bedeutung und werden auch in medizinischer, chemischer und militärischer Hardware sowie in Sportgeräten verwendet.

Luft- und Raumfahrtanwendungen Konto für 80% des Titanverbrauchs, während 20% des Metalls in Rüstungen, medizinischer Hardware und Konsumgütern verwendet werden.

• Atomsymbol: Ti
• Ordnungszahl: 22
• Elementkategorie: Übergangsmetall
• Dichte: 4,506 / cm³
• Schmelzpunkt: 3070 ° F (1670 ° C)
• Siedepunkt: 5987 ° F (3287 ° C)
• Mohs Härte: 6

Legierungen titanhaltig sind bekannt für ihre hohe Festigkeit, ihr geringes Gewicht und ihre außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit. Trotz so stark wie StahlTitan ist etwa 40% leichter.

Dies zusammen mit seiner Kavitationsbeständigkeit (schnelle Druckänderungen, die Stoßwellen verursachen, die können schwächt oder beschädigt Metall im Laufe der Zeit) und Erosion macht es zu einem wesentlichen Strukturmetall für die Luft- und Raumfahrt Ingenieure.

Titan ist auch in seiner Beständigkeit gegen beeindruckend Korrosion sowohl durch Wasser als auch durch chemische Medien. Dieser Widerstand ist das Ergebnis einer dünnen Schicht Titandioxid (TiO)₂), das sich auf seiner Oberfläche bildet, die für diese Materialien äußerst schwer zu durchdringen ist.

Titan hat einen niedrigen Elastizitätsmodul. Dies bedeutet, dass Titan sehr flexibel ist und nach dem Biegen in seine ursprüngliche Form zurückkehren kann. Speicherlegierungen (Legierungen, die sich im kalten Zustand verformen können, aber beim Erhitzen wieder ihre ursprüngliche Form annehmen) sind für viele moderne Anwendungen wichtig.

Titan ist nicht magnetisch und biokompatibel (nicht toxisch, nicht allergen), was zu seiner zunehmenden Verwendung im medizinischen Bereich geführt hat.

Die Verwendung von Titanmetall in jeglicher Form entwickelte sich erst nach dem Zweiten Weltkrieg. Tatsächlich wurde Titan nicht als Metall isoliert, bis der amerikanische Chemiker Matthew Hunter es durch Reduktion von Titantetrachlorid (TiCl) herstellte₄) mit Natrium im Jahr 1910; Eine Methode, die jetzt als Hunter-Prozess bekannt ist.

Die kommerzielle Produktion erfolgte jedoch erst, nachdem William Justin Kroll in den 1930er Jahren gezeigt hatte, dass Titan auch mit Magnesium aus Chlorid reduziert werden kann. Das Kroll-Verfahren ist bis heute die am häufigsten verwendete kommerzielle Produktionsmethode.

Nachdem eine kostengünstige Produktionsmethode entwickelt worden war, wurde Titan zum ersten Mal hauptsächlich in Militärflugzeugen eingesetzt. Sowohl sowjetische als auch amerikanische Militärflugzeuge und U-Boote, die in den 1950er und 1960er Jahren entwickelt wurden, verwendeten Titanlegierungen. In den frühen 1960er Jahren wurden Titanlegierungen auch von kommerziellen Flugzeugherstellern verwendet.

Der medizinische Bereich, insbesondere Zahnimplantate und Prothesen, erwachte nach den Studien des schwedischen Arztes Per-Ingvar Branemark aus dem Jahr zu Titan Die 1950er Jahre zeigten, dass Titan beim Menschen keine negative Immunantwort auslöst, sodass sich das Metall in einem von ihm bezeichneten Prozess in unseren Körper integrieren kann Osseointegration.

Obwohl Titan das vierthäufigste Metallelement in der Erdkruste ist (nach Aluminium, Eisen und Magnesium), wird bei der Herstellung von Titanmetall ist äußerst empfindlich gegenüber Verunreinigungen, insbesondere durch Sauerstoff, was für seine relativ junge und hohe Entwicklung verantwortlich ist Kosten.

Die Haupterze, die bei der Primärproduktion von Titan verwendet werden, sind Ilmenit und Rutil, die etwa 90% bzw. 10% der Produktion ausmachen.

Im Jahr 2015 wurden fast 10 Millionen Tonnen Titanmineralkonzentrat hergestellt, obwohl nur a Ein kleiner Anteil (ca. 5%) des jährlich produzierten Titankonzentrats gelangt schließlich zu Titan Metall. Stattdessen werden die meisten zur Herstellung von Titandioxid (TiO) verwendet₂), eine Aufhellung Pigment verwendet in Farben, Lebensmitteln, Medikamenten und Kosmetika.

Im ersten Schritt des Kroll-Verfahrens wird Titanerz zerkleinert und mit Kokskohle in einer Chloratmosphäre erhitzt, um Titantetrachlorid (TiCl) herzustellen₄). Das Chlorid wird dann aufgefangen und durch einen Kondensator geleitet, der eine Titanchloridflüssigkeit erzeugt, die zu 99% reiner ist.

Das Titantetrachlorid wird dann direkt in Gefäße geschickt, die geschmolzenes Magnesium enthalten. Um eine Sauerstoffverunreinigung zu vermeiden, wird diese durch Zugabe von Argongas inertisiert.

Während des anschließenden Destillationsprozesses, der mehrere Tage dauern kann, wird das Gefäß auf 1000 ° C (1832 ° F) erhitzt. Das Magnesium reagiert mit dem Titanchlorid, entfernt das Chlorid und erzeugt elementares Titan und Magnesiumchlorid.

Das dabei entstehende faserige Titan wird als Titanschwamm bezeichnet. Zur Herstellung von Titanlegierungen und hochreinen Titanbarren kann der Titanschwamm mit verschiedenen Legierungselementen unter Verwendung eines Elektronenstrahl-, Plasmabogen- oder Vakuumlichtbogenschmelzens geschmolzen werden.