Metall Profil: Titan Eigenschaften und Eigenschaften

Titan ist ein starkes und leichtes Refraktärmetall. Legierungen aus Titan sind für die Luft- und Raumfahrtindustrie von entscheidender Bedeutung, werden aber aufgrund ihrer zahlreichen einzigartigen Eigenschaften auch in medizinischen, chemischen und militärischen Anwendungen sowie in Sportartikeln verwendet.

Eigenschaften:

• Atomsymbol: Ti
• Ordnungszahl: 22
• Element Kategorie: Übergangsmetall
• Dichte: 4. 506 / cm3
• Schmelzpunkt: 3034 ° F (1668 ° C )
• Siedepunkt: 5949 ° F (3287 ° C)

• Mohs Härte: 6

Eigenschaften:

Titanhaltige Legierungen sind bekannt für ihre hohe Festigkeit, ihr geringes Gewicht und ihre außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit.

Obwohl Titan so stark wie Stahl ist, ist es etwa 40% leichter, was es zusammen mit seiner Beständigkeit gegen Kavitation und Erosion zu einem unverzichtbaren Strukturmetall für Luft- und Raumfahrtingenieure macht.

Titan ist auch in seiner Beständigkeit gegen Korrosion sowohl durch Wasser als auch durch chemische Medien beeindruckend. Dies geschieht durch Bildung einer dünnen Schicht aus Titandioxid (TiO 2) auf seiner Oberfläche, die für diese Materialien äußerst schwierig zu durchdringen ist.

Ein niedriger Elastizitätsmodul bedeutet, dass Titan auch nicht sehr flexibel ist, sondern nach dem Biegen in seine ursprüngliche Form zurückkehrt, was zu seiner Bedeutung für die Formgedächtnislegierungen führt.

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

Geschichte:

Die Verwendung von Titanmetall in jeglicher Form entwickelte sich erst nach dem Zweiten Weltkrieg wirklich.

In der Tat wurde Titan nicht als Metall isoliert, bis der amerikanische Chemiker Matthew Hunter es durch Reduktion von Titantetrachlorid (TiCl4) mit Natrium im Jahr 1910 herstellte; Eine Methode, die jetzt als Hunter-Prozess bekannt ist.

Die kommerzielle Produktion kam jedoch erst, nachdem William Justin Kroll gezeigt hatte, dass Titan auch in den 1930er Jahren mit Magnesium aus Chlorid reduziert werden konnte.

Der Kroll-Prozess ist bis heute die wichtigste kommerzielle Produktionsmethode.

Nach der Entwicklung einer kostengünstigen Produktionsmethode wurde Titans erster großer Einsatzbereich in Militärflugzeugen gefunden. Sowohl sowjetische als auch amerikanische Militärflugzeuge und U-Boote (z. B. sowjetische Alfa und Mike Class U-Boote und die USAF F100 Super Sabre und Lockheed A-12), die in den 1950er und 1960er Jahren konstruiert wurden, begannen, Titanlegierungen zu verwenden. In den frühen 1960er Jahren wurden Titanlegierungen auch von kommerziellen Flugzeugherstellern verwendet.

Das medizinische Gebiet, insbesondere Zahnimplantate und Prothesen, erwies sich als nützlich für Titan, nachdem die Untersuchungen des schwedischen Arztes Per-Ingvar Brånemark aus den 1950er Jahren gezeigt haben, dass Titan beim Menschen keine negative Immunantwort auslöst, so dass sich das Metall in unseren Körper integrieren kann. ein Prozess, den er Osseointegration nannte.

Produktion:

Obwohl Titan das vierthäufigste Metall in der Erdkruste (hinter Aluminium, Eisen und Magnesium) ist, ist die Produktion von Titanmetall äußerst empfindlich gegenüber Verunreinigungen, insbesondere durch Sauerstoff, was für seine relativ jungen Entwicklung und hohe Kosten.

Die bei der Primärproduktion von Titan verwendeten Haupterze sind Ilmenit, der etwa 90% der Produktion ausmacht, und Rutil, das die restlichen 10% ausmacht.

Etwa 6,3 Millionen Tonnen Titan-Mineral-Konzentrat wurden im Jahr 2010 produziert, obwohl nur ein kleiner Anteil (etwa 5%) des jährlich produzierten Titankonzentrats letztendlich in Titanmetall endet. Stattdessen wird das meiste bei der Herstellung von Titandioxid (TiO2) verwendet, einem aufhellenden Pigment, das in Farben, Nahrungsmitteln, Arzneimitteln und Kosmetika verwendet wird.

Im ersten Schritt des Kroll-Prozesses wird Titanerz zerkleinert und mit Kokskohle in einer Chloratmosphäre erhitzt, um Titantetrachlorid (TiCl 4) herzustellen. Das Chlorid wird dann eingefangen und durch einen Kondensator geschickt, der eine Titanchloridflüssigkeit erzeugt, die zu 99% reiner ist.

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

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

Das fibröse Titan, das dadurch entsteht, wird als Titanschwamm bezeichnet. Zur Herstellung von Titanlegierungen und hochreinen Titanblöcken kann ein Titanschwamm mit verschiedenen Legierungselementen unter Verwendung von Elektronenstrahlen, Plasmalichtbogen oder Vakuumlichtbogenschmelzen geschmolzen werden.

In der Hoffnung, die Extraktionskosten von Titan zu senken, werden weiterhin elektrolytische und andere Verfahren zur Herstellung von Titanmetall aktiv erforscht.

Aufgrund ihrer strategischen Natur kann es schwierig sein, Statistiken über die Titanmetallproduktion zu erstellen. Es wird jedoch geschätzt, dass die weltweite Titanschwammproduktion im Jahr 2010 bei etwa 150.000 Tonnen lag. Die größten Produzentenländer sind China, Japan, Russland, Kasachstan und die Vereinigten Staaten. Zu den großen Titanschwammherstellern gehören VSMPO (Russland), Titanium Metals Corp. (USA), RTI Intl. (USA), Fushun Jinming Titanindustrie (China), Luoyang Sunrui Wayi Titan Co. (China) und Osaka Titanium Technology Co. (Japan).

Anwendungen:

Titan-Metall-Legierungen werden vor allem in folgenden Industrien eingesetzt:

• Luft- und Raumfahrt
• Militär
• Medizin
• Chemie
• Sportartikel

In den letzten Jahrzehnten wurden Flugzeuge Hersteller haben sich zunehmend auf Titan als eine wichtige strukturelle Komponente konzentriert. Seit den ersten Einsätzen in den frühen 1960er Jahren ist der durchschnittliche Titangehalt in den kommerziellen Fluglinien von Boeing von etwa 2% des Körpergewichts auf etwa 15% gestiegen. Mehr …

Quellen:

TIMET Video: Der Kroll-Prozess.Verfügbar auf der Website der International Titanium Association: // www. Titan. org
Die geologische Untersuchung der USA: Titan. // Mineralien. Usgs. gov / mineralien / pubs / ware / titan /
Vulcan, Tom. 2010. Titan: Das Metall der Götter . Hardassetinvestor. com.

Folgen Sie Terence auf Google+