Efnafræðilegir og eðlisfræðilegir eiginleikar títan

Títan er sterkur og léttur eldföstum málmi. Títan málmblöndur eru mikilvægar fyrir geimferðaiðnaðinn og eru einnig notaðar í lækninga-, efna- og herbúnaði sem og íþróttabúnaði.

Aerospace umsóknir standa fyrir 80% af títan neyslu, en 20% af málmi er notaður í brynjur, lækningabúnað og neytendavörur.

Títan eiginleikar

Þegar kemur að eiginleikum títan, getum við ekki hunsað einstaka eðliseiginleika þess. Títan er léttur málmur með þéttleika upp á 4,5 grömm á rúmsentimetra, sem gefur honum framúrskarandi styrk. Þetta jafnvægi milli styrkleika og þyngdarhlutfalls gerir títan að vinnupallaefni á sviði geimferða og stuðlar að þróun nútíma flugvéla.

Atómtákn: Ti

Atómnúmer: 22

Frumefnisflokkur: Transition Metal

Þéttleiki: 4,506/cm 3

Bræðslumark: 3038 gráður F (1670 gráður)

Suðumark: 5949 gráður F (3287 gráður)

Mohs hörku: 6

eiginleiki

málmblöndur sem innihalda títan eru þekktar fyrir mikinn styrk, létta þyngd og framúrskarandi tæringarþol. Þó títan sé jafn sterkt og stál er það um 40% léttara.

Þetta, ásamt viðnám þess gegn kavitation (hröðum þrýstingsbreytingum sem valda höggbylgjum sem veikja eða skemma málminn með tímanum) og veðrun, gerir það að mikilvægum byggingarmálmi fyrir geimferðaverkfræðinga.

Títan er einnig mjög ónæmur fyrir tæringu af völdum vatns og efnafræðilegra fjölmiðla. Þessi viðnám stafar af myndun þunns lags af títantvíoxíði (TiO 2 ) á yfirborði þess, sem gerir þessi efni afar erfitt að komast í gegn.

Títan hefur lægri mýktarstuðul. Þetta þýðir að títan er mjög sveigjanlegt og getur farið aftur í upprunalegt form eftir beygju. Minni málmblöndur (málmblöndur sem afmyndast þegar þær eru kaldar en fara aftur í upprunalega lögun þegar þær eru hitnar) eru mikilvægar fyrir mörg nútíma notkun.

Títan er ekki segulmagnaðir og lífsamrýmanlegt (eitrað, ekki ofnæmisvaldandi), sem hefur leitt til aukinnar notkunar þess á lækningasviði.

sögu

Til að skilja iðnaðar mikilvægi títan, þurfum við að líta aftur á sögu þess. Uppgötvun títan á rætur sínar að rekja til 18. aldar, en eyðileggjandi form þess tókst ekki að einangra með góðum árangri fyrr en á 20. öld. Á undanförnum áratugum hefur títan smám saman orðið áberandi og orðið uppistaðan í vísindum og tækni. Með uppgangi flugiðnaðarins hafa títan málmblöndur orðið kjörinn kostur fyrir mannvirki flugvéla. Léttir og sterkir eiginleikar þeirra gera flugvélar ekki aðeins orkusparnari heldur einnig öruggari.

Notkun títan, í hvaða formi sem er, þróaðist fyrst eftir síðari heimsstyrjöldina. Reyndar var títan ekki einangrað sem málmur fyrr en árið 1910 þegar bandaríski efnafræðingurinn Matthew Hunter framleiddi títan með því að minnka títantetraklóríð (TiCl 4 ) með natríum; aðferð sem nú er þekkt sem Hunter ferlið.

Hins vegar var framleiðsla í atvinnuskyni ekki möguleg fyrr en á þriðja áratugnum þegar William Justin Kroll sýndi fram á að magnesíum væri einnig hægt að nota til að draga úr títan úr klóríði. Kroll ferlið er enn algengasta framleiðsluaðferðin í atvinnuskyni í dag.

Fyrsta meiriháttar notkun títan var í herflugvélum eftir að hagkvæm framleiðsluaðferð var þróuð. Sovétríkin og Bandaríkin byrjuðu að nota títaníum málmblöndur í herflugvélum og kafbátum sem hannaðir voru á fimmta og sjöunda áratugnum. Snemma á sjöunda áratugnum fóru framleiðendur flugvéla einnig að nota títan málmblöndur.

Rannsóknir sænska læknisins Per-Ingvar Branemark frá 1950 sýndu að títan kveikir ekki neikvæða ónæmissvörun í mannslíkamanum, sem gerir málmnum kleift að aðlagast líkama okkar. Það er kallað beinsamþætting.

Framleiðsla

Títan er mikið notaður léttmálmur þar sem framleiðsla byggir aðallega á klórunaraðferðinni. Í þessu ferli hvarfast títan málmgrýti venjulega við klórgas og kók til að mynda títanklóríð, sem síðan er minnkað í hreint málmtítan við háan hita. Þetta einstaka og flókna framleiðsluferli gefur okkur sterkt, létt títanefni til að leggja grunninn að notkun á ýmsum sviðum.

Þótt títan sé fjórða algengasta málmþátturinn í jarðskorpunni (á eftir áli, járni og magnesíum) er framleiðsla títanmálms afar viðkvæm fyrir mengun, sérstaklega súrefni, og þess vegna er þróun þess tiltölulega ný og kostnaðarsöm.

Helstu málmgrýti sem notuð eru í frumframleiðslu títan eru ilmenít og rutíl, sem eru um það bil 90% og 10% af framleiðslunni í sömu röð.

Framleiðsla á ilmenítþykkni árið 2015 var nálægt 10 milljónum tonna, þó að aðeins lítill hluti (um 5%) af ilmenítþykkni sem framleitt er á hverju ári sé að lokum breytt í títanmálm. Þess í stað er mest notað til að framleiða títantvíoxíð (TiO 2 ), hvítandi litarefni sem notað er í málningu, matvæli, lyf og snyrtivörur.

Í fyrsta skrefi Kroll ferlisins er títantrjám mulið og hitað með kókkolum í klórlofti til að framleiða títantetraklóríð (TiCl 4 ). Klóríðið er síðan fangað og flutt í gegnum eimsvala, sem framleiðir títanklóríðvökva með hreinleika allt að 99%.

Títantetraklóríðinu er síðan gefið beint í ílátið sem inniheldur bráðið magnesíum. Til að forðast súrefnismengun skaltu gera það óvirkt með því að bæta við argon.

Eftirfarandi eimingarferlið getur tekið nokkra daga, þar sem ílátið er hitað í 1832 gráður F (1000 gráður). Magnesíum hvarfast við títanklóríð, fjarlægir klóríðið og myndar frumefni títan og magnesíumklóríðs.

Trefjatítanið sem myndast er kallað svamptítan. Til að framleiða títan málmblöndur og háhreinleika títanhleifar, er hægt að nota rafeindageisla, plasmaboga eða lofttæmisbogabræðslu til að bræða títansvamp með ýmsum málmblöndurþáttum.

nota

Notkun títanmálms á sviði íþróttavöru endurspeglast aðallega í hágæða reiðhjólum, golfkylfum, tennisspaðum og öðrum búnaði. Léttir eiginleikar títanmálms gera íþróttabúnað sveigjanlegri og þægilegri og bæta keppnisstig íþróttamanna.

Títan málmur er mikið notaður í geimferðum, bílaiðnaði, lækningatækjum, efnaiðnaði, rafeindatækni og íþróttavörum og öðrum sviðum. Með stöðugri þróun og framförum vísinda og tækni og endurbótum á tækni munu notkunarsvið títanmálms halda áfram að stækka. Framúrskarandi eiginleikar og fjölhæfni títanmálms gera það að ómissandi hluti af nútíma verkfræðiefnum.

 

〔Tilvitnun〕Bell, Terence. "Eiginleikar og eiginleikar títans." ThoughtCo, 4. apríl 2023, thoughtco.com/metal-profile-titanium-2340158.