מאפייני טיטניום ותכונות

טיטניום הוא מתכת עקשן חזק וקל משקל. סגסוגות טיטניום הינן קריטיות לתעשיית האוויר והחלל, תוך שימוש גם בחומרה רפואית, כימית וצבאית, וציוד ספורט.

יישומי תעופה וחלל חשבון עבור 80% מצריכת הטיטניום, בעוד 20% מהמתכת משמשת בשריון, חומרה רפואית ומוצרי צריכה.

• סמל אטומי: טי
• מספר אטומי: 22
• קטגוריית אלמנטים: מעבר מתכת
• צפיפות: 4.506 ס"מ³
• נקודת התכה: 1670 מעלות צלזיוס
• נקודת רתיחה: 3287 מעלות צלזיוס.
• הקשיות של מו: 6

סגסוגות המכילים טיטניום ידועים בזכות חוזקם הגבוה, משקלם נמוך ועמידות בפני קורוזיה יוצאת דופן. למרות היותו חזק כמו פלדה, טיטניום קל יותר במשקל כ- 40%.

זה, יחד עם ההתנגדות שלו לקורבציה (שינויי לחץ מהירים, הגורמים גלי הלם, שיכולים) להחליש או לפגוע במתכת לאורך זמן) ושחיקה, הופכת אותה למתכת מבנית חיונית לחלל וחלל מהנדסים.

טיטניום הוא אימתני גם בהתנגדותו קורוזיה על ידי מים ומים כימיים כאחד. עמידות זו היא תוצאה של שכבה דקה של טיטניום דו חמצני (TiO)₂) אשר נוצר על פני השטח שקשה מאוד לחדור לחומרים אלה.

לטיטניום מודולוס של גמישות נמוך. המשמעות היא שהטיטניום גמיש מאוד ויכול לחזור לצורתו המקורית לאחר הכיפוף.

טיטניום אינו מגנטי וביו-תואם (לא רעיל, לא אלרגני), מה שהביא לשימושו הגובר בתחום הרפואי.

השימוש במתכת טיטניום, בכל צורה שהיא, התפתח רק לאחר מלחמת העולם השנייה. למעשה, טיטניום לא היה מבודד כמתכת עד שהכימאי האמריקני מתיו האנטר ייצר אותו על ידי הפחתת טטראכלוריד טיטניום (TiCl₄) עם נתרן בשנת 1910; שיטה המכונה כעת תהליך האנטר.

ייצור מסחרי, לעומת זאת, לא הגיע אלא לאחר שוויליאם ג'סטין קרול הראה שאפשר להפחית טיטניום מכלוריד באמצעות מגנזיום בשנות השלושים. תהליך קרול נותר שיטת הייצור המסחרית הנפוצה ביותר עד היום.

לאחר שפותחה שיטת ייצור חסכונית, השימוש העיקרי הראשון של טיטניום היה במטוסים צבאיים. שני המטוסים הצבאיים הסובייטיים וגם הצוללות האמריקאיות שתוכננו בשנות החמישים והשישים החלו לעשות שימוש בסגסוגות טיטניום. בראשית שנות השישים החלו להשתמש בסגסוגות טיטניום גם על ידי יצרני המטוסים המסחריים.

התחום הרפואי, בעיקר השתלות שיניים ותותבות, התעורר לתועלת הטיטניום לאחר שמחקריו של הרופא השבדי פר-אינגוואר ברנמרק עוד מימי שנות החמישים הראו כי טיטניום לא גורם לתגובה חיסונית שלילית בבני אדם, מה שמאפשר למתכת להשתלב בגופנו בתהליך שכינה. נקודת חידוש.

למרות שטיטניום הוא יסוד המתכת הרביעי הנפוץ ביותר בקרום כדור הארץ (מאחורי אלומיניום, ברזל ומגנזיום), ייצור מתכת טיטניום רגישה מאוד לזיהום, בעיקר על ידי חמצן, המהווה את התפתחותה האחרונה יחסית וגבוהה עלות.

עפרות עיקריות המשמשות בייצור הראשוני של טיטניום הם אילמניט ורוטיל, המהווים בהתאמה כ -90% וכ -10% מהייצור.

קרוב ל 10 מיליון טון של תרכיז מינרלים טיטניום הופק בשנת 2015, אם כי רק א חלק קטן (כ -5%) מרוכז טיטניום המיוצר בכל שנה בסופו של דבר בסופו של דבר בטיטניום מתכת. במקום זאת, רובם משמשים בייצור של טיטניום דו חמצני (TiO₂), הלבנה פיגמנט משמש בצבעים, מזון, תרופות וקוסמטיקה.

בשלב הראשון של תהליך קרול, מחצבים עפרות טיטניום ומחוממים בפחם קוקוס באווירת כלור לייצור טיטניום כלוריד (TiCl)₄). לאחר מכן נתפס הכלוריד ונשלח דרך מעבה, המייצר נוזל טיטניום כלוריד יותר 99% טהור.

לאחר מכן נשלח הטטרניום-כלור טיטניום ישירות לכלי המכיל מגנזיום מותך. על מנת להימנע מזיהום חמצן, הדבר נעשה אינרטי באמצעות תוספת של גז ארגון.

בתהליך הזיקוק הנגרם, שיכול לארוך מספר ימים, מחומם הכלי ל -132 מעלות צלזיוס. המגנזיום מגיב עם הטיטניום כלוריד, מפשיט את הכלוריד ומייצר טיטניום אלמנטרי ומגנזיום כלוריד.

הטיטניום הסיבי המיוצר כתוצאה מכונה ספוג טיטניום. כדי לייצר סגסוגות טיטניום ומטילי טיטניום בעלי טוהר גבוה, ניתן להמיס ספוג טיטניום בעזרת אלמנטים מסגסוגת שונים באמצעות קרן אלקטרונים, קשת פלזמה או התכה בקשת ואקום.