Titāns ir sudrabaini balts metāls, kas novērtēts tā stiprības, vieglā svara un izturības pret koroziju dēļ. Tā unikālās un vēlamās īpašības ir novedušas pie tā izmantošanas daudzās nozarēs un lietojumos, galvenokārt kosmosa, automobiļu, medicīnas un ķīmiskās apstrādes nozarēs. Titāns ir pieejams dažādās kategorijās un sakausējumos, un katrs sakausējuma veids piedāvā unikālas īpašības, kas piemērotas īpašiem lietojumiem. Šajā rakstā tiks definēts titāns un aprakstītas tā īpašības, aplūkotas dažādas tā kategorijas un sakausējumi, kā arī izskaidroti titāna pielietojumi.
Kas ir titāns?
Titāns ir sudrabbalts metāls ar atomskaitli 22. Tas ir viegls, elastīgs, stiprs, izturīgs pret koroziju, bioloģiski saderīgs metāls ar augstu stiprības un svara attiecību. Titāns ir devītais visbiežāk sastopamais elements uz Zemes. Tas parasti atrodams akmeņos, mālā un smiltīs. Rutils un ilmenīts ir divi galvenie komerciālie minerāli, ko izmanto titāna ieguvei un attīrīšanai. Titānu iedala sakausējumos, sakausējumos un sakausējumos. Titāna alfa sakausējumi ir leģēti tikai ar skābekli un bieži vien ar citiem metāliem, piemēram, alumīniju, molibdēnu un vanādiju. Šo metālu pievienošana palīdz sasniegt vēlamās īpašības, piemēram, palielinātu izturību, izturību pret koroziju un samazinātu svaru. Titāna un tā sakausējumu izplatītākie lietojumi ir šādi: komerciāli un kosmosa lietojumi, spēkstaciju kondensatori, atsāļošanas iekārtas, jūras lietojumi, celtniecības produkti, medicīniskie implanti, piemēram, locītavu nomaiņas aparatūra, un patēriņa preces, piemēram, golfa nūjas un velosipēdu rāmji.
Kāda ir titāna izcelsme?
Titānu 1791. gadā atklāja britu ķīmiķis un mineralogs Viljams Gregors, un 1795. gadā to nosauca vācu ķīmiķis Martins Heinrihs. Klapuls šo elementu nosauca par "titānu" grieķu mitoloģijā titāniem. Tomēr tīrs titāns nebija pieejams līdz 1910. gadam. Renselāras Politehniskā institūta zinātnieks MA Hanters atdalīja metālus, karsējot titāna tetrahlorīdu (TiCl4) ar nātriju augstā spiedienā un temperatūrā (1292-1472 grādi F), iegūstot tīru titānu. un nātrija hlorīds kā blakusprodukti. Pēc tam 1932. gadā Viljams Džastins Krols izolēja titānu, frakcionēti reducējot TiCl4 ar kalciju, kam sekoja magnijs un nātrijs. Mūsdienās "Kroll process" ir process, ko parasti izmanto titāna komerciālai ražošanai.
Kāds ir vēl viens titāna termins?
Titānu dažreiz sauc par "brīnummetālu" vai "aviācijas un kosmosa metālu", jo tam ir daudzas īpašības, kas nepieciešamas kosmosa lietojumiem. Titāna zemais blīvums, elastība, stiepes izturība un izturība pret koroziju veicina tā segvārdu.
Kāds ir titāna ķīmiskais simbols?
Titāna ķīmiskais simbols ir "Ti".
No kā izgatavots titāns?
Tā kā titāns viegli reaģē ar skābekli, tīrs titāns dabā nav atrodams. Tā vietā titāns ir atrodams gandrīz visos iežos, mālos, smiltīs un minerālos uz Zemes titāna dioksīda veidā. Rutils un ilmenīts ir divi galvenie minerāli, ko izmanto titāna komerciālajā ražošanā. Anatāze, perovskīts, brookīts un titanīts satur arī titānu. Katru no iepriekšminētajiem minerāliem var rafinēt, lai iegūtu tīru titānu.
Kā tiek ražots titāns?
Kroll process ir visizplatītākā metode tīra titāna ražošanai. Process sākas ar rūdas, piemēram, rutila vai ilmenīta, karsēšanu, lai iegūtu šķidru titāna tetrahlorīdu (TiCl4). Pēc tam TiCl4 šķidrumu attīra ar frakcionētu destilāciju (līdzīgi frakcionēšanas procesam, ko izmanto benzīna ražošanai no jēlnaftas). Pēc destilācijas šķidrajam TiCl4 pievieno izkausētu magniju, veidojot porainu titāna "sūkli" un sāli uz magnija bāzes. Pēc tam titāna sūklis tiek saspiests un izkausēts elektriskā loka krāsnī. Visbeidzot, tīru titānu ielej lietņos. Sakausējumus var izgatavot, sajaucot tīra titāna kausējumu ar citiem metāliem un pēc tam izlejot to lietņos.
Kādas ir titāna galvenās īpašības?
Titāna īpašības un raksturlielumi atšķiras atkarībā no kategorijas un specifiskā sakausējuma. Tomēr dažas vispārīgas titāna īpašības ir parādītas tabulā zemāk:
Izturība pret koroziju: Titāns ir ļoti izturīgs pret koroziju no jūras ūdens, hlora un daudziem citiem kodīgiem līdzekļiem, padarot to noderīgu jūras un ķīmiskās apstrādes lietojumos.
Viegls: titāns ir mazāk blīvs nekā daudzi citi metāli. Tas ir ideāli piemērots izmantošanai vieglās konstrukcijās un komponentos aviācijas un automobiļu rūpniecībā.
Augsta izturība: Titāna izturība ir salīdzināma ar tēraudu. Tomēr titāna zemākā blīvuma dēļ vienādas stiprības titāna struktūra sver aptuveni par 45% mazāk nekā atbilstoša tērauda konstrukcija. Pateicoties tā augstajai izturībai un augstajai stiprības un svara attiecībai, titānu parasti izmanto kosmosa, automobiļu, medicīnas un jūras lietojumos.
Bioloģiskā saderība: Titāns tiek uzskatīts par bioloģiski saderīgāko metālu, pateicoties tā inercei, izturībai pret ķermeņa šķidrumu koroziju, spējai integrēties kaulos (osseointegrācijai) un augstajam cikliskā noguruma ierobežojumam. Tas ļauj titānu izmantot kaulu, locītavu un zobu implantos.
Karstumizturība: Titānam ir zema siltumvadītspēja. Tas padara titānu ideāli piemērotu augsta karstuma lietojumiem, piemēram, apstrādei, kosmosa kuģiem, reaktīvo dzinēju dzinējiem, raķetēm un automašīnām.
Nemagnētisks: titāns nav magnētisks, bet magnētiskā lauka klātbūtnē kļūst paramagnētisks.
Elastība: Titāns ir kaļams metāls, un tā elastība palielinās līdz ar temperatūru. Turklāt titāna leģēšana ar citiem kaļamiem metāliem, piemēram, alumīniju, var ievērojami palielināt tā elastību.
Zema termiskā izplešanās: titānam ir zems termiskās izplešanās koeficients. Titāns neizplešas un nesaraujas ekstremālās temperatūrās tāpat kā citi materiāli, piemēram, tērauds. Tā zemās termiskās izplešanās īpašības padara titānu ideāli piemērotu konstrukcijām, kurās ir augsta temperatūra, piemēram, kosmosa un kosmosa kuģiem vai lielām ēkām un debesskrāpjiem ugunsgrēka gadījumā.
Lieliska noguruma izturība: Titānam ir lieliska noguruma izturība. Tas padara titānu labi piemērotu kosmosa lietojumiem, kur gaisa kuģu konstrukcijas sastāvdaļas, piemēram, šasijas, hidrauliskās sistēmas un izplūdes caurules, tiek pakļautas cikliskām slodzēm.
Kāda ir titāna krāsa?
Titāns ir sudrabaini pelēks vai sudrabaini balts. Tomēr, ja titāns tiek anodēts noteiktā veidā, tas var sasniegt pilnu krāsu spektru. Kontrolējot spriegumu anodēšanas laikā, var iegūt dažādas titāna krāsas.
Kā izskatās titāns?
Titāns parasti ir atrodams magmatiskos un nogulumiežu iežos un minerālos. Ilmenīts (dzelzs titāna oksīds) un rutils ir divi minerāli, no kuriem parasti iegūst titānu. Ilmenīts ir pelēki melns iezis, savukārt rutils ir tumši brūns līdz melns iezis ar kristālisku izskatu.
