Titan je stříbřitě bílý kov ceněný pro svou pevnost, nízkou hmotnost a odolnost proti korozi. Jeho jedinečné a žádoucí vlastnosti vedly k jeho použití v mnoha průmyslových odvětvích a aplikacích, především v leteckém, automobilovém, lékařském a chemickém průmyslu. Titan je k dispozici v různých jakostech a slitinách, přičemž každý typ slitiny nabízí jedinečné vlastnosti vhodné pro specifické aplikace. Tento článek bude definovat titan a popisovat jeho vlastnosti, diskutovat o jeho různých stupních a slitinách a vysvětlovat aplikace titanu.
Co je titan?
Titan je stříbrno-bílý kov s atomovým číslem 22. Je to lehký, tažný, pevný, korozivzdorný, biokompatibilní kov s vysokým poměrem pevnosti k hmotnosti. Titan je devátým nejrozšířenějším prvkem na Zemi. Běžně se vyskytuje ve skalách, jílu a písku. Rutil a ilmenit jsou dva hlavní komerční minerály používané k extrakci a rafinaci titanu. Titan se dělí na slitinu, slitinu a - slitinu. Slitiny titanu alfa jsou legovány pouze kyslíkem a často i jinými kovy, jako je hliník, molybden a vanad. Přídavek těchto kovů pomáhá dosáhnout požadovaných vlastností, jako je zvýšená pevnost, odolnost proti korozi a snížená hmotnost. Mezi běžné aplikace titanu a jeho slitin patří: komerční a letecké aplikace, kondenzátory elektráren, odsolovací zařízení, námořní aplikace, stavební produkty, lékařské implantáty, jako je hardware pro náhradu kloubů, a spotřební produkty, jako jsou golfové hole a rámy jízdních kol.
Jaký je původ titanu?
Titan byl objeven britským chemikem a mineralogem Williamem Gregorem v roce 1791 a pojmenován německým chemikem Martinem Heinrichem v roce 1795. Klapoulos pojmenoval tento prvek "titan" po Titánech v řecké mytologii. Čistý titan však nebyl k dispozici až do roku 1910. MA Hunter, vědec z Rensselaer Polytechnic Institute, oddělil kovy zahříváním chloridu titaničitého (TiCl4) se sodíkem při vysokém tlaku a teplotě (1292-1472 stupeň F), čímž vznikl čistý titan a chlorid sodný jako vedlejší produkty. Poté, v roce 1932, William Justin Kroll izoloval titan frakční redukcí TiCl4 vápníkem a následně hořčíkem a sodíkem. Dnes je „Krollův proces“ proces běžně používaný pro komerční výrobu titanu.
Jaký je jiný výraz pro titan?
Titan je někdy nazýván "zázračným kovem" nebo "leteckým kovem", protože má mnoho vlastností požadovaných pro letecké aplikace. K jeho přezdívce přispívá nízká hustota, tažnost, pevnost v tahu a odolnost proti korozi titanu.
Jaká je chemická značka pro titan?
Chemická značka pro titan je „Ti“.
Z čeho je titan vyroben?
Protože titan snadno reaguje s kyslíkem, čistý titan se v přírodě nenachází. Místo toho se titan nachází téměř ve všech horninách, jílech, píscích a minerálech na Zemi ve formě oxidu titaničitého. Rutil a ilmenit jsou dva hlavní minerály používané při komerční výrobě titanu. Anatase, perovskit, brookit a titanit také obsahují titan. Každý z výše uvedených minerálů může být rafinován, aby se získal čistý titan.
Jak se vyrábí titan?
Proces Kroll je nejběžnější metodou výroby čistého titanu. Proces začíná zahřátím rudy, jako je rutil nebo ilmenit, za vzniku kapalného chloridu titaničitého (TiCl4). Kapalný TiCl4 se poté čistí frakční destilací (podobně jako frakcionační proces používaný k výrobě benzínu ze surové ropy). Po destilaci se roztavený hořčík přidá do kapalného TiCl4 za vzniku porézní titanové "houby" a soli na bázi hořčíku. Titanová houba se poté stlačí a roztaví v elektrické obloukové peci. Nakonec se čistý titan odlévá do ingotů. Slitiny lze vyrábět smícháním taveniny čistého titanu s jinými kovy a jejím následným odléváním do ingotů.
Jaké jsou hlavní vlastnosti titanu?
Vlastnosti a charakteristiky titanu se liší podle třídy a konkrétní slitiny. Některé obecné vlastnosti titanu jsou však uvedeny v tabulce níže:
Odolnost proti korozi: Titan je vysoce odolný vůči korozi způsobené mořskou vodou, chlórem a mnoha dalšími korozivními činidly, díky čemuž je užitečný pro námořní a chemické zpracování.
Lehký: Titan je méně hustý než mnoho jiných kovů. Je ideální pro použití v lehkých konstrukcích a komponentech v leteckém a automobilovém průmyslu.
Vysoká pevnost: Síla titanu je srovnatelná s ocelí. Avšak vzhledem k nižší hustotě titanu váží titanová struktura stejné pevnosti přibližně o 45 % méně než odpovídající ocelová struktura. Díky své vysoké pevnosti a vysokému poměru pevnosti k hmotnosti se titan běžně používá v leteckém, automobilovém, lékařském a námořním průmyslu.
Biokompatibilita: Titan je považován za nejvíce biokompatibilní kov díky své inertnosti, odolnosti vůči korozi tělními tekutinami, schopnosti integrace do kosti (oseointegrace) a vysoké hranici cyklické únavy. To umožňuje použití titanu v kostních, kloubních a zubních implantátech.
Tepelná odolnost: Titan má nízkou tepelnou vodivost. Díky tomu je titan ideální pro aplikace s vysokou teplotou, jako je obrábění, kosmické lodě, proudové motory, střely a automobily.
Nemagnetický: Titan je nemagnetický, ale v přítomnosti magnetického pole se stává paramagnetickým.
Tažnost: Titan je tažný kov a jeho tažnost se zvyšuje s teplotou. Navíc legování titanu s jinými tažnými kovy, jako je hliník, může výrazně zvýšit jeho tažnost.
Nízká tepelná roztažnost: Titan má nízký koeficient tepelné roztažnosti. Titan se neroztahuje ani nestahuje při extrémních teplotách jako jiné materiály, jako je ocel. Díky své nízké tepelné roztažnosti je titan ideální pro konstrukční aplikace, které jsou vystaveny vysokým teplotám, jako je letectví a kosmické lodě nebo velké budovy a mrakodrapy v případě požáru.
Vynikající odolnost proti únavě: Titan má vynikající odolnost proti únavě. Díky tomu je titan velmi vhodný pro letecké aplikace, kde jsou konstrukční součásti letadel, jako jsou přistávací zařízení, hydraulické systémy a výfukové potrubí, vystaveny cyklickému zatížení.
Jakou barvu má titan?
Titan je stříbrně šedý nebo stříbrně bílý. Pokud je však titan eloxován specifickým způsobem, může dosáhnout celého spektra barev. Řízením napětí během anodizace lze získat různé barvy titanu.
Jak vypadá titan?
Titan se běžně vyskytuje ve vyvřelých a sedimentárních horninách a minerálech. Ilmenit (železný oxid titaničitý) a rutil jsou dva minerály, ze kterých se titan běžně získává. Ilmenit je šedočerná hornina, zatímco rutil je tmavě hnědá až černá hornina s krystalickým vzhledem.
