Το τιτάνιο ανακαλύφθηκε από τον Άγγλο ορυκτολόγο και ορυκτολόγο Γουίλιαμ Γκρήγκορ το 1791. Ο Γκρήγκορ ανέλυσε μαγνητικές άμμους ορυκτών στο Κορνουάλη, στην Αγγλία, και απομόνωσε τον ιλμενίτη.
Τέσσερα χρόνια αργότερα, το 1795, από ρουτίλιο που παρήχθη από την Ουγγαρία, ο Γερμανός χημικός Μάρτιν Χάινρι Κλαπροθ απομόνωσε το οξείδιο του τιτανίου και ονόμασε αυτό το νέο στοιχείο Τιτάνιο.
Το μεταλλικό τιτάνιο παρασκευάστηκε για πρώτη φορά το 1910 από τον Μάθιου Α. Χάντερ στο Ινστιτούτο Πολυτεχνικής Ρένσελαερ με θέρμανση TiCl4 με νάτριο。
Το 1932, ο λουξεμβουργιανός χημικός Βίλχελμ Τζάστιν Κρολ χρησιμοποίησε TiCl4 και Na για να παράγει μεγάλη ποσότητα τιτανίου. Στην αρχή του Β' Παγκοσμίου Πολέμου, απέδειξε στο Γραφείο Μεταλλείων των ΗΠΑ ότι το τιτάνιο θα μπορούσε να εξαχθεί εμπορικά χρησιμοποιώντας Ca αντί για Mg ως αναγωγικό παράγοντα για τη μείωση του TiCl4, μια μέθοδος που είναι γνωστή ως «διεργασία Κρολ», η οποία χρησιμοποιείται ακόμα ευρέως μέχρι σήμερα. Το μέταλλο τιτάνιο παρήχθη για πρώτη φορά εμπορικά από την DuPont στις Ηνωμένες Πολιτείες το 1948.
Μέχρι σήμερα, η Κίνα, οι Ηνωμένες Πολιτείες, η Ρωσία και η Ιαπωνία είναι οι κύριοι παραγωγοί προϊόντων τιτανίου, των οποίων η συνδυασμένη παραγωγή αντιπροσωπεύει πάνω από 90% της παγκόσμιας παραγωγής τιτανίου.
1.Βασικά χαρακτηριστικά του τιτανίου και των κραμάτων του
Ειλικρινά, το τιτάνιο δεν είναι σπάνιο μέταλλο· είναι το ένατο πιο πλούσιο στοιχείο στον φλοιό της Γης και το τέταρτο πιο πλούσιο δομικό μέταλλο, μόνο μετά από αλουμίνιο, σίδηρο και μαγνήσιο. Δυστυχώς όμως, μεταλλεύματα με υψηλή περιεκτικότητα σε τιτάνιο σπάνια βρίσκονται στον φλοιό της Γης, και ποτέ δεν έχει ανακαλυφθεί καθαρό τιτάνιο. Επειδή είναι πολύ δύσκολο να παραχθεί καθαρό μέταλλο τιτανίου, το τιτάνιο είναι πάντα τόσο «ακριβό». Ακόμα και σήμερα, το τιτάνιο μπορεί να παραχθεί μόνο επιμέρους παρτίδες και διακοπτόμενα, χωρίς συνεχή διαδικασία παραγωγής όπως άλλα δομικά μέταλλα.
Από τα 112 γνωστά χημικά στοιχεία στον περιοδικό πίνακα (Σχήμα 1), περίπου το 85% είναι μέταλλα ή μεταλλοειδή. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι ταξινόμησης των μετάλλων, όπως τα σιδηρούχα και τα μη σιδηρούχα μέταλλα, τα ελαφριά και τα βαρέα μέταλλα. Το τιτάνιο είναι μη σιδηρούχο και ελαφρύ μέταλλο.
Σχήμα 1 περιοδικός πίνακας
Ο ατομικός αριθμός του τιτανίου είναι 22. Το τυπικό ατομικό βάρος του είναι 47,90, η πυκνότητα είναι 4,5 g/cm³ και το σημείο τήξης φτάνει τους 1725℃. Το τιτάνιο είναι διμορφικό αλλοτροπικό στοιχείο· σε θερμοκρασίες κάτω από 882,5℃, έχει εξαγωνική πυκνή δομή συσσώρευσης, γνωστή ως α-τιτάνιο, ενώ πάνω από 882,5℃ μετατρέπεται σε κυβική δομή με κεντρικό σώμα, γνωστή ως β-τιτάνιο.
Οι ιδιότητες των μετάλλων εξαρτώνται κυρίως από τους μεταλλικούς δεσμούς μεταξύ των ατόμων στο κρυσταλλικό πλέγμα, κάτι που σημαίνει ότι οι ελεύθερα κινούμενα σθένη ηλεκτρόνια στο πλέγμα προκαλούν τις τυπικές μεταλλικές ιδιότητες, όπως η ηλεκτρική αγωγιμότητα. Μπορούν να σχηματιστούν κράματα μέσω πλαστικών παραμορφώσεων λόγω ολίσθησης ατόμων στο πλέγμα, καθώς και μέσω πρόσμιξης ξένων ατόμων στο πλέγμα. Η προσθήκη άλλων μεταλλικών στοιχείων στο καθαρό τιτάνιο για τη βελτίωση των μηχανικών του ιδιοτήτων σε θερμοκρασία δωματίου (ή υψηλής θερμοκρασίας) και της αντοχής του στη διάβρωση ονομάζεται κράμα τιτανίου.
Το τιτάνιο και τα κράματα του έχουν δύο εξέχουσες ιδιότητες: υψηλή ειδική αντοχή και εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση.
Ειδική Αντοχή είναι ένας δείκτης που μετρά τη σχέση ανάμεσα στην αντοχή και την πυκνότητα ενός υλικού. Ορίζεται ως ο λόγος της αντοχής ενός υλικού (συνήθως εκφρασμένη ως εφελκυστική αντοχή) προς την πυκνότητά του. Η ειδική αντοχή χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της φέρουσας ικανότητας των υλικών ανά μονάδα μάζας και αποτελεί σημαντική παράμετρο στον σχεδιασμό ελαφρών και υψηλής αντοχής κατασκευών. Οι κράματα τιτανίου είναι γνωστά για το ελαφρύ βάρος και την υψηλή ειδική αντοχή τους, γεγονός που τα καθιστά ιδιαίτερα δημοφιλή στην αεροδιαστημική βιομηχανία.
Αντοχή στη διάβρωση αναφέρεται στην ικανότητα ενός υλικού να αντιστέκεται σε χημικές ή ηλεκτροχημικές αντιδράσεις, οι οποίες μπορεί να προκαλέσουν φθορά, βλάβη ή υποβάθμιση του υλικού. Η αντοχή στη διάβρωση είναι μια πολύ σημαντική ιδιότητα στην επιστήμη των υλικών, ειδικά για εφαρμογές που απαιτούν έκθεση σε δυσμενείς συνθήκες ή διαβρωτικά μέσα. Η αντοχή στη διάβρωση των κραμάτων τιτανίου οφείλεται κυρίως στη δυνατότητα δημιουργίας ενός πυκνού, αυτο-επισκευάσιμου λεπτού οξειδωτικού φιλμ στην επιφάνειά τους. Αυτό το παθητικό φιλμ παρέχει στα κράματα τιτανίου αντοχή στη διάβρωση 100 φορές μεγαλύτερη από το ανοξείδωτο χάλυβα. Στη θαλάσσια μηχανική, το κράμα τιτανίου είναι γνωστό ως «μέταλλο του ωκεανού» και έχει σταδιακά αντικαταστήσει το ανοξείδωτο χάλυβα λόγω των χαρακτηριστικών του, όπως το ελαφρύ βάρος, η υψηλή αντοχή και η αντοχή στη διάβρωση.
EN
Τελευταία Νέα
