ไทเทเนียมถูกค้นพบโดยนักแร่ชาวอังกฤษ วิลเลียม เกรกอร์ ในปี ค.ศ. 1791 เกรกอร์ได้วิเคราะห์ทรายแร่แม่เหล็กในคอร์นวอลล์ ประเทศอังกฤษ และแยกสารอิลเมไนต์ได้สำเร็จ
สี่ปีต่อมา ในปี ค.ศ. 1795 จากแร่รูไทล์ที่ผลิตในฮังการี นักเคมีชาวเยอรมัน มาร์ติน ไฮน์ริ คลาโปรธ ได้แยกออกไซด์ของไทเทเนียม และตั้งชื่อธาตุใหม่นี้ว่า ไทเทเนียม
ไทเทเนียมในรูปโลหะถูกเตรียมครั้งแรกในปี ค.ศ. 1910 โดยแมทธิว เอ ฮันเตอร์ ที่สถาบันเทคโนโลยีเรนส์เซลเลอร์ โดยการให้ความร้อน TiCl4 กับโซเดียม
ในปี ค.ศ. 1932 นักเคมีชาวลักเซมเบิร์ก วิลเฮล์ม จัสติน ครอล ได้ใช้ TiCl4 และ Na ในการผลิตไทเทเนียมปริมาณมาก ในช่วงต้นสงครามโลกครั้งที่สอง เขาได้พิสูจน์ที่สำนักงานเหมืองแร่ของสหรัฐอเมริกาว่าสามารถสกัดไทเทเนียมเชิงพาณิชย์ได้โดยใช้ Ca แทน Mg เป็นตัวรีดิวซ์เพื่อลด TiCl4 วิธีการนี้เรียกว่า "กระบวนการครอล" และยังคงถูกใช้อย่างแพร่หลายจนถึงปัจจุบัน โลหะไทเทเนียมถูกผลิตเชิงพาณิชย์ครั้งแรกโดยบริษัท ดูปองต์ ในสหรัฐอเมริกาในปี ค.ศ. 1948
จนถึงปัจจุบัน จีน สหรัฐอเมริกา รัสเซีย และญี่ปุ่น เป็นผู้ผลิตผลิตภัณฑ์ไทเทเนียมรายใหญ่หลัก โดยผลผลิตรวมของทั้งสี่ประเทศคิดเป็นมากกว่า 90% ของการผลิตไทเทเนียมทั่วโลก
1. คุณลักษณะพื้นฐานของไทเทเนียมและโลหะผสมของมัน
ที่จริงต้องบอกตามตรงว่า ไทเทเนียมไม่ใช่โลหะหายาก มันเป็นธาตุที่มีอยู่มากเป็นอันดับเก้าในเปลือกโลก และเป็นโลหะโครงสร้างที่มีอยู่มากเป็นอันดับสี่ รองจากอลูมิเนียม เหล็ก และแมกนีเซียม แต่น่าเสียดายที่แร่ที่มีปริมาณไทเทเนียมสูงนั้นพบได้น้อยมากในเปลือกโลก และยังไม่เคยพบรูปแบบของไทเทเนียมบริสุทธิ์เลย ตั้งแต่อดีตมา การผลิตโลหะไทเทเนียมบริสุทธิ์จึงเป็นเรื่องยากมาก ทำให้ไทเทเนียมมักมีราคาแพงเสมอ แม้ในปัจจุบัน ก็ยังสามารถผลิตไทเทเนียมได้เพียงเป็นชุดๆ และเป็นระยะๆ เท่านั้น ยังไม่มีกระบวนการผลิตต่อเนื่องเหมือนโลหะโครงสร้างอื่นๆ
จากธาตุเคมี 112 ชนิดที่รู้จักกันในตารางธาตุ (รูปที่ 1) มีประมาณ 85% เป็นโลหะหรือเมทัลลอยด์ การจัดประเภทของโลหะมีหลายวิธี เช่น โลหะเหล็กและโลหะที่ไม่มีเหล็ก โลหะเบาและโลหะหนัก ไทเทเนียมจัดเป็นโลหะที่ไม่มีเหล็กและเป็นโลหะเบา
เลขอะตอมของไทเทเนียมคือ 22 น้ำหนักอะตอมมาตรฐานคือ 47.90 ความหนาแน่นอยู่ที่ 4.5 กรัม/ซม.³ และจุดหลอมเหลวสูงถึง 1725℃ ไทเทเนียมเป็นสารอลโลโทรปแบบไดมอร์ฟิก ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 882.5℃ จะมีโครงสร้างแบบฮีกซาโกนอลที่จัดเรียงแบบ close-packed หรือ α-ไทเทเนียม และที่อุณหภูมิสูงกว่า 882.5℃ จะเปลี่ยนเป็นโครงสร้างแบบ body-centered cubic หรือ β-ไทเทเนียม
คุณสมบัติของโลหะขึ้นอยู่กับพันธะโลหะระหว่างอะตอมในตาข่ายเป็นหลัก ซึ่งหมายความว่า อิเล็กตรอนวาเลนซ์ที่เคลื่อนที่ได้อย่างอิสระภายในตาข่ายทำให้เกิดคุณสมบัติแบบโลหะโดยทั่วไป เช่น การนำไฟฟ้า นอกจากนี้ยังสามารถทำให้เกิดโลหะผสมได้จากการเปลี่ยนรูปร่างแบบพลาสติกอันเนื่องมาจากการเลื่อนตัวของอะตอมในตาข่าย รวมถึงการเติมอะตอมสิ่งเจือปนเข้าไปในตาข่าย การเติมธาตุโลหะอื่นๆ ลงในไทเทเนียมบริสุทธิ์เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางกลที่อุณหภูมิห้อง (หรืออุณหภูมิสูง) และความต้านทานการกัดกร่อน เรียกว่า โลหะผสมไทเทเนียม
ไทเทเนียมและโลหะผสมไทเทเนียมมีคุณสมบัติเด่นสองประการ คือ ความแข็งแรงจำเพาะสูง และความต้านทานการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยม
ความแข็งแรงเฉพาะ เป็นตัวชี้วัดที่ใช้ประเมินความสัมพันธ์ระหว่างความแข็งแรงและความหนาแน่นของวัสดุ โดยนิยามจากอัตราส่วนของความแข็งแรงของวัสดุ (มักแสดงเป็นความต้านทานแรงดึง) ต่อความหนาแน่นของวัสดุ ความแข็งแรงจำเพาะถูกใช้ในการประเมินความสามารถในการรับน้ำหนักของวัสดุในแต่ละหน่วยมวล และเป็นพารามิเตอร์สำคัญในการออกแบบโครงสร้างที่มีน้ำหนักเบาแต่มีความแข็งแรงสูง โลหะผสมไทเทเนียมเป็นที่รู้จักกันดีในด้านน้ำหนักเบาและมีความแข็งแรงจำเพาะสูง ซึ่งทำให้วัสดุดังกล่าวได้รับความนิยมอย่างมากในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ
ความต้านทานการกัดกร่อน หมายถึง ความสามารถของวัสดุในการต้านทานปฏิกิริยาทางเคมีหรืออิเล็กโทรเคมี ซึ่งปฏิกิริยาดังกล่าวอาจทำให้วัสดุเสื่อมสภาพ ได้รับความเสียหาย หรือเสื่อมคุณภาพ ความต้านทานการกัดกร่อนเป็นคุณสมบัติที่สำคัญมากในวิทยาศาสตร์วัสดุ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องสัมผัสกับสิ่งแวดล้อมที่รุนแรงหรือสารกัดกร่อน ความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสมไทเทเนียมเกิดขึ้นหลัก ๆ จากการที่มันสามารถสร้างฟิล์มออกไซด์บางชนิดที่หนาแน่นและซ่อมแซมตัวเองได้บนพื้นผิว ฟิล์มผ่านศูนย์กลาง (Passivation film) นี้ทำให้โลหะผสมไทเทเนียมมีความต้านทานการกัดกร่อนสูงกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมถึง 100 เท่า ในงานวิศวกรรมทางทะเล โลหะผสมไทเทเนียมเป็นที่รู้จักในชื่อ "โลหะแห่งมหาสมุทร" และค่อย ๆ แทนที่เหล็กกล้าไร้สนิมเนื่องจากมีคุณสมบัติเบา แข็งแรงสูง และทนต่อการกัดกร่อน
EN
ข่าวเด่น
