Vlastnosti a aplikácie titánu

Titán je 22. prvkom v periodickej tabuľke a deviatym najhojnejším prvkom, ako aj štvrtým najhojnejším kovovým prvkom v zemskej kôre. Minerály, v ktorých sa nachádza, sa vyskytujú v aluviálnych a vulkanických formáciách a v ložiskách sa zvyčajne nachádza 2 až 12% ťažkých minerálov - ako ilmenit, rutil, leukoxén, zirkón a ďalšie, medzi ktorými sú rutil a ilmenit dva primárne minerály, ktoré obsahujú titán, ktorý tvorí 24% zemskej kôry. V prírode sa však vyskytuje iba v chemických kombináciách; najbežnejšími sú kyslík a železo. Čína má zásoby titánu ako prvé-vanádový titano-magnetit v Panzhihua, Sichuan je k dispozícii bez ohľadu na množstvo (asi 1,5 miliardy ton, čo predstavuje 97% preukázaných rezerv Číny).

Titán je druh silného kovu s nízkou hustotou, ktorý je pomerne ťažný (najmä v prostredí bez kyslíka), lesklý a kovovo-bielej farby. Má mnoho jedinečných vlastností.

Fyzikálne vlastnosti

Pomer pevnosti k hmotnosti. Pomer pevnosti k hmotnosti daného materiálu je pevnosť materiálu delená hmotnosťou materiálu (na planéte Zem sa tiež bežne nazýva hmotnosť). Aby sme boli presnejší, špecifická pevnosť je pevnosť materiálu delená jeho hustotou. A titán je uznávaný pre svoj vysoký pomer pevnosti k hmotnosti. Tento kov je pevný ako oceľ a je o 45% ľahší, ale napriek tomu, že je dvakrát silnejší ako hliník, je o 60% ťažší. Tento pomer ho robí ideálnym pre letecký a kozmický priemysel a ďalšie aplikácie

Slabý vodič tepla a elektriny. Teplota topenia titánu je 3 034 ° F alebo 1 668 ° C. Relatívne vysoký bod topenia ho robí užitočným ako žiaruvzdorný kov. Okrem toho je titán v porovnaní s inými kovmi paramagnetický a dobre prenáša teplo. Má tiež pomerne nízku elektrickú a tepelnú vodivosť. Jeho veľkosť sa teda pri extrémnych teplotných zmenách veľmi málo mení. Titán je však supravodivý, keď sa ochladí na kritickú teplotu 0,49 K.

Pevnosť v ťahu. Titán má konečnú pevnosť v ťahu približne 434 MPa (63 000 psi), čo je rovnaká pevnosť ako u bežných zliatin nízkokvalitnej ocele.

Hustota. Hustota titánu je 4,5 gramu na cm3, čo je oveľa menej ako železa - preto sú zliatiny titánu v leteckom priemysle také dôležité.

Únavová sila. Tiež nazývaná vytrvalostná pevnosť, únavová pevnosť sa vzťahuje na najvyššie napätie, ktoré môže materiál vydržať pri danom počte cyklov bez porušenia. Zliatina titánu má veľmi vysokú cyklickú únavovú pevnosť, ktorá dosahuje 106-107 cyklov.

Chemické vlastnosti

Odolnosť proti korózii. Titán má vysokú pasivitu (pasivita je strata elektrochemickej reaktivity, čím sa znižuje rýchlosť korózie kovu); preto vykazuje vysokú úroveň odolnosti voči korózii voči väčšine minerálnych kyselín a chloridov. Povrch titánového kovu a jeho zliatin oxiduje bezprostredne po vystavení vzduchu a vytvára tenkú neporéznu pasivačnú vrstvu, ktorá chráni sypký kov pred ďalšou oxidáciou alebo koróziou.

Toxicita Je tiež netoxický a biologicky kompatibilný s ľudským tkanivom a kosťami, čo z neho robí ideálny materiál pre výrobky lekárskych implantátov.

Odolnosť voči kyselinám. Titán je schopný odolávať útoku zriedených kyselín sírovej a chlorovodíkovej, chloridových roztokov a väčšiny organických kyselín. Titán však korodujú koncentrované kyseliny.

Tieto jedinečné vlastnosti titánu z neho robia ideálny kov pre široké spektrum aplikácií.

Letecký a kozmický priemysel

Titán je považovaný za „letecký kov“. Hovorí sa, že do roku 2006 bolo 73% kovov titánu v USA stále použitých na leteckú a kozmickú výstavbu. Ako sme už uviedli, titán je pevný ako oceľ, ale je o 45% ľahší a vyznačuje sa veľmi vysokou pevnosťou v ťahu aj pri vysokých teplotách, vysokou odolnosťou proti korózii a schopnosťou odolávať extrémnym teplotám. Preto sa titán používa predovšetkým v lietadlách, potrubiach pre elektrárne, pancierových plášťoch, kozmických lodiach a raketách. Napríklad Boeing 777 má maximálnu prázdnu prevádzkovú hmotnosť približne 304 000 libier alebo 137,8 metrických ton. Z tejto obrovskej hmotnosti je 59 metrických ton vyrobených z titánu.

Námorná

Kov je rozpustný v koncentrovaných kyselinách, ale nie vo vode. Ak by ste list titánu ponorili na 4 000 rokov do morskej vody, malo by to koróziu iba do hĺbky zhruba hrúbky kusu kopírovacieho papiera. Preto sa titán používa na výrobu vrtuľových hriadeľov, zariadení a výmenníkov tepla v odsoľovacích závodoch; ohrievače-chladiče pre akvária so slanou vodou, rybársku šnúru, vodcu a potápačov' nože. Titán sa používa aj v krytoch a súčastiach oceánskych monitorovacích a monitorovacích zariadení pre vedu a armádu.

Lekársky

Titán je biologicky kompatibilný s ľudským telom, to znamená, že sa ho telo nesnaží odmietnuť. Má tiež prirodzenú schopnosť integrovať sa s kosťami v tele a vytvárať tak trvalú štruktúru. Vďaka tomu je užitočný pre široké spektrum