Titaani: mytologisesta nimeämisestä teolliseen metalliin

Varhainen tunnistaminen ja alkuvaikeudet

Tutkittu Klaproth-mineraali oli menakaniitti, joka oli peräisin Cornwallista, Englannista. Brittipappi ja amatöörigeologi William Gregor oli havainnut saman alkuaineen identtisestä mineraalista useita vuosia aiemmin ja julkaisi havaintonsa. Tämän vuoksi ansio löydöstä jaetaan näiden kahden kesken. Gregor ilmoitti sen ensin; Klaproth antoi nimen.

Molemmat ymmärsivät löytäneensä jotain uutta. Vaikeus oli siinä, mitä seurasi. Titaani reagoi helposti hapen ja typen kanssa, kun se altistuu korkeille lämpötiloille. Varhaiset yritykset sulattaa tai pelkistää metalli tuottivat jatkuvasti saastunutta, hauraaa materiaalia. Yli vuosisadan ajan titaani pysyi laboratorion uteliaana. Sen lujuus ja alhainen tiheys ymmärrettiin, mutta käytännöllistä valmistusmenetelmää ei ollut olemassa.

Elinkelpoisen tuotantomenetelmän kehittäminen

William Justin Kroll, luxemburgilainen{0}}syntynyt metallurgi, jonka kotipaikka on Yhdysvalloissa, ratkaisi tämän ongelman vuonna 1940. Hän kehitti prosessin, jossa magnesiumia käytettiin pelkistämään titaanitetrakloridia ja poistamalla kemiallisesti klooria, jolloin saatiin metallista titaania. Menetelmä oli hidas, kallis ja vaati paljon energiaa. Se kuitenkin toimi, ja se muutti kaiken.

Krollin lähestymistapa on edelleen titaanin tuotannon perusta tähän päivään asti. Yleisesti kutsutaan Kroll-prosessiksi, ja se hallitsee edelleen titaanisienen - välimuotoa, joka sulatetaan, jalostetaan ja valmistetaan levyksi, tankoksi, langaksi, putkeksi ja levyksi.

Historiallinen konteksti vauhditti omaksumista. Toinen maailmansota ja varhainen kylmän sodan kausi loivat suuren kysynnän materiaaleille, joissa yhdistyvät korkea lujuus, pieni paino ja äärimmäisten käyttöympäristöjen kestävyys - erityisesti suihkumoottoreiden ja lentokoneen runkojen sisällä. Titaani täytti nämä vaatimukset. Yhdysvaltain sotilaalliset investoinnit ajoivat tuotannon mittakaavaa koko 1950-luvun ajan.

Laajennus ilmailun ulkopuolelle

Ilmailu tarjosi titaanin ensimmäisen suuren teollisen sovelluksen. Lockheed A-12 tiedustelulentokone, SR-71 Blackbirdin edeltäjä, oli yksi varhaisimmista suunnitelmista, jotka sisälsivät rungossaan laajasti titaania. Itse SR-71 on valmistettu noin 85-prosenttisesti titaaniseoksesta. Tämä oli rakenteellinen välttämättömyys: käyttönopeudella aerodynaaminen kitka lämmitti lentokoneen ihon yli 300 astetta.

Myöhemmin otettiin käyttöön kemiallinen käsittely -, jossa titaanin korroosionkestävyys osoittautui erittäin arvokkaaksi - sähköntuotantoon, suolanpoistoon ja lääketieteellisten implanttien valmistukseen. Metalli on bioyhteensopiva; ihmiskeho ei tyypillisesti hylkää titaani-implantteja tai reagoi niihin haitallisesti. Sen jälkeen tulivat kuluttajasovellukset, mukaan lukien urheiluvälineet ja korut.

Kiina tuli titaanialalle myöhemmin, mutta laajeni nopeasti. Shaanxin maakunnassa sijaitseva Baoji nousi kansalliseksi tuotantokeskukseksi 1960-luvulta lähtien. Tällä hetkellä Kiinan osuus maailman titaanituotannosta on yli puolet, ja Baojin teollisuuspohja on edelleen tiiviisti sidoksissa metalliin.

Nykyinen tila ja näkymät

Titaani ei ole enää niin epäkäytännöllinen uteliaisuus kuin ennen. Tuotantokustannukset ovat laskeneet huomattavasti, vaikka Kroll-prosessi on edelleen luonnostaan ​​erä-pohjainen ja energia{2}}intensiivinen. Vaihtoehtoisten menetelmien - tutkimuksen, mukaan lukien FFC Cambridge -prosessi ja erilaiset elektrolyysitekniikat -, odotetaan vähentävän kustannuksia edelleen tulevina vuosina.

Titaanin perusedut eivät ole muuttuneet. Sen matalan tiheyden, korkean rakenteellisen lujuuden, korroosionkestävyyden ja bioyhteensopivuuden yhdistelmä on harvinainen metallien joukossa. Mikään yksittäinen korvaava materiaali ei vastaa kaikkia näitä ominaisuuksia samanaikaisesti. Koska teollisuudenalat vaativat edelleen kevyempiä, kestävämpiä ja tehokkaampia materiaaleja, titaanin käyttö laajenee edelleen - ilmailu- ja lääketeollisuudesta arkkitehtuuriin, autoteollisuuteen, kulutuselektroniikkaan ja muihin aloihin.