Tytan: od nazewnictwa mitologicznego po metal przemysłowy

Wczesna identyfikacja i początkowe trudności

Badanym minerałem Klaproth był menachanit pochodzący z Kornwalii w Anglii. Brytyjski duchowny i geolog-amator William Gregor kilka lat wcześniej wykrył ten sam pierwiastek w identycznym minerale i opublikował swoje obserwacje. Dlatego też zasługa za odkrycie jest dzielona pomiędzy nimi. Gregor doniósł o tym pierwszy; Klaproth nadał nazwę.

Oboje uznali, że znaleźli coś nowego. Trudność polegała na tym, co nastąpiło później. Tytan łatwo reaguje z tlenem i azotem pod wpływem wysokich temperatur. Wczesne próby stopienia lub redukcji metalu konsekwentnie powodowały powstawanie zanieczyszczonego, kruchego materiału. Przez ponad sto lat tytan pozostawał ciekawostką laboratoryjną. Rozumieno jego wytrzymałość i niską gęstość, ale nie istniała żadna praktyczna metoda produkcji.

Opracowanie opłacalnej metody produkcji

William Justin Kroll, urodzony w Luksemburgu-metalurg mieszkający w Stanach Zjednoczonych, rozwiązał ten problem w 1940 roku. Opracował proces, w którym magnez był używany do redukcji czterochlorku tytanu, poprzez chemiczne usuwanie chloru w celu uzyskania metalicznego tytanu. Metoda była powolna, kosztowna i wymagała znacznego nakładu energii. Jednak zadziałało i to zmieniło wszystko.

Podejście Krolla do dziś pozostaje podstawą produkcji tytanu. Nazywany powszechnie procesem Krolla, nadal dominuje w produkcji przemysłowej gąbki tytanowej -, będącej formą pośrednią, która jest następnie topiona, rafinowana i przetwarzana na płytę, pręt, drut, rurę i arkusz.

Kontekst historyczny przyspieszył przyjęcie. Druga wojna światowa i wczesny okres zimnej wojny wygenerowały duży popyt na materiały łączące wysoką wytrzymałość, niską wagę i odporność na ekstremalne warunki operacyjne, - szczególnie w silnikach odrzutowych i płatowcach. Tytan spełnił te wymagania. Inwestycje wojskowe Stanów Zjednoczonych napędzały skalowanie produkcji w latach pięćdziesiątych.

Ekspansja poza przestrzeń kosmiczną

Przemysł lotniczy zapewnił pierwsze duże zastosowanie przemysłowe tytanu. Samolot rozpoznawczy Lockheed A-12, poprzednik SR-71 Blackbird, był jednym z najwcześniejszych projektów, w których w płatowcu zastosowano szerokie zastosowanie tytanu. Sam SR-71 został zbudowany w około 85% ze stopu tytanu. Było to koniecznością konstrukcyjną: przy prędkości operacyjnej tarcie aerodynamiczne rozgrzało poszycie samolotu do temperatury przekraczającej 300 stopni.

Późniejsze przyjęcie rozszerzyło się na obróbkę chemiczną, -, gdzie odporność tytanu na korozję okazała się bardzo cenna, - do wytwarzania energii, odsalania i produkcji implantów medycznych. Metal jest biokompatybilny; Organizm ludzki zazwyczaj nie odrzuca implantów tytanowych ani nie reaguje na nie negatywnie. Następnie pojawiły się zastosowania konsumenckie, w tym sprzęt sportowy i biżuteria.

Chiny weszły na sektor tytanu później, ale szybko się rozwinęły. Od lat 60. XX wieku Baoji, położone w prowincji Shaanxi, stało się krajowym centrum produkcyjnym. Obecnie na Chiny przypada ponad połowa światowej produkcji tytanu, a baza przemysłowa Baoji pozostaje ściśle powiązana z tym metalem.

Aktualny stan i perspektywy

Tytan nie jest już niepraktyczną ciekawostką, jaką był kiedyś. Koszty produkcji znacznie spadły, chociaż proces Krolla w dalszym ciągu opiera się-wsadowo i-energochłonnie. Oczekuje się, że badania nad alternatywnymi metodami -, w tym procesem FFC Cambridge i różnymi technikami elektrolitycznymi -, spowodują dalsze obniżenie kosztów w nadchodzących latach.

Podstawowe zalety tytanu nie uległy zmianie. Połączenie niskiej gęstości, wysokiej wytrzymałości strukturalnej, odporności na korozję i biokompatybilności jest rzadkością wśród metali. Żaden pojedynczy materiał zastępczy nie spełnia wszystkich tych właściwości jednocześnie. Ponieważ gałęzie przemysłu w dalszym ciągu wymagają lżejszych, trwalszych i bardziej wydajnych materiałów, zastosowanie tytanu stale się poszerza, rozciągając się od lotnictwa i medycyny po architekturę, inżynierię samochodową, elektronikę użytkową i inne sektory.