Температурні, електричні і магнітні властивості титану.

Титан має порівняно низьку теплопровідність, всього 22,07 Ут/(мк), що приблизно в 3 рази нижче теплопровідності заліза, у 7 разу-магнію, у 17–20 разу-алюмінію і міді. Відповідно і коефіцієнт лінійного термічного розширення в титану нижче, ніж в інших конструкційних матеріалів: при 20 С він у 1,5 рази нижче чим у заліза, у 2 - у міді і майже в 3 - в алюмінію. Таким чином, титан – поганий провідник електрики і тепла. Проводів з нього не зробиш, а от те, що він один з далеко не всіх металів є при низьких температурах надпровідником електрики, відкриває йому великі перспективи в електричній техніці, передачі енергії на великі відстані. Титан – парамагнітний метал: він не намагнічується, як залізо, у магнітному полі, але і не виштовхується з нього, як мідь. Його магнітна сприйнятливість дуже слабка, ця властивість можна використовувати при будівництві, наприклад, немагнітних кораблів, приладів, апаратів.

На відміну від більшості металів титан володіє значним електроопором: якщо електропровідність срібла прийняти за 100, то електропровідність міді дорівнює 94, алюмінію – 60, заліза і платини –15, а титану-всього 3,8. Навряд чи потрібно пояснювати, що ця властивість, як і немагнітність, становить інтерес для радіоелектроніки й електротехніки.

Отримання титану

Ціна – от що ще гальмує виробництво і споживання, титану. Власне, висока вартість – не уроджений порок титану. У земній корі його багато – 0,63%. Мінерали, що містять титан знаходяться повсюдно. Найважливіші з них титаномагнетити FeTi3nFe3O4, ільменіт FeTi3, сфен CaTiSi5 і рутил Ti2. (У Росії родовища титанових руд знаходяться на Уралі, а найбільший виробник Верхне-Салдинське ПО). Серед конструкційних металів титан по поширеності займає четверте місце, уступаючи лише алюмінію, залізу і магнію. Висока ціна титану – наслідок складності витягу його з руд і застосування вакуумного устаткування при переплавлянні. При промисловому одержанні титану чи руду концентрат переводять у диоксид титану, що потім хлорують. Однак навіть при 800-1000Із хлорування протікає повільно. З достатньої для практичних цілей швидкістю воно відбувається в присутності вуглецю, що зв'язує кисень в основному в CO2:

Ti2+2Cl2+2C=TiCl4+2CO2

Хлорид титану (IV) відновлюють магнієм

TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl2

а суміш, що утвориться, піддають нагріванню у вакуумі. При цьому магній і його хлорид випаровуються й осаджуються в конденсаторі. Залишок - губчатий титан -переплавляють, одержуючи компактний ковкий метал. Для очищення від кисню, вуглецю й інших шкідливих домішок відновлення титану проводять у герметичній апаратурі в атмосфері аргону, а очищення і переплавляння в глибокому вакуумі.

Для одержання титану високої чистоти застосовують іодидний метод, запропонований ще в 1925 році. Суть цієї технології, у деталях розроблена в 30-х рр. німецьким хіміком Вільгельмом Кроллем, і полягає в наступному. Чернової метал, забруднений домішками, нагрітий до 100-200° С, взаємодіючи з йодом, утворить четирьохйодистий титан. Подальше нагрівання йодиду до температури приблизно 1300–1500° С приводить до його розкладання на титан і йод. Причому пароподібний йод з'єднується знову з чорновим металом, а титан осаджується на розпеченій поверхні запалу з титану ж. Домішки, що знаходяться в чорновому металі, взаємодіють з йодом і не попадають на розпечений чистий титан.

Ti(забруднений)+2I2(газ)100-200ЗTi4(газ) 1300-1500ЗTi(чистий)+2I2(газ)

Застосування титану і його з'єднань.

Вище, описуючи властивості, коротко вже згадувалися окремі області застосування титанових сплавів. Сьогодні титанові сплави широко застосовують в авіаційній техніці. Титанові сплави в промисловому масштабі вперше були використані в конструкціях авіаційних реактивних двигунів. Застосування титану в конструкції реактивних двигунів дозволяє зменшити їхню масу на 10...25%. Зокрема, з титанових сплавів виготовляють диски і лопатки компресора, деталі воздухозаборника, що направляє апарата і кріпильні вироби. Титанові сплави незамінні для надзвукових літаків. Ріст швидкостей польоту літальних апаратів привів до підвищення температури обшивання, у результаті чого алюмінієві сплави перестали задовольняти вимогам, що пред'являються авіаційною технікою надзвукових швидкостей. Температура обшивання в цьому випадку досягає 246...316 °С. У цих умовах найбільш прийнятним матеріалом виявилися титанові сплави.

У 70-х роках істотно зросло застосування титанових сплавів для планера цивільних літаків. У середньомагістральному літаку ТУ-204 загальна маса деталей з титанових сплавів складає 2570 кг.

Поступово розширюється застосування титану у вертольотах, головним чином, для деталей системи несущого гвинта, приводу, а також системи керування. Важливе місце займають титанові сплави в ракетобудуванні.

Завдяки високій корозійній стійкості в морській воді титан і його сплави знаходять застосування в суднобудуванні для виготовлення гребних гвинтів, обшивання морських судів, підвідних човнів, торпед і т.д. На титан і його сплави не налипають черепашки, що різко підвищують опір судна при його русі.

Поступово області застосування титану розширюються. Титан і його сплави застосовують у хімічній, нафтохімічній, целлюлозно-паперовій і харчовій промисловості, кольоровій металургії, енергомашинобудуванні, електроніці, ядерній техніці, гальванотехніці, при виробництві озброєння, для виготовлення броньових плит, хірургічного інструмента, хірургічних імплантатів, опріснювальних установок, деталей гоночних автомобілів, спортінвентарю (ключки для гольфа, спорядження альпіністів), деталей ручних годин і навіть прикрас. Азотування титану приводить до утворення на його поверхні золотавої плівки, по красі не уступає дійсному золоту.

З титану створені пам'ятники Ю.А. Гагаріну і монумент підкорювачам космосу в Москві, обеліск на честь успіхів освоєння Всесвіт у Женеві.

Зовсім незвичайний аспект застосування титану - дзвін. Дзвону, відлиті з цього металу, володіють