Titan: od mitološkega poimenovanja do industrijske kovine

Zgodnje prepoznavanje in začetne težave

Mineral, ki ga je pregledal Klaproth, je bil menachanit, pridobljen iz Cornwalla v Angliji. Britanski duhovnik in amaterski geolog William Gregor je pred nekaj leti zaznal isti element v enakem mineralu in objavil svoja opažanja. Zasluge za odkritje si torej delita oba. Gregor je poročal prvi; Ime je dodelil Klaproth.

Oba sta spoznala, da sta našla nekaj novega. Težava je bila v tem, kar je sledilo. Titan zlahka reagira s kisikom in dušikom, če je izpostavljen visokim temperaturam. Zgodnji poskusi taljenja ali redukcije kovine so dosledno proizvajali onesnažen, krhek material. Več kot stoletje je titan ostal laboratorijska zanimivost. Razumeli so njegovo moč in nizko gostoto, vendar ni obstajala praktična metoda proizvodnje.

Razvoj uspešne proizvodne metode

William Justin Kroll, v Luksemburgu-rojen metalurg s sedežem v Združenih državah, je to težavo rešil leta 1940. Razvil je postopek, v katerem je bil magnezij uporabljen za redukcijo titanovega tetraklorida, pri čemer je kemično odstranil klor, da je nastal kovinski titan. Metoda je bila počasna, draga in je zahtevala znatne vložke energije. Vendar je delovalo in to je vse spremenilo.

Krollov pristop do danes ostaja temelj proizvodnje titana. Splošno imenovan Krollov postopek, še naprej prevladuje v industrijski proizvodnji titanove gobe - vmesne oblike, ki se nato stopi, prečisti in izdela v ploščo, palico, žico, cev in pločevino.

Zgodovinski kontekst je pospešil sprejetje. Druga svetovna vojna in zgodnje obdobje hladne vojne sta ustvarila veliko povpraševanje po materialih, ki združujejo visoko trdnost, nizko težo in odpornost na ekstremna delovna okolja - zlasti v reaktivnih motorjih in letalih. Titan je izpolnil te zahteve. Ameriške vojaške naložbe so vodile k povečevanju proizvodnje v petdesetih letih prejšnjega stoletja.

Širitev izven letalstva

Letalstvo je zagotovilo prvo večjo industrijsko uporabo titana. Izvidniško letalo Lockheed A-12, predhodnik letala SR-71 Blackbird, je bilo med najzgodnejšimi zasnovami, ki so v ogrodje letala v veliki meri vključevale titan. Sam SR-71 je bil izdelan približno 85 % iz titanove zlitine. To je bila strukturna nujnost: pri operativni hitrosti je aerodinamično trenje segrelo oblogo letala za več kot 300 stopinj.

Poznejše sprejetje se je razširilo na kemično obdelavo -, kjer se je titanova odpornost proti koroziji izkazala za zelo dragoceno - pridobivanje električne energije, razsoljevanje in proizvodnjo medicinskih vsadkov. Kovina je biokompatibilna; človeško telo običajno ne zavrne titanovih vsadkov ali se nanje ne odzove negativno. Sledile so potrošniške aplikacije, vključno s športno opremo in nakitom.

Kitajska je v sektor titana vstopila pozneje, vendar se je hitro širila. Baoji, ki se nahaja v provinci Shaanxi, je postal nacionalni proizvodni center od leta 1960 naprej. Trenutno Kitajska predstavlja več kot polovico svetovne proizvodnje titana, Baojijeva industrijska baza pa ostaja tesno povezana s kovino.

Trenutno stanje in obeti

Titan ni več nepraktična zanimivost, kot je bil nekoč. Proizvodni stroški so se občutno znižali, čeprav postopek Kroll še vedno temelji na serijah-in je energetsko-intenziven. Pričakuje se, da bodo raziskave alternativnih metod -, vključno s postopkom FFC Cambridge in različnimi elektrolitskimi tehnikami -, v prihodnjih letih dodatno znižale stroške.

Temeljne prednosti titana se niso spremenile. Njegova kombinacija nizke gostote, visoke strukturne trdnosti, odpornosti proti koroziji in biokompatibilnosti je neobičajna med kovinami. Noben nadomestni material ne ustreza vsem tem lastnostim hkrati. Ker industrije še naprej potrebujejo lažje, trajnejše in učinkovitejše materiale, se uporaba titana še naprej širi - in sega od vesolja in medicine v arhitekturo, avtomobilski inženiring, potrošniško elektroniko in druge sektorje.