Neue Verfahren, neue Technologien und neue Anwendungen für Titan

Titan und Titanlegierungen besitzen zahlreiche hervorragende Eigenschaften.

      1. Hohe Festigkeit. Titanlegierungen weisen eine außergewöhnlich hohe Festigkeit auf, mit Zugfestigkeiten im Bereich von 686 bis 1176 MPa, während ihre Dichte etwa 60 % derjenigen von Stahl beträgt, was zu einer sehr hohen spezifischen Festigkeit führt.

      2. Hohe Härte. Die Härte von Titanlegierungen (im geglühten Zustand) beträgt HRC 32–38.

      3. Niedriger Elastizitätsmodul. Der Elastizitätsmodul von Titanlegierungen (geglühter Zustand) liegt zwischen 1,078×10^(−1) und 1,176×10 MPa und ist damit etwa halb so groß wie der von Stahl und Edelstahl.

    4. Hervorragendes Verhalten bei hohen und niedrigen Temperaturen. Bei hohen Temperaturen weisen Titanlegierungen gute mechanische Eigenschaften auf, ihre Hitzebeständigkeit übertrifft die von Aluminiumlegierungen deutlich, und sie eignen sich für einen breiten Einsatztemperaturbereich. Aktuell sind neue, hitzebeständige Titanlegierungen für Temperaturen von 550 °C bis 600 °C geeignet. Bei niedrigen Temperaturen steigt die Festigkeit von Titanlegierungen im Vergleich zu Raumtemperatur, und sie zeigen eine gute Zähigkeit. Tieftemperatur-Titanlegierungen behalten ihre gute Zähigkeit sogar bei –253 °C.

      5. Titan besitzt eine hohe Korrosionsbeständigkeit. Bei Temperaturen unter 550 °C bildet Titan in Luft rasch einen dünnen, dichten Titanoxidfilm auf seiner Oberfläche. Daher übertrifft seine Korrosionsbeständigkeit in oxidierenden Medien wie Luft, Meerwasser, Salpetersäure, Schwefelsäure und starken Laugen die der meisten Edelstähle.

Neue Verfahren, Technologien und Anwendungen von Titan

Verfahren zur Titanherstellung:
Obwohl Titan in der Natur relativ häufig vorkommt, ist es dispergiert und schwer zu gewinnen, was es zu einem seltenen Metall macht. Die Titangewinnung lässt sich derzeit in zwei Hauptkategorien unterteilen: die thermische Reduktion und die Schmelzsalzelektrolyse.

Thermisches Reduktionsverfahren zur Herstellung von Titan

Bei der thermischen Reduktion werden starke Reduktionsmittel wie Li, Na, Mg, Ca und deren Hydride bei einer bestimmten Temperatur eingesetzt, um Titan aus seinen Verbindungen wie TiCl₄, TiO₂ und K₂TiF₆ zu reduzieren. Je nach Art der Titanverbindung lässt sich die thermische Reduktion zur Titangewinnung in drei Kategorien einteilen:
① Die Redoxmethode für Titanchloride, wie zum Beispiel die Kroll-Methode, die Hunter-Methode, die Armstrong-Methode und die EMR-Methode;
② Die Redoxmethoden für Titanoxide, wie z. B. die OS-Methode, das PRP-Verfahren und die MHR-Methode;
③ Die Redoxmethode für Titanate.

Bislang werden in der industriellen Produktion nur das Kroll- und das Hunter-Verfahren erfolgreich eingesetzt. Beim Kroll-Verfahren wird Titan durch Magnesiumchlorid ersetzt, beim Hunter-Verfahren hingegen durch Natrium. Das von der Chicago International Titanium Powder Company in den USA entwickelte Armstrong-Verfahren ähnelt dem Hunter-Verfahren und nutzt ebenfalls Natrium als Reduktionsmittel zur Reinigung von metallischem Titan. In den USA wird dieses Verfahren bereits in der Vorproduktion eingesetzt.

Schmelzsalzelektrolyseverfahren zur Herstellung von Titan

1959 sagte Kroll voraus, dass die Schmelzsalzelektrolyse innerhalb der nächsten 5 bis 10 Jahre das Kroll-Verfahren als Standardverfahren zur Titanherstellung ablösen würde. Im Laufe der Jahre haben Forschungseinrichtungen und Labore im In- und Ausland über ein Dutzend neue Technologien zur Titanherstellung mittels Schmelzsalzelektrolyse entwickelt. Diese lassen sich anhand der Rohstoffe in drei Kategorien einteilen:
① Elektrolyse von Titanaten;
② Elektrolyse von Titanchloriden;
③ Elektrolyse von Titanoxiden, einschließlich der FFC Cambridge-Methode, des MER-Verfahrens, der USTB-Methode, des QIT-Verfahrens, der SOM-Methode und der ionischen Flüssigkeitselektrolyse, unter anderem.

      Neue Anwendungen von Titan

Seit den 1940er Jahren haben sich die Anwendungsgebiete von Titan rasant entwickelt. Es findet breite Anwendung in Flugzeugen, Raketen, Flugkörpern, Satelliten, Raumfahrzeugen, Schiffen, der Rüstungsindustrie, der Medizin und der petrochemischen Industrie. Jüngste Forschungsergebnisse zeigen, dass der menschliche Körper eine gewisse Menge Titan enthält, welches die Phagozyten stimuliert und die Immunfunktion stärkt. Daher konzentrieren sich viele Labore derzeit auf die Entwicklung und Anwendung von Bio-Titan.