Um7.ru

Аренда стройтехники
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Титан и его характеристики

Титан и его характеристики

Титан очень распространен в природе; содержание титана в земной коре составляет 0,6% (масс.), т.е. выше, чем содержание таких широко используемых в технике металлов, как медь, свинец и цинк.

Минералы, содержащие титан, находятся в природе повсеместно. Важнейшими из них являются: титаномагнетиты FeTiO3×nFe3O4, ильменит FeTiO3, сфен CaTiSiO5 и рутил TiO2.

В виде простого вещества титан представляет собой серебристо-белый металл (рис. 1). Относится к легким металлам. Тугоплавок. Плотность – 4,50 г/см 3 . Температуры плавления и кипения равны 1668 o С и 3330 o С, соответственно. Коррозионно-устойчив при на воздухе при обычной температуре, что объясняется наличием на его поверхности защитной пленки состава TiO2.

Титан. Внешний вид и его характеристики

Рис. 1. Титан. Внешний вид.

Металлы IV группы побочной подгруппы (Ti, Zr, Hf)

Титан входит в десятку самых распространённых элементов земной коры, в почвах и горных породах его обычно от 0,5 до 1,5 %. Однако некоторые местности особенно богаты титаном. Так, на острове Святой Елены, «где угасал Наполеон», содержание этого элемента достигает 2,5 %. Самые же богатые титаном почвы — краснозёмы двух островов Западного Самоа в Тихом океане: в них титана до 12%! Будь этот регион поближе к промышленно развитым странам, вероятно, открытие столь распространённого элемента состоялось бы намного раньше.

По сравнению с другими часто встречающимися металлами титан дороже, поскольку его очень сложно извлекать из руд: он исключительно прочно связан с кислородом. Как и все наиболее распространённые элементы, титан неизбежно присутствует в живых организмах. У взрослого человека в селезенке, надпочечниках и щитовидной железе содержится примерно 20 мг титана. Однако его роль в точности пока не выяснена. Точно установлено, что титан совершенно не ядовит. В медицинской литературе описан случай, когда человек съел почти полкилограмма TiO2 – и никаких последствий.

рутил фото

Еще в начале ХХ в. никто не предполагал, что через каких-нибудь 30—50 лет малоизвестный металл титан войдет в число самых важных конструкционных материалов и сплавов, используемых в современной технике.

Однако все по порядку. Хотя минералы титана — рутил TiО2 и ильменит FeTiО6 широко распространены в природе, этот элемент долгие годы оказывался «в тени», его соединения не являлись предметом специальных исследований. Лишь в 1795 г. известный немецкий химик Мартин Клапрот выделю титан из рутила. Новооткрытый элемент был назван в честь титанов – сыновей Урана (Неба) и Геи (Земли), низверженных Зевсом в царство тьмы. В 1910 г. металлический титан чистотой 99% удалось получить американскому исследователю Майклу Хантеру при восстановлении тетрахлорида титана металлическим натрием:

TiCl4 + 4Na → Ti + 4NaCl.

Изучив свойства полученного металла, Хантер пришел к выводу, что большого будущего у титана нет – он слишком хрупок и непригоден к механической обработке. Прошло еще 15 лет, и два нидерландских химика А. ванн Аркель и И. де Бур, открыли новый способ получения тугоплавких металлов высокой степени чистоты. Они нагревали титан с небольшим количеством йода в специальном приборе. Образующийся тетрайодид титана подвергался термическому разложению в вакууме, выделяющийся при этом титан конденсировался на раскаленной вольфрамовой нити, а освобождающийся йод вступал в реакцию с новой порцией титана, вновь образуя йодид. Титан, очищенный йодидным способом, содержал всего 0,05 % примесей, и его свойства значительно отличались от тех, которые описал Хантер.

Читайте так же:
Поплавковый датчик уровня воды в баке

Титан фото

Как оказалось, чистый титан обладает невероятной пластичностью – из него можно получить тончайшую фольгу. По прочности титан превосходит железо, а его коррозионная стойкость исключительно высока – металл можно хранить в морской воде. Наконец, титан тугоплавок (tпл = 1668 о С). Благодаря этим замечательным свойствам он стал незаменимым конструкционным материалом. Титан составляет основу большинства сплавов, используемых в судостроении, авиационной, космической и ядерной технике.

Распространенность титана в земной коре очень велика, и хотя производство его обходится недешево, нет сомнений в том, что титан – металл не только нашего времени, но и будущего.

Химические свойства титана

Хотя прочная оксидная плёнка надежно защищает титан от окисления, он довольно легко растворяется в плавиковой и концентрированной соляной кислотах:

Свойства титана удивительным образом изменяются при высоких температурах. Нагретый до 800 — 1000 о С, он реагирует не только с галогенами и кислородом, но и с бором, серой, углеродом и даже азотом, образуя твёрдые и хрупкие соединения, примеси которых сильно ухудшают механические свойства металла.

В соединениях титан проявляет, как правило, две степени окисления: +3 и +4. Белый тугоплавкий (tпл =1870 о С) порошок оксида титана (IV) TiO2 получается при сгорании титана в атмосфере кислорода. Прокаленный при высокой температуре TiО2 химически инертен и используется для приготовления титановых белил. Свежеосажденный TiО2 проявляет свойства амфотерного оксида — растворяется в концентрированных щелочах и сильных кислотах с образованием бесцветных растворов титанатов и солей титанила TiО 2+ .

При спекании TiО2 с оксидом, пероксидом или карбонатом щелочного или щёлочноземельного металла образуются безводные титанаты:

Титанат бария BaTiO3 (tпл= 1705 о С) проявляет свойства пьезоэлектрика и используется в технике.

При производстве титана рутил TiО2 переводят в хлорид TiCl4 нагреванием с углём в токе хлора:

Тетрахлорид титана TiCl4 — летучая бесцветная жидкость (tпл = -24 o С, = 136 о C), легко гидролизующаяся водой. Для получения металла ее восстанавливают натрием или магнием в атмосфере аргона. Такой способ производства титана гораздо проще, нежели прямое восстановление рутила.

Водные растворы соединений трёхвалентного титана окрашены в фиолетовый цвет. В инертной атмосфере они устойчивы, но кислород воздуха медленно окисляет их до производных Ti(IV). При действии щелочей на соли Ti(III) образуется пурпурный осадок гидроксида Ti(OH)3.

Поразительна химическая стойкость чистого титана, нередко она более высокая, чем у благородных металлов. На титан, например, не действуют хлорная вода, смесь концентрированных азотной и серной кислот и даже царская водка (золото во всех этих жидкостях растворяется). Объясняется это тем, что уже при обычных условиях на поверхности титана образуется прочная защитная плёнка оксида; под действием же окислителей она становится ещё толще и прочнее.

Исключительно стоек титан и к коррозии. Если в морскую воду погрузить пластинки из алюминия, монеля (медно-никелевого сплава, который используется для чеканки монет), нержавеющей стали и титана толщиной 1 мм, их судьбы окажутся разными. Алюминиевая пластинка уже через несколько дней покроется серыми пятнами (точечная коррозия), а через пять месяцев разрушится. Монелевая — станет тёмно-зелёной из-за взаимодействия меди и никеля с агрессивной морской водой, а примерно год спустя её постигнет судьба алюминиевой. Стальная пластинка продержится года четыре, постепенно покрываясь ржавыми пятнами. Кстати, ракушки и водоросли заметно ускоряют разрушение стали. Титановая же пластинка даже через тысячу лет (!) останется почти невредимой: коррозия проникнет в неё всего на 0,02 мм. В этом отношении титан по стойкости не уступает платине.

Читайте так же:
Парогенератор philips ремонт своими руками

Но и у титана есть своя «ахиллесова пята» — он очень «боится» соединений фтора. Во фтороводородной (плавиковой) кислоте обычно стойкий металл растворяется чуть ли не так же быстро, как магниевая стружка в соляной кислоте.

Цирконий(Zirconium) и гафний(Hafnium)

Цирконий фото

Вместе с титаном в состав побочной подгруппы IV группы входят цирконий и гафний. Цирконий был открыт М. Клапротом за несколько лет до титана – в 1789 г. Название ему дали по минералу циркону. Цирконий – не редкий, но рассеянный элемент. В земной коре его больше, чем меди, олова или цинка, однако распыленность циркония настолько велика, что его применение долгое время оставалось ограниченным из-за очень высокой стоимости производства.

Еще более рассеянным элементом оказался гафний. Его открыли голландец Дирк Костер и венгр Дьёрдь Хевеши в 1923 г. в виде примеси к цирконию. Гафний назвали в честь древнего наименования Копенгагена – Гафниа, хотя вначале для него предлагали имя «даний».

Химия циркония и гафния в целом похожа на химию титана. Следует отметить два основных отличия. Первое: для этих двух металлов характерна только одна степень окисления (+4). Второе: цирконий и гафний еще более инертны, чем титан. Растворить их можно лишь в смеси плавиковой и концентрированной азотной кислот:

В этой реакции азотная кислота является окислителем, а плавиковая связывает ионы металла в прочный комплекс. При взаимодействии циркония с йодом образуется йодид циркония ZrI4 – желтое кристаллическое вещество, легко возгоняющееся при температуре около 430 о С.

Оксид ZrO2 очень тугоплавок (tпл = 2700 о С) и инертен при высоких температурах. С добавками оксидов иттрия или кальция его применяют как огнеупорный материал, используют в производстве защитных плёночных покрытий, а также тугоплавких и прочных стёкол.

Гафний фото

Применение циркония

Очень чистый цирконий обладает замечательными свойствами — он жаропрочен, тугоплавок, устойчив к кислотам. Из него изготовляют многие ответственные детали: от кислотостойких клапанов в аппаратах для химической промышленности до скобок и пластин, которыми скрепляют кости при хирургических операциях. Но прежде всего это важнейший конструкционный материал, необходимый при строительстве ядерных реакторов. Цирконий отличается низкой теплопроводностью, большой механической прочностью и стойкостью к коррозии, а главное — не задерживает нейтроны, высвобождающиеся в реакции деления атомных ядер и, следовательно, не мешает протеканию реакции расщепления ядерного топлива на АЭС. Конкурентом циркония в этом отношении мог бы стать магний, но он легкоплавок и к тому же быстро окисляется кислородом воздуха.

Читайте так же:
Производство резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов

При использовании циркония возникли совершенно другие проблемы. В природе цирконий неразлучен со своим верным спутником гафнием: в любой циркониевой руде содержание гафния колеблется от 0,5 до 3%. Но уже 0,5-процентная примесь гафния делает цирконий непригодным для применения в ядерной технике, поскольку гафний захватывает нейтроны в 500 раз интенсивнее циркония. Из гафния делают стержни, замедляющие и даже полностью прекращающие ядерную реакцию деления. Проблему отделения циркония от гафния учёным удалось решить, но при этом цена циркония (чистотой 99,7%) возросла в десятки раз. Тем не менее, замены цирконию нет, и сейчас ежегодно до 10 тыс. тонн этого металла идёт на нужды ядерной техники.

Скачать:

Скачать бесплатно реферат на тему: «Титан» Титан.doc (Одна Загрузка)

Пресс конкурентов

«Семидесятка» – так с любовью в Салде называют один из двух самых больших в мире гидравлических штамповочных прессов (второй такой установлен на Самарском заводе). Эту многотонную гордость уральского предприятия сделали на НКМЗ – Новокраматорском машиностроительном заводе – и установили в этой кузнице ещё в 1961 году.

«Семидесятка» от НКМЗ штампует титан с усилением в 75 тыс. тонн.

35-метровый жёлто-зелёный гигант сильно напоминает живого трансформера, который с лёгким усилием в 75 000 тонн виртуозно и почти бесшумно штампует бесшовные детали для самолётов. Заводской любимчик за почти шесть десятков лет службы успел отличиться не раз: именно на нём в 1974 году была изготовлена переходная втулка стыковочного узла советско-американского проекта «Союз-Аполлон», а в 2003 году произведена самая большая и тяжёлая штамповка в мире – балка шасси для Airbus A380 весом почти 3,5 тонны и длиной около 5 метров.

На наших глазах выдавливается очередной тракбим – деталь для стойки шасси нового самолёта. Рядом лежат уже отштампованные будущая балка крепления фюзеляжа и другие силовые – их тут называют «ответственными» – детали лайнеров.

На наших глазах выдавливается очередной тракбим – деталь для стойки шасси нового самолёта. Рядом лежат уже отштампованные будущая балка крепления фюзеляжа и другие силовые – их тут называют «ответственными» – детали лайнеров. По аналогии с кольцераскатным станом, где важна способность дать больший диаметр, прессу важно давление – от него зависит качество, однородность металла заготовки. В этом уральцы пока первые, но, говорят, не так давно появился 85 000-тонный соперник в Китае. Во всяком случае, о нём пишет китайская пресса, правда, без подробностей. Пока же защитой от потенциального конкурента может стать отсутствие у китайцев сертификатов, без которых отправлять титан в небо – никак.

2. Необыкновенная палитра цветов

Кольцо «Бабочка»: титан, белое золото, бриллианты. Фото: E. Fedko
Браслет из титана и серебра от Jean-Yves Nantel. Фото: E. Fedko

При нагревании титана или воздействии на него электрическим током, металл высвобождает оксиды и меняет свой цвет. В зависимости от температуры и длительности времени нагрева титана цвета варьируются от желтого и розового до красного, фиолетового и даже черного. Благодаря этому мы можем любоваться украшениями самых разных фантастических оттенков, возникших не благодаря окрашиванию, а порожденных свойствами самого металла.

Месторождения в России и мире

Территория России обладает порядка 20-ью месторождениями титановых руд, расположенными в 9-и металлогенических провинциях, крупнейшими из которых являются:

  • Оклемо-Становская,
  • Тиманская,
  • Уральская.

Также значительными запасами обладают месторождения магматического происхождения Баладекского, Джугджурского, Коларского массивов и находящееся в Амурской области месторождение Большой Сейм. Древние морские россыпи, богатые титановыми рудами размещены на Русской плите и в Сибири. Значительные запасы имеются и на территории Карелии.

Читайте так же:
Мотоблок заводится и глохнет в чем причина

За рубежом крупные месторождения докембрийского периода обнаружены в США (Тегавус), Канаде (Лейк-Тио), Норвегии (Тельнес). Запасы ильменита присутствуют на территории Канады, Норвегии, Индии, ЮАР; рутила – в ЮАР, Индии и Австралии. Также титановыми рудами в значительном количестве обладают Бразилия, Мексика и Китай.

Титановая руда

Имплантаты: материалы для изготовления имплантов

Материалы небиологического происхождения, применение которых возможно во взаимодействии с биологической системой называют биосовместимыми.

Биосовместимость материала с костной тканью обусловливает нормальное протекание процессов регенерации и структурной перестройки кости в зоне контакта с имплантатом, с формированием интерфейса, обеспечивающего адекватную передачу функциональной нагрузки.

Материал для изготовления имплантатов должен обладать:

  • механической прочностью;
  • коррозионной устойчивостью, не растворяться и не подвергаться струк-турным изменениям в биологических средах;
  • биохимической инертностью по отношению к окружающим тканям;
  • отсутствием аллергического и канцерогенного воздействия, не нарушать гомеостаз и жизнедеятельность организма в целом.

Различают три группы материалов: 1) биотолерантные (нержавеющая сталь, хромокобальтовые сплавы, сере-бряно-палладиевые сплавы); 2) биоинертные (титан и его сплавы, цирконий, корундовая керамика, тантал, и др.); 3) биоактивные (гидроксиапатит, трикальцийфосфат, биоситаллы).

Среди биотолерантных материалов в стоматологии основное применение находят КХС (кобальтохромованные сплавы, модуль упругости КХС в 2 раза превышает титан).

В зависимости от марки стали они содержат до 75 % кобальта, 15-30 % хрома, 3-7 % молибдена. КХС обладают высокой механической прочностью и устойчивостью к коррозии. Технический хром — самый твердый из всех металлов.

Однако образующаяся на поверхности сплава оксидная пленка в биологической среде (а также в разбавленных кислотах) утрачивает свои защитные свойства и подвергается электрохимической коррозии. Все биотолерантные материалы проявляют удовлетворительную биосовместимость с костной тканью, но не обладают остеокондуктивными свойствами. На их поверхности может наблюдаться адгезия белков, но невозможно формирование плотного контакта с костной тканью по типу остеоинтеграции. Вокруг внутрикостных имплантатов из КХС со временем образуется фиброзная капсула. Тем не менее высокая прочность КХС объясняет актуальность его применения для изготовления больших по размеру субпериостальных имплантатов.

Биоинертные материалы характеризуются выраженными остеокондуктив-ными свойствами. В отношении сплавов возможность контактного остеогенеза обусловлена формированием стойкой оксидной пленки. По данным J.J. Da-men (1991) и J.E. Ellingsen (1991), ионы кальция

Сегодня в мировой стоматологической практике основным материалом для изготовления имплантатов является титан и его сплавы.

Титан

По распространенности в земной коре титан занимает девятое место среди всех элементов, его массовая доля достигает 0,6 %. Титан как конструкционный материал характеризуется наиболее благоприятным сочетанием биомеханических показателей и биологической инертности.

Антикоррозионная устойчивость титана обусловлена образованием в кислородсодержащей среде плотной оксидной пленки, при обычной температуре устойчивой к действию большинства агрессивных веществ. Стабильная оксидная пленка препятствует дальнейшему взаимодействию ионов металла с кислородом, что и обеспечивает коррозионную устойчивость.

Титан хорошо сочетается с другими инертными металлами при нахождении их в организме, не вызывая гальванического эффекта.

Преимущество с биомеханической позиции проявляется в том, что титан имеет большую твердость, чем костная ткань, и модуль упругости, близкий по значению кортикальной кости. Это способствует равномерной деформации и передаче напряжений в зоне интерфейса при действии нагрузок на имплантат.

Читайте так же:
Нихромовая нить для резки пенопласта

По своей прочности, пластичности и вязкости титан не уступает целому ряду углеродистых соединений и нержавеющей стали, бронзы и медно-никелевых сплавов.

При имплантации применяется технически чистый титан марок ВТ 1-О, ВТ1-00, в соответствии с ГОСТом19807-91 (РФ) и согласно стандарту ASTM (Американское общество тестирования материалов) (США).

Наиболее технически чистым является титан марки ВТ1-00 (99,7 % Ti).

Критерием выбора марки металла является отсутствие токсических примесей.

Сплав с алюминием и ванадием (ВТ6, grade 5) увеличивает прочность материала практически в 2 раза по сравнению с чистым титаном, уменьшает его удельный вес, но является менее пластичным.

Цирконий

Является почти полным аналогом титана по своим физико-химическим, механическим и биологическим свойствам. Технология получения технически чистого циркония была разработана еще в 1925 году, но его использование в качестве имплантационного материала стало возможным только в 80-е гг. XX в. Применение циркония в медицинской практике ограничивалось его стратегическим значением и высокой стоимостью. Массовая доля циркония в земной коре составляет 0,02 %. В природе он образует несколько минералов, значимыми из которых являются ортосиликат циркония (циркон) ZrSi04 и бадделеит ZrO.

Для изготовления имплантатов применяют технически чистый цирконий и цирконий-оксидную керамику Zr02, получаемую при 800 °С в присутствии кислорода.

Цирконий обладает очень высокой прочностью. Цирконий и сплавы на его основе реагируют с агрессивными веществами только в жестких условиях (при сильном нагревании).

Запишитесь на бесплатную консультацию в стоматологию "Улыбка". Подольск, проспект Ленина, дом 97 А. Вход через арку.

Цена клея «Титан» и отзывы о нем

Цена клея «Титан» зависит от разновидности и объема смеси. Половина литра универсальной, к примеру, стоит от 100-та до 220-ти рублей. За литр берут от 210-ти до 370-ти. Стоит ли платить? Об этом расскажут отзывы покупателей:

  • «Этот клей устарел. Я взял для потолочной плитки, поскольку в близлежащем магазине только «Титан» и был. Оказалось, его нужно нанести на потолок, подождать 5 минут, потом приклеить блок и прижать еще на 5 минут. Мазахизм прямо. Титаном, держащим небо, почувствовал я себя. Клей названия не оправдывает».
  • «Я ценю «Титан» за устойчивость к воде. Когда клей высох, хоть в ванне купай его. С рук легко очищается, схватывает поверхности намертво. Главное, подержать 1-3 минуты. Я использую для мелких ремонтных работ, доволен».
  • «Мертвая хватка «Титана» одновременно его главный плюс и минус. Не всегда точно вымеряешь. Порой, надо отодрать и переклеить деталь. В случае с «Титаном» вещь испорчена. Отдирается он только с мясом. Зато, если 7 раз отмерить и лишь 1 склеить, цены «Титану» нет».

Приведенные отзывы опубликованы на I Recomens.ru. Большинство из посетителей сайта поставили «Титану» 4 звезды из 5-ти. Трехзвездных отзывов около 30%. Пятерок единичны.

Это характеризует отечественный клей, как твердого середнячка. Он доступен, надежен, хоть и не является передовым. Зато, качество продукции бренда постоянно, а инструкции к ней понятны.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector