|
Титан был открыт в конце XVIII века, но более ста лет этот металл не мог найти применения из-за плохих механических свойств.
Первые образцы титана были сильно загрязнены примесями азота, углерода, кислорода и других неметаллов, которые делали его хрупким и не поддающимся механической обработке. Однако в конце прошлого века, химиками Ван Аркелем и де Буром был предложен процесс очистки, который позволил получить чистый, ковкий металл [Van Arkel A. E., de Boer I. H., Z. Anorg. Allgem. Chem., 148, 345 (1925)].
Данный метод основан на том, что металлический титан при нагревании до 500-600 градусов реагирует с парами иода, образуя тетраиодид титана.
TiI4 довольно летуч, а также не слишком стабилен при очень высоких температурах.
При нагревании до 1100-1500 градусов он разлагается с образованием металлического титана и иода.
Поскольку примеси, содержащиеся в титане, не образуют летучих иодидов, титан, образующийся при разложении иодида, свободен от них.
Само иодидное рафинирование в лабораторном масштабе происходит следующим образом: загрязненный титан помещают в сосуд из термостойкого стекла, в верхней части которого размещены тонкие вольфрамовые проволочки, нагреваемые электрическим током.
Сосуд вакуумируют, прогревают в вакууме при 500-600°C (для удаления летучих примесей), нагревают вольфрамовые нити пропусканием тока до 1400°C и вводят в реакционный сосуд небольшое количество иода.
Иод реагирует с титаном при температуре 600 градусов, за счет диффузии поступает в верхнюю часть реактора к вольфрамовым нитям и разлагается там с образованием металла. Толщина нитей постепенно увеличивается, и для поддержания их постоянной температуры увеличивают силу тока.
Температуру нитей контролируют пирометром.
По окончании процесса получается титановый стержень с тонкой вольфрамовой проволочкой внутри (но поскольку диаметр проволочки - 40 микрометров,
а образующегося титанового стержня - до нескольких сантиметров, примесью вольфрама можно пренебречь).
В качестве сырья для иодидного процесса используется вот такая титановая губка.
Её получают по процессу Кролля, магнийтермическим восстановлением тетрахлорида титана.
После восстановления, избыток металлического магния и его хлорида удаляют отгонкой в вакууме при температуре 900°C.
|
|
Иодидный титан переплавляют в электродуговых, электронно-лучевых или гарнисажных печах.
Из полученных слитков затем производят прутки, полосы и другие сорта проката.
Титан достаточно вязкий, но в принципе неплохо поддается точению и другим видам механической обработки.
|
|
Иодидный титан, переплавляют в электродуговых, электронно-лучевых или гарнисажных печах. Из полученых слитков затем производят прутки, полосы и другие сорта проката.
Титан достаточно вязкий, но в принципе неплохо поддается точению и другим видам механической обработки.
|
|
На четвертой фотографии - титановый лист. Точнее, лист прокатан не из чистого титана, а из титанового сплава.
Как правило, все сплавы титана содержат несколько процентов алюминия (до 5-6%), марганец, молибден, ванадий и некоторые другие элементы.
При почти вдвое меньшем удельном весе, они обладают прочностью, практически не уступающей прочности конструкционных сталей.
Сплавы титана с никелем обладают эффектом памяти формы.
Возможно, позже я помещу фотографии эксперимента, демонстрирующие это интересное свойство.
|
