מה זה טיטניום?

טיטניום הוא יסוד כימי עם הסמל Ti ומספר אטומי 22. זוהי מתכת חזקה, קלת משקל ועמידה בפני קורוזיה הנהוגה בשימוש במגוון יישומים. טיטניום ידוע ביחס החוזק-משקל הגבוה שלו, מה שהופך אותו לאידיאלי עבור תעשיות כמו תעופה וחלל, צבא, ציוד רפואי וספורט. זה גם תואם ביולוגי, מה שאומר שהוא נסבל היטב על ידי גוף האדם והוא משמש לעתים קרובות בשתלים רפואיים ובמכשירים כירורגיים. בנוסף, לטיטניום עמידות מצוינת בפני קורוזיה, אפילו בסביבות מאתגרות, מה שהופך אותו לבחירה פופולרית עבור יישומי עיבוד ימיים וכימיים.

ממה עשוי טיטניום?

טיטניום מיוצר בתהליך הנקרא תהליך קרול, שהוא השיטה הנפוצה ביותר להפקת טיטניום מהעפרות שלו. להלן סקירה כללית של השלבים הכרוכים בייצור טיטניום באמצעות תהליך Kroll:

1. מיצוי עפרות: מינרלים המכילים טיטניום כמו אילמניט, רוטיל וטיטניט נכרים מקרום כדור הארץ.

2. המרה לטיטניום טטרכלוריד (TiCl4): המינרלים המכילים טיטניום מעובדים ליצירת טיטניום דו חמצני (TiO2). לאחר מכן ה-TiO2 מגיב עם כלור ופחמן לייצור טיטניום טטרכלוריד.

3. הפחתת טיטניום טטרכלוריד (TiCl4): הטיטניום טטרכלוריד מגיב עם מגנזיום מותך או נתרן בכור אטום בטמפרטורות גבוהות לייצור מתכת טיטניום ומגנזיום או נתרן כלורי.

4. הסרת זיהומים: ספוג הטיטניום שנוצר עשוי להכיל זיהומים שיש להסיר. לאחר מכן הספוג עובר עיבוד נוסף באמצעות שיטות שונות כמו התכה מחדש של קשת ואקום או התכת קרן אלקטרונים לייצור מטילי טיטניום טהורים.

5. ייצור: ניתן לעבד את מטילי הטיטניום הטהורים בשיטות שונות כגון יציקה, פרזול או עיבוד שבבי כדי לייצר מוצרי טיטניום ליישומים שונים.

היתרונות של טיטניום:

1. יחס חוזק למשקל גבוה: טיטניום חזק במיוחד למשקלו, מה שהופך אותו לאידיאלי עבור יישומים שבהם חוזק ותכונות קלות משקל חיוניים.

2. עמידות בפני קורוזיה: טיטניום מפגין עמידות מצוינת בפני קורוזיה, אפילו בסביבות קשות כמו מי ים ומפעלי עיבוד כימיים.

3. תאימות ביולוגית: טיטניום הוא תואם ביולוגי ואינו רעיל, מה שהופך אותו מתאים לשתלים רפואיים ולמכשירים כירורגיים.

4. עמידות בטמפרטורה גבוהה: טיטניום יכול לעמוד בטמפרטורות גבוהות מבלי לאבד את כוחו, מה שהופך אותו למתאים לשימוש ביישומים תעופה וחלל ותעשייתיים.

5. התפשטות תרמית נמוכה: לטיטניום יש מקדם התפשטות תרמית נמוך, מה שהופך אותו ליציב במימד על פני טווח טמפרטורות רחב.

החסרונות של טיטניום:

1. עלות: טיטניום יקר יותר מהרבה מתכות אחרות, בעיקר בשל שיטות המיצוי והעיבוד שלו.

2. קושי בעיבוד שבבי: טיטניום ידוע ביכולת העיבוד הגרועה שלו, הדורש כלים וטכניקות מיוחדות לחיתוך ועיצוב.

3. רגישות לזיהום: טיטניום רגיש לזיהום במהלך העיבוד, מה שיכול להשפיע על תכונותיו וביצועיו.

4. מודול גמישות נמוך יותר: לטיטניום יש מודול גמישות נמוך יותר בהשוואה לפלדה, מה שעלול להגביל את היישומים שלה במצבי מתח גבוהים מסוימים.

5. תגובתיות בטמפרטורות גבוהות: טיטניום יכול להגיב עם חומרים מסוימים בטמפרטורות גבוהות, מה שמחייב אמצעי זהירות ביישומים ספציפיים.