Кто и как открыл титан? Интересные факты

История открытия титана непредсказуема и весьма увлекательна. Как думаете, кто открыл титан? Варианты:

1. Ученый.
2. Опытный минералог.
3. Лесник.
4. Священник.

Титан открыл и нашел британский священник в 1791 году в долине Менакин (ниже место нахождения показано на Гугл карте):

Как священник Улильям Грегор открыл титан?

Минералогия не была профессией пастора. Скорее это было хобби, увлечение. Открытие титана – большая удача и самый выдающийся поступок в жизни Грегора. Добыл он титан благодаря темному песку, который обнаружил у местного моста в долине Менакин. Грегора заинтересовал магнитизм песка, похожего на антрацит, и тот решил провести эксперимент над находкой в своей мини-лаборатории.
Священник погрузил пробу найденного песка в соляную кислоту. В результате светлая часть пробы растворилась и остался только темный песок. Тогда Уильям долил в песок серную кислоту, которая растворила остаток пробы. Решив продолжить эксперимент, Грегор нагрел раствор и тот начал мутнеть. В результате вышло что-то наподобие известкового молока:

Грегора удивил оттенок суспензии, но не настолько, чтобы делать дерзкие выводы об открытии нового элемента Ti. Он решил добавить еще кислоты h3SO4, но помутнение не исчезало. Тогда пастор продолжил нагрев суспензии, пока жидкость полностью не испарилась. На ее месте остался белый порошок:

Тут-то Уильям Грегор решил, что имеет дело с неизвестным ему видом извести. Он тут же передумал после прокаливания порошка (нагрев до 400 градусов Цельсия и выше) – вещество пожелтело. Не в силах идентифицировать открытие, он позвал на помощь своего друга, который в отличии от пастора, занимался минералогией профессионально. Его друг, ученый Хавкинс подтвердил открытие – это

новый элемент!
Далее пастор подал заявку об открытии элемента. в «Физический журнал» Найденную породу он назвал «менаканитом», добытый оксид «менакином». Но сам элемент тогда названия так и не получил…
В честь открытия титана на месте возле моста, где Уильям Грегор нашел «странный» темный песок, в апреле 2002 года установили мемориальную доску в честь открытия. Позже священник решил углубиться в изучение минералов и открыл собственное Геологическое общество в родном городе Корнуэлле. Он также нашел титан в тибетском корунде и олове в родном округе.
Мемориальная доска:

Кто дал название металлу Титану?

Мартин Генрих Клапрот скептически принял статью из «Физического журнала» об открытии менакина. Тогда много чего открывали. Сам ученый открыл Уран и Цирконий! Он решил проверить правдивость слов священника на деле. Во время исканий обнаружил некий «венгерский красный шерл» и решил разложить его до элементов. В результате получил аналогичный «Грегоровскому» порошок белого цвета. После сравнения плотностей оказалось, что это одинаковое вещество.

Священник и именитый ученый открыли один и тот же минерал – это был не менакин и не шерл, а рутил. Порода, в которой Грегор нашел черный песок ныне называется ильменитом. Клапрот знал, что пастор первым обнаружил диоксид и не претендовал на открытие (тем более, что он уже открыл Уран и Цирконий). Но научное сообщество больше приняло старания ученого, чем священника. Сейчас считается, что и Грегор и Клапрот одинаково в этом участвовали и «вместе» открыли Титан в 1791 году (хоть пастор и сделал это первым).

Почему титан так назвали?

В 18 веке огромное влияние оказывала французская школа химика Лавуазье. Согласно принципам школы, новые элементы называли исходя из их ключевых особенностей. По такому принципу назвали Оксиген (порожденный воздухом), Гидроген (порожденный водой) и Азот («безжизненный). Но Клапрот критически отнесся к этому принципу Лавуазье, хоть и поддерживал другие его учения. Он решил пойти по своему принципу: Мартин называл элементы мифическими именами, планетами и другими названиями, не имеющими отношения к свойствам вещества.
Генрих Клапрот назвал добытый из рутила элемент Титаном в честь первых обитателей планеты Земля. Титан Прометей дал людям огонь, а открытый металл титан ныне дает авиации, судо- и ракетостроению сырье для новых открытий!

Титан (элемент) — Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Титан.

Внешний вид простого вещества
Стержень, состоящий из титановых кристаллов высокой чистоты
Свойства атома
Название, символ, номер	Тита́н / Titanium (Ti), 22
Атомная масса (молярная масса)	47,867(1)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Ar] 3d2 4s2
Радиус атома	147 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	132 пм
Радиус иона	(+4e)68 (+2e)94 пм
Электроотрицательность	1,54 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	−1,63
Степени окисления	2, 3, 4
Энергия ионизации (первый электрон)	657,8 (6,8281[2]) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	4,54 г/см³
Температура плавления	1670 °C 1943 K
Температура кипения	3560 K
Уд. теплота плавления	18,8 кДж/моль
Уд. теплота испарения	422,6 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	25,1[3] Дж/(K·моль)
Молярный объём	10,6 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	гексагональная плотноупакованная (α-Ti)
Параметры решётки	a=2,951 с=4,697 (α-Ti)
Отношение c/a	1,587
Температура Дебая	380 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 21,9 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-32-6

Тита́н — химический элемент с атомным номером 22^[4]. Принадлежит к 4-й группе периодической таблицы химических элементов (по устаревшей короткой форме периодической системы принадлежит к побочной подгруппе IV группы, или к группе IVB), находится в четвёртом периоде таблицы. Атомная масса элемента 47,867(1) а. е. м.^[1]. Обозначается символом Ti. Простое вещество титан — лёгкий прочный металл серебристо-белого цвета. Обладает высокой коррозионной стойкостью.

История

Открытие TiO₂ (диоксида титана) сделали практически одновременно и независимо друг от друга англичанин У. Грегор и немецкий химик М. Г. Клапрот. У. Грегор, исследуя состав магнитного железистого песка (Крид, Корнуолл, Англия, 1791), выделил новую «землю» (оксид) неизвестного металла, которую назвал менакеновой. В 1795 г. немецкий химик Клапрот открыл в минерале рутиле новый элемент и назвал его титаном. Спустя два года Клапрот установил, что рутил и менакеновая земля — оксиды одного и того же элемента, за которым и осталось название «титан», предложенное Клапротом. Через 10 лет открытие титана состоялось в третий раз. Французский учёный Л. Воклен обнаружил титан в анатазе и доказал, что рутил и анатаз — идентичные оксиды титана.

Первый образец металлического титана получил в 1825 году Й. Я. Берцелиус. Из-за высокой химической активности титана и сложности его очистки чистый образец Ti получили голландцы А. ван Аркел и И. де Бур в 1925 году термическим разложением паров иодида титана TiI₄.

Титан не находил промышленного применения, пока Г. Кролл (англ.)русск. в 1940 году не запатентовал простой магниетермический метод восстановления металлического титана из тетрахлорида; этот метод (процесс Кролла (англ.)русск.) до настоящего времени остаётся одним из основных в промышленном получении титана.

Происхождение названия

Металл получил своё название в честь титанов, персонажей древнегреческой мифологии, детей Геи. Название элементу дал Мартин Клапрот в соответствии со своими взглядами на химическую номенклатуру в противовес французской химической школе, где элемент старались называть по его химическим свойствам. Поскольку немецкий исследователь сам отметил невозможность определения свойств нового элемента только по его оксиду, он подобрал для него имя из мифологии, по аналогии с открытым им ранее ураном.

Нахождение в природе

Титан находится на 10-м месте по распространённости в природе. Содержание в земной коре — 0,57 % по массе, в морской воде — 0,001 мг/л^[5]. В ультраосновных породах 300 г/т, в основных — 9 кг/т, в кислых 2,3 кг/т, в глинах и сланцах 4,5 кг/т. В земной коре титан почти всегда четырёхвалентен и присутствует только в кислородных соединениях. В свободном виде не встречается. Титан в условиях выветривания и осаждения имеет геохимическое сродство с Al

2O₃. Он концентрируется в бокситах коры выветривания и в морских глинистых осадках. Перенос титана осуществляется в виде механических обломков минералов и в виде коллоидов. До 30 % TiO₂ по весу накапливается в некоторых глинах. Минералы титана устойчивы к выветриванию и образуют крупные концентрации в россыпях. Известно более 100 минералов, содержащих титан. Важнейшие из них: рутил TiO₂, ильменит FeTiO₃, титаномагнетит FeTiO₃ + Fe₃O₄, перовскит CaTiO₃, титанит (сфен) CaTiSiO₅. Различают коренные руды титана — ильменит-титаномагнетитовые и россыпные — рутил-ильменит-цирконовые^[3].

Месторождения

Крупные коренные месторождения титана находятся на территории ЮАР, России, Украины, Канады, США, Китая, Норвегии, Швеции, Египта, Австралии, Индии, Южной Кореи, Казахстана; россыпные месторождения имеются в Бразилии, Индии, США, Сьерра-Леоне, Австралии^[6]

[3]. В странах СНГ ведущее место по разведанным запасам титановых руд занимает РФ (58,5 %) и Украина (40,2 %)^[7]. Крупнейшее месторождение в России — Ярегское.

Запасы и добыча

Основные руды: ильменит (FeTiO₃), рутил (TiO₂), титанит (CaTiSiO₅).

По данным на 2002 год, 90 % добываемого титана использовалось на производство диоксида титана TiO₂. Мировое производство диоксида титана составляло 4,5 млн т. в год. Подтверждённые запасы диоксида титана (без России) составляют около 800 млн т. На 2006 год, по оценке Геологической службы США, в пересчёте на диоксид титана и без учёта России, запасы ильменитовых руд составляют 603—673 млн т., а рутиловых — 49,7—52,7 млн т^[8]. Таким образом, при нынешних темпах добычи мировых разведанных запасов титана (без учёта России) хватит более чем на 150 лет.

Россия обладает вторыми в мире, после Китая, запасами титана. Минерально-сырьевую базу титана России составляют 20 месторождений (из них 11 коренных и 9 россыпных), достаточно равномерно рассредоточенных по территории страны. Самое крупное из разведанных месторождений (Ярегское) находится в 25 км от города Ухта (Республика Коми). Запасы месторождения оцениваются в 2 миллиарда тонн руды со средним содержанием диоксида титана около 10 %^[9].

Крупнейший в мире производитель титана — российская компания «ВСМПО-АВИСМА»^[10].

Получение

Как правило, исходным материалом для производства титана и его соединений служит диоксид титана со сравнительно небольшим количеством примесей. В частности, это может быть рутиловый концентрат, получаемый при обогащении титановых руд. Однако запасы рутила в мире весьма ограничены, и чаще применяют так называемый синтетический рутил или титановый шлак, получаемые при переработке ильменитовых концентратов. Для получения титанового шлака ильменитовый концентрат восстанавливают в электродуговой печи, при этом железо отделяется в металлическую фазу (чугун), а невосстановленные оксиды титана и примесей образуют шлаковую фазу. Богатый шлак перерабатывают хлоридным или сернокислотным способом.

Концентрат титановых руд подвергают сернокислотной или пирометаллургической переработке. Продукт сернокислотной обработки — порошок диоксида титана TiO₂. Пирометаллургическим методом руду спекают с коксом и обрабатывают хлором, получая пары тетрахлорида титана TiCl₄:

TiO2+2C+2Cl2→TiCl4+2CO{\displaystyle {\mathsf {TiO_{2}+2C+2Cl_{2}\rightarrow TiCl_{4}+2CO}}}

Образующиеся пары TiCl₄ при 850 °C восстанавливают магнием:

TiCl4+2Mg→2MgCl2+Ti{\displaystyle {\mathsf {TiCl_{4}+2Mg\rightarrow 2MgCl_{2}+Ti}}}

Кроме этого, в настоящее время начинает получать популярность так называемый процесс FFC Cambridge, названный по именам его разработчиков Дерека Фрэя, Тома Фартинга и Джорджа Чена и Кембриджского университета, где он был создан. Этот электрохимический процесс позволяет осуществлять прямое непрерывное восстановление титана из оксида в расплаве смеси хлорида кальция и негашёной извести (оксида кальция). В этом процессе используется электролитическая ванна, наполненная смесью хлорида кальция и извести, с графитовым расходуемым (либо нейтральным) анодом и катодом, изготовленным из подлежащего восстановлению оксида. При пропускании через ванну тока температура быстро достигает ~1000—1100 °C, и расплав оксида кальция разлагается на аноде на кислород и металлический кальций:

2CaO→2Ca+O2{\displaystyle {\mathsf {2CaO\rightarrow 2Ca+O_{2}}}}

Полученный кислород окисляет анод (в случае использования графита), а кальций мигрирует в расплаве к катоду, где и восстанавливает из оксида титан:

O2+C→CO2{\displaystyle {\mathsf {O_{2}+C\rightarrow CO_{2}}}}

TiO2+2Ca→Ti+2CaO{\displaystyle {\mathsf {TiO_{2}+2Ca\rightarrow Ti+2CaO}}}

Образующийся оксид кальция вновь диссоциирует на кислород и металлический кальций, и процесс повторяется вплоть до полного преобразования катода в титановую губку либо исчерпания оксида кальция. Хлорид кальция в данном процессе используется как электролит для придания электропроводности расплаву и подвижности активным ионам кальция и кислорода. При использовании инертного анода (например, диоксида олова), вместо углекислого газа на аноде выделяется молекулярный кислород, что меньше загрязняет окружающую среду, однако процесс в таком случае становится менее стабильным, и, кроме того, в некоторых условиях более энергетически выгодным становится разложение хлорида, а не оксида кальция, что приводит к высвобождению молекулярного хлора.

Полученную титановую «губку» переплавляют и очищают. Рафинируют титан иодидным способом или электролизом, выделяя Ti из TiCl₄. Для получения титановых слитков применяют дуговую, электронно-лучевую или плазменную переработку.

Физические свойства

Титан — лёгкий серебристо-белый металл. При нормальном давлении существует в двух кристаллических модификациях: низкотемпературный α-Ti с гексагональной плотноупакованной решёткой (гексагональная сингония,  пространственная группа C6mmc, параметры ячейки a = 0,2953 нм, c = 0,4729 нм, Z = 2) и высокотемпературный β-Ti с кубической объёмно-центрированной упаковкой (кубическая сингония,  пространственная группа Im3m, параметры ячейки a = 0,3269 нм, Z = 2), температура перехода α↔β 883 °C, теплота перехода ΔH=3,8 кДж/моль^[3] (87,4 кДж/кг^[11]). Большинство металлов при растворении в титане стабилизируют β-фазу и снижают температуру перехода α↔β^[3]. При давлении выше 9 ГПа и температуре выше 900 °C титан переходит в гексагональную фазу (ω-Ti)^[11]. Плотность α-Ti и β-Ti соответственно равна 4,505 г/см³ (при 20 °C) и 4,32 г/см³ (при 900 °C)^[3]. Атомная плотность α-титана 5,67·10²² ат/см³^[12][13].

Температура плавления титана при нормальном давлении равна 1670 ± 2 °C, или 1943 ± 2 К (принята в качестве одной из вторичных калибровочных точек температурной шкалы ITS-90 (англ.)русск.)^[2]. Температура кипения 3287 °C^[2]. При достаточно низкой температуре (-80°C)^[2] , титан становится довольно хрупким. Молярная теплоёмкость при нормальных условиях C_p = 25,060 кДж/(моль·K), что соответствует удельной теплоёмкости 0,523 кДж/(кг·K)^[2]. Теплота плавления 15 кДж/моль^[11], теплота испарения 410 кДж/моль^[11]. Характеристическая дебаевская температура 430 К^[11]. Теплопроводность 21,9 Вт/(м·К) при 20 °C^[11]. Температурный коэффициент линейного расширения 9,2·10⁻⁶ К⁻¹ в интервале от −120 до +860 °C^[11]. Молярная энтропия α-титана S⁰ = 30,7 кДж/(моль·К)^[2]. Для титана в газовой фазе энтальпия формирования ΔH0
f = 473,0 кДж/моль, энергия Гиббса ΔG0
f = 428,4 кДж/моль, молярная энтропия S⁰ = 180,3 кДж/(моль·К), теплоёмкость при постоянном давлении C_p = 24,4 кДж/(моль·K)^[2]

Удельное электрическое сопротивление при 20 °C составляет 0,58 мкОм·м^[11] (по другим данным 0,42 мкОм·м^[3]), при 800 °C 1,80 мкОм·м^[3]. Температурный коэффициент сопротивления 0,003 К⁻¹ в диапазоне 0…20 °C^[11].

Пластичен, сваривается в инертной атмосфере. Прочностные характеристики мало зависят от температуры, однако сильно зависят от чистоты и предварительной обработки^[3]. Для технического титана твёрдость по Виккерсу составляет 790—800 МПа, модуль нормальной упругости 103 ГПа, модуль сдвига 39,2 ГПа^[11]. У высокочистого предварительно отожжённого в вакууме титана предел текучести 140—170 МПа, относительное удлинение 55—70%, твёрдость по Бринеллю 716 МПа^[3].

Имеет высокую вязкость, при механической обработке склонен к налипанию на режущий инструмент, и поэтому требуется нанесение специальных покрытий на инструмент, различных смазок.

При обычной температуре покрывается защитной пассивирующей плёнкой оксида TiO₂, благодаря этому коррозионностоек в большинстве сред (кроме щелочной).

Температура перехода в сверхпроводящее состояние 0,387 К. При температурах выше 73 кельвин титан парамагнитен. Магнитная восприимчивость при 20 °C составляет 3,2·10^−6[3]. Постоянная Холла α-титана равна +1,82·10^−13[3].

Химические свойства

Устойчив к коррозии благодаря оксидной плёнке, но при измельчении в порошок, а также в тонкой стружке или проволоке титан пирофорен^[3]. Титановая пыль имеет свойство взрываться. Температура вспышки — 400 °C. Титановая стружка пожароопасна.

Титан устойчив к разбавленным растворам многих кислот и щелочей (кроме HF, H₃PO₄ и концентрированной H₂SO₄). Титан устойчив к влажному хлору и водным растворам хлора^[2].

Легко реагирует даже со слабыми кислотами в присутствии комплексообразователей, например, с плавиковой кислотой HF он взаимодействует благодаря образованию комплексного аниона [TiF₆]²⁻. Титан наиболее подвержен коррозии в органических средах, так как в присутствии воды на поверхности титанового изделия образуется плотная пассивная пленка из оксидов и гидрида титана. Наиболее заметное повышение коррозионной стойкости титана заметно при повышении содержания воды в агрессивной среде с 0,5 до 8,0 %, что подтверждается электрохимическими исследованиями электродных потенциалов титана в растворах кислот и щелочей в смешанных водно-органических средах^[14].

При нагревании на воздухе до 1200 °C Ti загорается ярким белым пламенем с образованием оксидных фаз переменного состава TiO_x. Из растворов солей титана осаждается гидроксид TiO(OH)₂·xH₂O, осторожным прокаливанием которого получают оксид TiO₂. Гидроксид TiO(OH)₂·xH₂O и диоксид TiO₂амфотерны.

TiO₂ взаимодействует с серной кислотой при длительном кипячении. При сплавлении с содой Na₂CO₃ или поташом K₂CO₃ оксид TiO₂ образует титанаты:

TiO2+K2CO3→K2TiO3+CO2{\displaystyle {\mathsf {TiO_{2}+K_{2}CO_{3}\rightarrow K_{2}TiO_{3}+CO_{2}}}}

При нагревании Ti взаимодействует с галогенами (например, с хлором — при 550 °C^[2]). Тетрахлорид титана TiCl₄ при обычных условиях — бесцветная жидкость, сильно дымящая на воздухе, что объясняется гидролизом TiCl₄, содержащимися в воздухе парами воды и образованием мельчайших капелек HCl и взвеси гидроксида титана.

Восстановлением TiCl₄водородом, алюминием, кремнием, другими сильными восстановителями, получен трихлорид и дихлорид титана TiCl₃ и TiCl₂ — твёрдые вещества, обладающие сильными восстановительными свойствами. Ti взаимодействует с Br₂ и I₂.

С азотом N₂ выше 400 °C титан образует нитрид Ti_xN_x = (Ti₂₅N₁₃ — TiN). Титан — единственный элемент, который горит в атмосфере азота^[2].

При взаимодействии титана с углеродом образуется карбид титана Ti_xC_x(x = Ti₂₀C₉ — TiC.

При нагревании Ti поглощает H₂ с образованием соединения переменного состава Ti_xH_x(x = Ti₁₀H₁₃ — TiH₂. При нагревании эти гидриды разлагаются с выделением H₂.

Титан образует сплавы и интерметаллические соединения со многими металлами.

Применение

В чистом виде и в виде сплавов

Часы из титанового сплава Заготовка титанового шпангоута истребителя F-15 до и после прессования на штамповочном прессе компании Alcoa усилием 45 тыс. тонн, май 1985

Использование металлического титана во многих отраслях промышленности обусловлено тем, что его прочность примерно равна прочности стали при том, что он на 45 % легче. Титан на 60 % тяжелее алюминия, но прочнее его примерно вдвое^[2].

• Титан в виде сплавов является важнейшим конструкционным материалом в авиа- и ракетостроении, в кораблестроении.
• Металл применяется в химической промышленности (реакторы, трубопроводы, насосы, трубопроводная арматура), военной промышленности (бронежилеты, броня и противопожарные перегородки в авиации, корпуса подводных лодок), промышленных процессах (опреснительных установках, процессах целлюлозы и бумаги), автомобильной промышленности, сельскохозяйственной промышленности, пищевой промышленности, спортивных товарах, ювелирных изделиях, мобильных телефонах, лёгких сплавах и т. д.
• Титан является физиологически инертным^[2], благодаря чему применяется в медицине (протезы, остеопротезы, зубные имплантаты), в стоматологических и эндодонтических инструментах, украшениях для пирсинга.
• Титановое литьё выполняют в вакуумных печах в графитовые формы. Также используется вакуумное литьё по выплавляемым моделям. Из-за технологических трудностей в художественном литье используется ограниченно. Первой в мировой практике монументальной литой скульптурой из титана является памятник Юрию Гагарину на площади его имени в Москве^[15].
• Титан является легирующей добавкой во многих легированных сталях и большинстве спецсплавов^{[каких?]}.
• Нитинол (никель-титан) — сплав, обладающий памятью формы, применяемый в медицине и технике.
• Алюминиды титана являются очень стойкими к окислению и жаропрочными, что, в свою очередь, определило их использование в авиации и автомобилестроении в качестве конструкционных материалов.
• Титан является одним из наиболее распространённых геттерных материалов, используемых в высоковакуумных насосах.

Существует множество титановых сплавов с различными металлами. Легирующие элементы разделяют на три группы, в зависимости от их влияния на температуру полиморфного превращения: на бета-стабилизаторы, альфа-стабилизаторы и нейтральные упрочнители. Первые понижают температуру превращения, вторые повышают, третьи не влияют на неё, но приводят к растворному упрочнению матрицы. Примеры альфа-стабилизаторов: алюминий, кислород, углерод, азот. Бета-стабилизаторы: молибден, ванадий, железо, хром, никель. Нейтральные упрочнители: цирконий, олово, кремний. Бета-стабилизаторы, в свою очередь, делятся на бета-изоморфные и бета-эвтектоидообразующие.

Самым распространённым титановым сплавом является сплав Ti-6Al-4V (англ.)русск. (в российской классификации — ВТ6), содержащий около 6% алюминия и около 4% ванадия. По соотношению кристаллических фаз он классифицируется как (α+β)-сплав. На его производство идёт до 50% добываемого титана^[3].

Ферротитан (сплав титана с железом, содержащий 18—25% титана) используют в чёрной металлургии для раскисления стали и удаления растворённых в ней нежелательных примесей (сера, азот, кислород)^[3].

В 1980-х годах около 60-65 % добываемого в мире титана использовалось в строительстве летательных аппаратов и ракет, 15% — в химическом машиностроении, 10% — в энергетике, 8% — в строительстве судов и для опреснителей воды^[3].

В виде соединений

• Белый диоксид титана (TiO₂) используется в красках (например, титановые белила), а также при производстве бумаги и пластика. Пищевая добавка E171.
• Титанорганические соединения (например, тетрабутоксититан) применяются в качестве катализатора и отвердителя в химической и лакокрасочной промышленности.
• Неорганические соединения титана применяются в химической электронной, стекловолоконной промышленности в качестве добавки или покрытий.
• Карбид титана, диборид титана, карбонитрид титана — важные компоненты сверхтвёрдых материалов для обработки металлов.
• Нитрид титана применяется для покрытия инструментов, куполов церквей и при производстве бижутерии, так как имеет цвет, похожий на золото.
• Титанат бария BaTiO₃, титанат свинца PbTiO₃ и ряд других титанатов — сегнетоэлектрики.
• Тетрахлорид титана используется для иридизации стекла и для создания дымовых завес^[2].

Анализ рынков потребления

В 2005 компания Titanium Corporation опубликовала следующую оценку потребления титана в мире:

• 60 % — краска;
• 20 % — пластик;
• 13 % — бумага;
• 7 % — машиностроение.

Цены

Цена титана составляет $5,9-6,0 за килограмм, в зависимости от чистоты^[16].

Чистота и марка чернового титана (титановой губки) обычно определяется по его твёрдости, которая зависит от содержания примесей.

Физиологическое действие

Титан считается физиологически инертным, благодаря чему применяется в протезировании как металл, непосредственно контактирующий с тканями организма. Однако титановая пыль может быть канцерогенной^[2]. Как было сказано выше, титан применяется также в стоматологии. Отличительная черта применения титана заключается не только в прочности, но и способности самого металла сращиваться с костью, что даёт возможность обеспечить квазимонолитность основы зуба.

Изотопы

Природный титан состоит из смеси пяти стабильных изотопов: ⁴⁶Ti (7,95 %), ⁴⁷Ti (7,75 %), ⁴⁸Ti (73,45 %), ⁴⁹Ti (5,51 %), ⁵⁰Ti (5,34 %).

Известны искусственные радиоактивные изотопы ⁴⁵Ti (T_½ = 3,09 ч), ⁵¹Ti (Т_½ = 5,79 мин) и другие.

Примечания

1. ↑ ^{1 2} Meija J. et al. Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2016. — Vol. 88, no. 3. — P. 265—291. — DOI:10.1515/pac-2015-0305.
2. ↑ ^{1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14} CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — 2828 p. — ISBN 1420090844.
3. ↑ ^{1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16} Раков И. Э. Титан // Химическая энциклопедия: в 5 т / Зефиров Н. С. (гл. ред.). — М.: Большая Российская энциклопедия, 1995. — Т. 4: Пол—Три. — С. 590—592. — 639 с. — 40 000 экз. — ISBN 5-85270-039-8.
4. ↑ Таблица Менделеева на сайте ИЮПАК
5. ↑ Riley J.P., Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965.
6. ↑ Месторождение титана.
7. ↑ Месторождение титана.
8. ↑ Ильменит, рутил, титаномагнетит — 2006 г.
9. ↑ Титан. Информационно-аналитический центр «Минерал». Проверено 19 ноября 2010. Архивировано 21 августа 2011 года.
10. ↑ Корпорация ВСМПО-АВИСМА
11. ↑ ^{1 2 3 4 5 6 7 8 9 10} Бердоносов С. С. Титан // Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая российская энциклопедия, 1994. — Т. 4: Пойнтинга — Робертсона — Стримеры. — С. 116. — 704 с. — 40 000 экз. — ISBN 5-85270-087-8.
12. ↑ Стрельченко С. С., Лебедев В. В. Соединения A³B⁵: Справочник. М.: Металлургия, 1984. 144 с.
13. ↑ Свойства элементов: В 2 ч. Ч. 1. Физические свойства: Справочник/ Под ред. Г. В. Самсонова. М.: Металлургия, 1976. 600 с.
14. ↑ Влияние воды на процесс пассивации титана — 26 Февраля 2015 — Химия и химическая технология в жизни. www.chemfive.ru. Проверено 21 октября 2015.
15. ↑ Искусство литья в XX веке
16. ↑ На мировом рынке титана за последние два месяца цены стабилизировались (обзор)

Ссылки

Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu, Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H2, W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au

История открытия титана, как химического элемента

17.12.2015

На заре становления химии как науки, остро стояла проблема об открытии новых, ранее неизвестных элементов. В XVII веке этим вопросом занимались все, кто хоть какое-то имел представление в опытах и исследованиях.

Открыть титан довелось обычному священнику в 1790 году. Увлекшись наукой, Уильям Грегор стал заниматься изучением долины Мичиган. Ему довелось обнаружить там необычный песок, черного цвета. Проводя опыты с найденным материалом, химик самоучка получил белое порошкообразное вещество, которое изначально было принято за известь. К счастью он не бросил свое испытание, и, более тщательный анализ, позволил ему сделать выводы, что его порошок – это смесь железа с еще одним металлом.

Посоветовавшись со своими коллегами, Грегор издает материалы своего исследования, назвав свое новое вещество достаточно красиво – Меначин, в честь исследуемой долины.  Прочитав про опыты священника, немецкий химик Мартин Генрих Клапрот сделал выводы, что он тоже получил подобный порошок при исследовании рутила. Он решил, что новое вещество надо именовать Титаном, в честь древних жителей земли. Ученые были в замешательстве от такой трактовки, но М.Г. Клапрот вовсе не хотел признавать теорию Лавуазье о необходимости давать названия элементам исходя из учета их свойств.

Клапрот посчитал, что нет точных свойств, которые могут быть изложены в названии этого химического элемента, поэтому ему пришлось прибегнуть к мифологии, так же как ранее это было сделано с ураном. Название, можно сказать, было пророческим, ведь в дальнейшем было установлено, что это один из самых крепких и стойких металлов. В дальнейшем М.Г. Клапрот сделал сравнительный анализ титана и ранее полученного меначина, подтвердив полную идентичность двух веществ. 

В России исследования титана начались только в XIX веке, его получил ученый Товий Ловиц. Но это не был чистый металл, в основном в нем содержались примеси кислорода или азота. Чистая проба была добыта в 1875 году благодаря русскому ученому Д. К. Кириллову. На протяжении нескольких лет в научной литературе значится название элемента как титаний. В последующем оно сокращается до привычного нам титан.

Почти все столетие многие ученые мужи трудились над получением титана, было предложено массу методов и вариантов, для добычи чистого металла. Их старания не прошли даром. И в 1947 году почти 45 кг технического титана было выпущено с производства. Со временем его объемы росли в неимоверных количествах.  В конце 80-х годов, в СССР добыча титана в несколько раз превышала объемы его добычи в других странах, вместе взятых.

Титан и сплавы на его основе нашли огромное применение в авиа и приборостроении, благодаря своим высоким антикоррозийным свойствам. Титан также незаменим и в судостроении. Обработка титана азотом позволяет получить на его поверхности красивую золотую пленку, которая вовсе не уступает золотому напылению. Это позволило применять титан при изготовлении скульптур. Считается, что колокола из этого металла обладают невероятным звоном. 

Рейтинг статьи: 6037 просмотров

Автор: Елена Мазина

Титан история — Знаешь как

Содержание статьи

Монумент в честь покорителей космоса воздвигнут в Москве в 1964 г. Почти семь лет (1958—1964) ушло на проектирование и сооружение этого обелиска. Авторам пришлось решать не только архитектурно-художественные, но и технические задачи. Первой из них был выбор материалов, в том числе и облицовочных. После долгих экспериментов остановились на отполированных до блеска титановых листах.

Действительно, по многим характеристикам, и прежде всего по коррозионной стойкости, титан превосходит подавляющее большинство металлов и сплавов. Иногда (особенно в популярной литературе) титан называют вечным металлом. Но расскажем сначала об истории этого элемента.

 

Окисел или не окисел

До 1795 г. элемент № 22 назывался «менакином». Так назвал его в 1791 г. английский химик и минералог Уильям Грегор, открывший новый элемент в минерале менаканите (не ищите это название в современных минералогических справочниках — менаканит тоже переименован, сейчас он называется ильменит).Спустя четыре года после открытия Грегора немецкий химик Мартин Клапрот обнаружил новый химический элемент в другом минерале — рутил — и в честь царицы эльфов Титании (германская мифология) назвал его титаном.

По другой версии название элемента происходит от титанов, могучих сыновей богини земли — Геп (греческая мифология),

В 1797 г. выяснилось, что Грегор и Клапрот открыли один и тот же элемент, и хотя Грегор сделал это раньше, за новым элементом утвердилось имя, данное ему Клапротом.

Но ни Грегору, ни Клапроту не удалось получить элементный титан. Выделенный ими белый кристаллический порошок был двуокисью титана TiO2. Восстановить этот окисел, выделить из него чистый металл долгое время не удавалось никому из химиков.

В 1823 г. английский ученый У. Волластон сообщил, что кристаллы, обнаруженные им в металлургических шлаках завода «Мертир-Тидвиль»,- не что иное, как чистый титан. А спустя 33 года известный немецкий химик Ф. Вслер доказал, что и эти кристаллы были опять-таки соединением титана, на этот раз — металлоподобным карбонитридом.

Много лет считалось, что металлический титан впервые был получен Берцелиусом в 1825 г. при восстановлении фтортитаната калия металлическим натрием. Однако сегодня, сравнивая свойства титана и продукта, полученного Берцелиусом, можно утверждать, что президент Шведской академии наук ошибался, ибо чистый титан быстро растворяется в плавиковой кислоте (в отличие от многих других кислот), а металлический титан Берцелиуса успешно сопротивлялся ее действию.

В действительности титан был впервые получен лишь в 1875 г. русским ученым Д. К. Кирилловым. Результаты этой работы опубликованы в его брошюре «Исследования над титаном». Но работа малоизвестного русского ученого осталась незамеченной. Еще через 12 лет довольно чистый продукт — около 95 % титана — получили соотечественники Берцелиуса, известные химики Л. Нильсон и О. Петер-сон, восстанавливавшие четыреххлористый титан металлическим натрием в стальной герметической бомбе.

В 1895 г. французский химик А. Муассан, восстанавливая двуокись титана углеродом в дуговой печи и подвергая полученный материал двукратному рафинированию, получил титан, содержавший всего 2% примесей, в основном углерода. Наконец, в 1910 г. американский химик М. Хан-тер, усовершенствовав способ Нильсона и Петерсона, сумел получить несколько граммов титана чистотой около 99%. Именно поэтому в большинстве книг приоритет получения металлического титана приписывается Хантеру, а не Кириллову, Нильсону или Муассану.

Однако ни Хантер, ни его современники не предсказывали титану большого будущего. Всего несколько десятых процента примесей содержалось в.металле, но эти примеси делали титан хрупким, непрочным, непригодным к механической обработке. Поэтому некоторые соединения титана нашли применение раньше, чем сам металл. Четы-реххлористый титан, например, широко использовали в первую мировую войну для создания дымовых завес.

 

Профессии двуокиси

В 1908 г. в США и Норвегии началось изготовление белил не из соединений свинца и цинка, как делалось прежде, а из двуокиси титана. Такими белилами можно окрасить в несколько раз большую поверхность, чем тем же количеством свинцовых или цинковых белил. К тому же у титановых белил больше отражательная способность, они не ядовиты и не темнеют под действием сероводорода. В медицинской литературе описан случай, когда человек за один раз «принял» 460 г двуокиси титана! (Интересно, с чем он ее спутал?) «Любитель» двуокиси титана не испытал при этом никаких болезненных ощущений. Двуокись титана входит в состав некоторых медицинских препаратов, в частности мазей против кожных болезней.

Однако не медицина, а лакокрасочная промышленность потребляет наибольшие количества ТiO2. Мировое производство этого соединения намного превысило полмиллиона тонн в год. Эмали на основе двуокиси титана широко используют в качестве защитных и декоративных покрытий по металлу и дереву в судостроении, строительстве и машиностроении. Срок службы сооружений и деталей при этом значительно повышается. Титановыми белилами окрашивают ткани, кожу и другие материалы.

Двуокись титана входит в состав фарфоровых масс, тугоплавких стекол, керамических материалов с высокой диэлектрической проницаемостью. Как наполнитель, повышающий прочность и термостойкость, ее вводят в резиновые смеси. Однако все достоинства соединений титана кажутся несущественными на фоне уникальных свойств чистого металлического титана.

Элементный титан

В 1925 г. голландские ученые ван Аркель и де Бур иодидным способом (о нем — ниже) получили титан высокой степени чистоты— 99,9%. В отличие от титана, полученного Хантером, он обладал пластичностью; его можно было ковать на холоде, прокатывать в листы, ленту, проволоку и даже тончайшую фольгу. Но даже не это главное.

Исследования физико-химических свойств металлического титана приводили к почти фантастическим результатам.

Оказалось, например, что титан, будучи почти вдвое легче железа (плотность титана 4,5 г/см3), по прочности превосходит многие стали. Сравнение с алюминием тоже оказалось в пользу титана: титан всего в полтора раза тяжелее алюминия, но зато в шесть раз прочнее и, что особенно важно, он сохраняет свою прочность при температурах до 500°С (а при добавке легирующих элементов —до 650°С), в то время как прочность алюминиевых и магниевых сплавов резко падает уже при 300° С.

Титан обладает и значительной твердостью: он в 12 раз тверже алюминия, в 4 раза — железа и меди. Еще одна важная характеристика металла — предел текучести. Чем он выше, тем лучше детали из этого металла сопротивляются эксплуатационным нагрузкам, тем дольше они сохраняют свои формы и размеры. Предел текучести у титана почти в 18 раз выше, чем у алюминия.

В отличие от большинства металлов титан обладает значительным электросопротивлением: если электропроводность серебра принять за 100, то электропроводность меди равна 94, алюминия — 60, железа и платины—15, а титана — всего 3,8. Вряд ли нужно объяснять, что это свойство, как и немагнитность титана, представляет интерес для радиоэлектроники и электротехники.

Замечательна устойчивость титана против коррозии. На пластинке из этого металла за 10 лет пребывания в морской воде не появилось и следов коррозии.

Из титановых сплавов сделаны несущие винты современных тяжелых вертолетов. Рули поворота, элероны и некоторые другие ответственные детали сверхзвуковых самолетов тоже изготовлены из этих сплавов. На многих химических производствах сегодня можно встретить целые аппараты и колонны, выполненные из титана.

Как получают титан

Цена — вот что еще тормозит производство и потребление титана. Собственно, высокая стоимость — не врожденный порок титана. В земной коре его много — 0,63%. Все еще высокая цена титана — следствие сложности извлечения его из руд. Объясняется она высоким сродством титана ко многим элементам и прочностью химических связей в его природных соединениях. Отсюда сложности технологии. Вот как выглядит магниетермический способ производства титана, разработанный в 1940 г. американским ученым В. Кроллем.

Двуокись титана с помощью хлора (в присутствии углерода) переводят в четыреххлористый титан:

 

TiO2+C+2Cl2 → TiCl4+CО2.

Процесс идет в шахтных электропечах при 800—1250° С. Другой вариант — хлорирование в расплаве солей щелочных металлов NaCl и КСl. Следующая операция (в одинаковой мере важная и трудоемкая) — очистка TiCl4 от примесей — проводится разными способами и веществами. Четыреххлористый титан в обычных условиях представляет собой жидкость с температурой кипения 136° С.

Разорвать связь титана с хлором легче, чем с кислородом. Это можно сделать с помощью магния по реакции

 

TiCl4+2Mg → Ti+2MgCl2.

 

Эта реакция идет в стальных реакторах при 900° С. В результате образуется так называемая титановая губка, пропитанная магнием и хлоридом магния. Их испаряют в герметичном вакуумном аппарате при 950° С, а титановую губку затем спекают или переплавляют в компактный металл.

Натриетермический метод получения металлического титана в принципе мало чем отличается от магниетермиче-ского. Эти два метода наиболее широко применяются в промышленности.

Для получения более чистого титана и поныне используется иодидный метод, предложенный ван Аркелем и де Буром. Металлотермический губчатый титан превращают в иодид TiI4, который затем возгоняют в вакууме. На своем пути пары иодида титана встречают раскаленную до 1400° С титановую проволоку. При этом иодид разлагается, и на проволоке нарастает слой чистого титана. Этсф метод производства титана малопроизводителен и дорог, поэтому в промышленности он применяется крайне ограниченно. Несмотря на трудоемкость и энергоемкость производства титана , оно уже стало одной из важнейших подотраслей цветной металлургии .

Статья на тему Титан история

Титан – элемент, который интересует учёных и производство уже более двухсот лет

Металлы тысячи лет служат прочной основой цивилизации. Вспомним: уже в эпоху позднего каменного века – неолита – человек научился использовать самородные металлы и метеоритное железо и обнаружил в кострах необычные бесформенные пористые камни, в которых были металлические вкрапления.

Однако огонь не только дал людям хорошую пищу, теплое жильё, выжигал леса под пашню и плавил самородный металл. При горении древесины выделялась тепловая энергия, и образовывался углерод, и вдруг некоторые камни и почва «превращались» в металлы.

Самыми первыми металлами, которые человечество научилось выплавлять, были медь, свинец, олово, а также сплавы из них – бронза и латунь.

Металлы существенно изменили быт людей. Создавалась новая техника для обработки земли, строительства, охоты и, к сожалению, – для войн. (И если вникнуть с историю техники, то можно убедиться в том, что улучшали в первую очередь качество вооружений).

Человечество пребывало ещё в бронзовом веке, когда в различных регионах планеты уже создавали сплавы на основе железа.

Наступил железный век. Тысячелетиями усовершенствовались технологии литья чугунных орудий и различных механизмов, стальных клинков. Алхимики и химики выделяли из природных минералов металлические соединения и открывали новые металлы, возникла и развивалась металлургия – наука о производстве металлов.

С XVII века развернулась индустриализация. Для техники, новых видов транспорта, мостов, промышленных зданий потребовалось много металла, в первую очередь – высококачественной стали.

Эти задачи решали «методом проб и ошибок», а к концу XIX века – и на основе фундаментальных научных исследований. В металлургии, кроме химических процессов, для нагрева и плавления начали применять электрическую энергию.

Но темпы научно-технического прогресса продолжали расти. Во второй половине прошлого века создавались ракеты, атомные электростанции, суперистребители, мощные турбины, новые классы кораблей и многое другое, неизвестное и немыслимое. Техника нового поколения работала при сверхвысоких давлениях и ударах, невиданных ранее высоких и, наоборот, очень низких (криогенно стойких) температурах, а также при других экстремальных нагрузках.

Конечно, металлурги продолжали создавать новые специальные типы сталей. Например, для повышения жаропрочности добавили в сплав вольфрам, ванадий, молибден. Но сталь от этого становилась ещё тяжелее. А масса многих машин и аппаратов должна быть как можно меньше. Требовались сплавы прочнее стали, жаростойкие и криогенностойкие, нержавеющие и не растворяющиеся в агрессивных средах.

В первой половине прошлого века уже начали широко применять лёгкий металл — алюминий и его сплавы. И хотя прочность их была намного меньше, чем у стали, они очень пригодились для лёгких конструкций, таких ответственных, как самолёты и дирижабли, и даже некоторые корабли.

Алюминий и его сплавы не ржавеют и не разъедаются почти никакими кислотами, поэтому из них изготовляют химическое оборудование, различную утварь. В электротехнике чистый алюминий пригодился из-за хорошей электропроводимости, а сплав алюминия с кремнием обладает отличными литейными свойствами и из него отливают корпуса двигателей внутреннего сгорания для автомобилей и самолётов.

Но алюминиевые сплавы сравнительно легкоплавкие. Необходимо было найти металл и создать из него сплавы лучше и легче, чем сплавы из железа.

И такой металл нашёлся. Причём, если железная руда и бокситы (сырьё для алюминия) сконцентрированы в определённых залежах, то сырьё для металла, отвечающего требованиям научно-технического прогресса, оказалось буквально под ногами, в виде песка или в виде руды.

Вспомним, что земная поверхность состоит из соединений металлов и неметаллов, ими покрыто дно морей и океанов, они растворены в морской воде. Вот только выделить металл из его соединений бывает совсем не просто. И тысячелетний путь, пройденный человечеством в поисках металлургических технологий, часто не подходил для того, чтобы «добыть» новый металл и организовать его производство. Вот и над укрощением крайне необходимого для современной техники металла специалисты работают уже более двухсот лет.

Одним из «любимых» занятий химиков прошлых веков было определять состав «земель», попадавшихся под руку. В 1791 году англичанин У. Грегор, исследуя состав магнитного железистого песка с пляжа Корнуолла, выделил новую «землю» (оксид) неизвестного металла.

А через четыре года независимо от него немец Мартин Генрих Клапрот (1743—1817) открыл в минерале рутиле новый элемент. Немецкий исследователь отметил невозможность определения свойств нового элемента только по его оксиду и назвал его титаном – в честь стойких борцов с богами Олимпа из древнегреческой мифологии.

Немного ранее он же открыл металл, который назвал ураном. Клапрот установил, что рутил и «земля Трегора»— оксиды одного и того же химического элемента, за которым и осталось название «титан».

В свободном виде титан не встречается, но зато находится на 10-м месте по распространённости в природе: в рутиле, ильмените, перовските, титаните, других минералах и в морских глинистых отложениях.

Первый образец металлического титана удалось выделить из оксида в 1825 году химику Каролингского университета (Швеция) Йёнсу Якобу Берцелиусу (1779-1848). Однако его способ был настолько сложным, а сам титан оказался настолько химически активным, что никто не увидел перспективы в его применении.

Только спустя 100 лет голландцы А. ван Аркел и И. де Бур в 1925 году, применив технологию термического разложения паров йодида титана (TiI₄), наконец получили чистый титан.

Этот йодидный способ применяют для получения небольших количеств титана очень высокой чистоты (до 99,99%). Титановую губку помещают в реторту и нагревают до 100 – 200°С; внутрь реторты вводят и разбивают ампулу с йодом, взаимодействующим с титаном по реакции Ti+2I₂ → TiI₄. (В принципе, можно применять и другие галогениды). Разложение TiI₄ на Ti+2I₂ и выделение титана происходит на титановых проволоках, натянутых в реторте, нагретых до 1300- 1400°С пропусканием тока.

Было установлено, что титан – лёгкий прочный металл серебристо-белого цвета. Температура его плавления 16600С, точка кипения 32600C. Металл существует в двух модификациях: α-Ti и β-Ti, плотность которых, соответственно, равна 4,505 и 4,32 г/см³. Между прочим, титановая пыль при температуре 4000С взрывается. Пожароопасна и титановая стружка.

Ряд особых физико-химических свойств титана, прежде всего высокая удельная прочность (отношение прочности к удельному весу), большая коррозионная стойкость во многих агрессивных средах, хорошая обрабатываемость давлением и другие ценные технологические свойства делают его.

Действительно, в середине прошлого века научно-технический прогресс без титана и его сплавов начал «пробуксовывать». И пришлось, не считаясь с затратами, искать способы промышленного производства важнейшего материала.

Естественно, что перво-наперво попробовали выплавить титан так, как выплавляют из железных руд чугун («Страна знаний», 2015, №8). Концентрат титановой руды начали плавить в смеси с древесным углём или антрацитом в электродуговой печи и получили шлак из окиси титана и различных примесей.

Но «отобрать» кислород у титана непросто, поэтому на втором этапе решили использовать более активный элемент – хлор.

В специальную печь, в нижней части которой нагревается угольная пластина при пропускании через неё электрического тока, загружают титановый шлак, а через фурмы задувают хлор. И при температуре 800-12500С образуются пары четырёххлористого титана, а также хлориды других примесей. Пары очищают от твёрдых частиц, охлаждают в конденсаторах, и получают жидкий четырёххлористый титан.

Экспериментаторы нашли и другие способы получения титана. Не будем их описывать подробно. Отметим только, что получить четырёххлористый титан можно в хлоратоpax непрерывного действия, в солевом расплаве, в кипящем слое.

А научную основу третьего этапа – термитные реакции заложил Николай Николаевич Бекетов (1827-1911) («Страна знаний», 2015 № 4).

Магниетермию выполняют в герметичных реакторах (ретортах) из нержавеющей стали, установленных в электрических печах сопротивления. Из реторты откачивают воздух, заполняют её инертным газом аргоном, заливают туда расплавленный магний и, постепенно, – жидкий четырёххлористый титан. Титан восстанавливается магнием по реакции TiCl₄+2Mg=Ti+2MgCl₂ с выделением большого количества тепла.

Необходимая по технологии температура 800-900°С поддерживается в реакторе дозированной подачей TiCl₄. (Вместо магния иногда применяют натрий, и этот способ восстановления называют натриетермическим.) Правда, к сожалению, получается не плотный слиток, а пористая титановая губка (до 60% Ti). С подобной железной заготовкой – «крицей» имели дело металлурги-кузнецы в древности. («Страна знаний», 2015, № 8).

К сожалению, при проковке этой губки чистый титан получать не удавалось. Необходимо было разрабатывать ещё одну технологическую операцию – переплавлять эту смесь так, чтобы избавить её от примесей.

И здесь наступил следующий этап «борьбы человека с титаном». Теперь из губчатого титана требовалось выплавить плотные, без пор и включений металлические заготовки для проката или отливок. В середине ХХ века перед мировой металлургией открылся очередной этап покорения своенравного металла – придание ему нужных для новой техники качеств.

Результаты работ засекречивали: основными заказчиками были творцы новой военной техники. Решением задач переплава и сварки в принципе и применительно к конкретному производству занимались десятки институтов и лабораторий в СССР, США, Великобритании, Франции и ещё в некоторых странах. Работали интенсивно – гонка вооружений уже набрала обороты.

Установка для электронно-лучевого переплава
в ИЭС им. Е.О.Патона

Работы по исследованию и разработке металлургических и сварочных процессов применительно к титану были начаты в Институте электросварки им. Е.О. Патона (ИЭС) НАН Украины в конце 50-х годов прошлого века под общим руководством академика Бориса Евгеньевича Патона (род. 1918).

Вскоре в Киеве впервые в мире были разработаны самые эффективные технологии получения слитков титана и его сплавов из первичной шихты и из вторичных отходов. Для решения проблемы пригодились знания, накопленные в процессе создания новых сварочных технологий и электрошлакового переплава.

Сотрудники ИЭС им. Е.О. Патона применили энергию электронных лучей, дуговой плазмы, индукционный и электрошлаковый нагрев. Каждый из процессов имеет свои преимущества и используется для производства металла с конкретными свойствами, именно такими, какие требуются для ответственных конструкций.

Мощный электронный луч плавит заготовки в вакууме под давлением 0,01- 0,1 Па. Технологические процессы обеспечивают удаление посторонних примесей и растворённого газа, позволяют получать слитки титана и его сплавов с однородной бездефектной структурой. Для их внедрения было создано семейство многоцелевых промышленных плавильных электронно-лучевых установок (ЭЛУ).

В плазменно-дуговых электропечах заготовки расплавляют одним или несколькими дугами, сжатыми потоками аргона в плазмотронах. Плазменно-дуговая печь позволяет выплавлять титановые слитки непосредственно из кусковой шихты (губчатого титана), минуя операцию прессования заготовок.

Одним из наиболее универсальных независимых источников нагрева является высокочастотное магнитное поле, создаваемое электрическим током в индукторе. Особенности индукционного нагрева, в том числе интенсивное перемешивание жидкого металла, гарантируют выравнивание химического состава, возможность выдерживать металл в жидком состоянии неограниченное время в вакууме, обеспечивают высокое качество отливок.

Альтернативой переплаву в вакуумных условиях является электрошлаковый переплав. Для него не требуется такого сложного оборудования, строгого выдерживания режима плавки, и при достаточно высоком качестве себестоимость работ самая низкая. Наилучшего качества удаётся достичь в печах камерного типа.

Схема электропечи для получения
четырёххлористого титана:
1 – корпус печи;
2 – футеровка;
3 – угольная набойка;
4 – токоподводящие графитовые
электроды;
5– устройство загрузки шихты;
6 – брикетная шихта;
7, 8 –трубки для подачи хлора;
9 – отверстие для удаления
парогазовой смеси.

В ИЭС была разработана технология магнитоуправляемой электрошлаковой плавки для производства сплавов титана с любым большим количеством компонентов. Наиболее существенными преимуществами этой технологии являются возможность рафинирования низкосортного дешёвого сырья от вредных примесей, высокая плотность литья, меньшие затраты технологической электроэнергии и сравнительно дешёвое оборудование.

И чем дешевле становилось производство титана и сплавов с качествами, необходимыми для ответственных изделий, тем больше была в них потребность. Только в СССР за короткое время производство титановой продукции было налажено на двух десятках заводов.

Для экономии дорогого металла в тех конструкциях, где требовалась стойкость к агрессивным средам, но не важен был вес изделия, были разработаны способы изготавливать биметалл. В 1980-х годах было освоено производство биметаллических листов путём горячей прокатки заготовок. И самым лучшим конструкционным материалом является композиция сталь+титан, т.е. сталь, плакированная (покрытая) титаном.

В ИЭС им. Е.О. Патона открыт цех «Титан», который может выпускать до 1500 т титановых слитков в год для проката высококачественных полуфабрикатов.

Так, из таких сплавов толщиной 200-250 мм на Феодосийском судостроительном заводе «Море» были изготовлены крыльевые устройства для морских судов. В 2009 году была создана технология электронно-лучевой плавки крупногабаритных слитков жаропрочных сплавов на основе титана.

Впервые в мире получен слиток диаметром 840 мм из жаропрочного титанового сплава ВТ3-1, а вскоре был получен слиток диаметром 1100 мм, длиной до 4000 мм, массой 16 тонн.

Впервые в мировой практике в цехе «Титан» спроектирована, изготовлена и запущена в эксплуатацию электронно-лучевая установка для получения титановых слитков недроблёных блоков губчатого титана. Для изготовления атомных и химических реакторов ИЭС им. Е.О. Патона налажено производство полых слитков, из которых раскатывают титановые кольца диаметром до 2000 мм.

Впервые в мире были изготовлены бесшовные титановые трубы длиной до 9000 мм из трубной заготовки.

Всё большее применение в гражданских отраслях промышленности находят как традиционные титановые сплавы, так и новые титановые сплавы с уникальными физико-химическими характеристиками. Титан является одним из наиболее распространённых геттерных (от «геттер» — газопоглотитель, вещество, поглощающее и прочно удерживающее газы, кроме инертных) материалов, используемых в высоковакуумных насосах.

Детальное изучение коррозийной стойкости сплава Т100 в разнообразных агрессивных средах, в том числе и в биологических, показало его перспективность для применения в медицине для изготовления эндопротезов и медицинских инструментов.

Для потребностей стоматологии в ИЭС им. Е.О. Патона разработан титановый сплав системы Ti-Al-Nb-Zr.

Одним из важнейших потребителей титановых сплавов в Украине является аэрокосмический комплекс. В конструкциях самолётов масса деталей из титановых сплавов составляет 8 – 9 % массы планёра. Это, главным образом, тяжело нагруженные силовые элементы, такие как подкосы и цилиндры шасси, кронштейны системы управления, детали механизации крыла, противопожарные перегородки, грузовые дорожки настила.

Из титановых сплавов изготавливают трубопроводы, теплообменники, компенсаторы и другие узлы самолетов.

В химической, пищевой промышленности из сплавов титана делают реакторы, трубопроводы, насосы, трубопроводную арматуру, опреснительные установки и др.

Первой в мировой практике монументальной скульптурой из титана является памятник Юрию Гагарину на площади его имени в Москве.

Титановые сплавы имеют наиболее высокую удельную прочность среди всех металлических материалов. Титан используют для легирования сталей и создания спецсплавов. Разработано множество сплавов титана с различными металлами. Нитинол (никель-титан) — сплав, обладающий памятью формы, применяется в медицине и технике.

Алюминиды титана являются очень стойкими к окислению и жаропрочными. Карбид, диборид, карбонитрид титана — важные компоненты сверхтвёрдых материалов для обработки металлов.

Титановые сплавы используются при изготовлении спортивных товаров, мобильных телефонов, часов, бронежилетов.

На любые металлы, керамику, стекло и многие другие материалы можно напылить нитрид титана, который имеет цвет золота, но, в отличие от него, это тончайшее покрытие очень прочное и во много раз дешевле. Технология напыления разработана в Физико-техническом институте в Харькове и широко применяется для покрытия металлом инструментов, зубных коронок, посуды, куполов церквей и изделий бижутерии.

Крупнейшими в мире сварными конструкциями из титановых сплавов являются малошумные тяжёлые ракетные подводные крейсера стратегического назначения (ТРКСН проекта 941, шифр «Акула», по классификации НАТО – «Typhoon»). Первый из 12 кораблей был построен в Северодвинске на «Севморзаводе» в сентябре 1979 года по технологиям, разработанным в ИЭС им. Е.О. Патона.

Нигде в мире больше нет подводных кораблей водоизмещением 28500 т, длиной 172,8м, шириной 23,3м. Этот крейсер может погружаться на глубину 500 м и идти там со скоростью 27 узлов. Конструкция ТРКСН выполнена по типу катамарана из двух раздельных прочных корпусов (диаметр каждого 7,2 м), между которыми расположены отсеки управления, торпедный и ракетный.

Использование титановых сплавов позволило уменьшить массу корпуса, увеличить глубину погружения, уменьшить магнитное поле. Конечно, и в странах НАТО имеются титановые лодки, но их тактико-технических данные хуже.

Несмотря на явные успехи в покорении титана, учёные продолжают совершенствовать его производство, а конструкторы и инженеры – создавать новую технику.

Сейчас мировое производство титана составляет около 4,5 млн т. в год. При нынешних темпах его потребления мировых разведанных запасов титана хватит более, чем на 150 лет.

А.П. Лютый, кандидат технических наук, завод «Днепроспецсталь», г. Запорожье

Истории открытия и изучения титана — Мегаобучалка

В учебнике Б.А.Колачева, В.И.Елагина, В.А.Ливанова «Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов» изложены основные положения металловедения и термической обработки цветных металлов: алюминия, магния, бериллия, титана, меди, никеля, тугоплавких металлов и сплавов на их основе. Описаны свойства чистых металлов, принципы легирования сплавов, промышленные сплавы и их термическая обработка, области применения цветных металлов и сплавов на их основе.

Первооткрывателем титана считается 28-летний английский монах Уильям Грегор. Для своего времени, а это был конец XVIII в., он был весьма образованным человеком. Окончив Оксфордский университет, он стал бакалавром искусств и магистром наук, увлекался научными исследованиями, в том числе и минералогией. В 1790 г., проводя минералогические изыскания в своем приходе, он обратил внимание на распространенность и необычные свойства черного песка в долине Менакэна на юго-западе Англии и принялся его исследовать. В песке священник обнаружил большое количество мелких зерен черного блестящего минерала, притягивающегося обыкновенным магнитом. Грегор произвел с этим магнитным минералом несколько опытов: растворил его сначала в соляной, затем в серной кислоте, упарил раствор и получил белый порошок, который при прокалке желтел, а при спекании с углем приобретал голубой цвет. Исследованное природное образование черного цвета Грегор принял за новый, неизвестный ранее минерал, а выделенный из него белый порошок за новый элемент. Минералу и элементу дали название по местности, где они были найдены: минерал «менакэнит» и элемент «менакин». Сведения о них были впервые опубликованы через год после открытия, в 1791 г., в «Физическом журнале». По сегодняшним представлениям открытый в 1790 г. «менакэпит» был титаномагнетитом – смесью твердых растворов ильменита и магнетита, а белый порошок «менакин» – диоксидом титана[1, С.6-7].

В том же 1791 г. немецкий исследователь-химик Мартин Генрих Клапрот (1743-1817), академик Берлинской академии наук, а впоследствии почетный академик Российской Академии наук, первооткрыватель многих редких и цветных металлов – урана, циркония, теллура, молибдена, вольфрама, бария, марганца, ознакомился со статьей Грегора, но не заинтересовался этим открытием. Однако через несколько лет, в 1795 г., изучая рутил, именовавшийся тогда красным венгерским шерлом, он выделил из него диоксид нового металла – белый порошок, похожий на описанный ранее Грегором. И хотя до получения чистого металла было еще очень далеко – почти полтора столетия, Клапрот, обладая могучей научной интуицией, опираясь на исследования Грегора и на результаты собственных опытов, известил мир об открытии нового металла, которому дал название «титан». Вопреки распространенному в те времена правилу французских химиков во главе с известным Лавуазье – присваивать новым элементам и соединениям имена, отражающие их свойства, у Клапрота был свой принцип. Он считал, что при открытии и первых исследованиях элемента его свойства трудно определить точно. Часто случалось, что элементы, названные по их первоначальным свойствам, впоследствии, при углубленном изучении, не отвечали своим названиям. Многие из них пришлось переименовать. Поэтому Клапрот, открывший многие элементы, предпочитал давать им имена планет, героев легенд и мифов.

В 1795 г. по поводу присвоения новому элементу названия «титан» Клапрот писал: «Для вновь открываемого элемента трудно подобрать название, указывающее на его свойства, и я нахожу, что лучше всего подбирать такие названия, которые ничего не говорили бы о свойствах и не давали бы таким образом повода для превратных толкований. В связи с этим мне захотелось для данной металлической субстанции подобрать, так же как и для урана, имя из мифологии: поэтому я называю новый металлический осадок титаном, в честь древних обитателей Земли». Это название стало поистине пророческим. Мифические жители – титаны, сыновья богини Земли Ген и бога неба Урана, были огромными, сильными, стойкими, добрыми, бессмертными существами, покорителями огня, земных просторов и недр, морей, рек и гор. И открытый металл оказался одним из самых твердых, крепких, стойких. Но чтобы познать нес замечательные свойства нового металла и использовать их для своего блага, человечеству потребовалось еще более 150 лет[1, C.7-9].

Титан был получен в чистом виде (всего лишь несколько килограммов) только в 40-х гг. XX в., а промышленное производство его началось в 1957 г. После Грегора и Клапрота, исследовавших минералы и двуокись титана в 1791 – 1795 гг., соединениями титана, выделяемыми, из титаномагнетитовых руд, занимался русский химик-металлург Товий Егорович Лониц. В 1821 г. немецкий химик Генрих Розе синтетическим путем в лабораторных условиях получил двуокись титана, а еще через год, в 1822 – 1823 гг., английский химик Волластон, исследуя черные кристаллики, выделенные им из металлургических шлаков сталеплавильного завода «Мертир-Гидвиль», открыл в них, как он уверял, «металлический титан». В этом его поддержал знаменитый шведский химик Йене Якоб Берцелиус, который в 1825 г. также выделил титан, по его мнению, в чистом виде, восстановив фтортитанат калия. Но образцы титана Волластона и Берцелиуса были еще очень далеки от чистого металла. Они содержали большое количество различных примесей (более 5%), были хрупкими, нековкими, непластичными; по существу, как было установлено позднее, представляли собой нитриды и карбиды титана. Поэтому после исследований Волластона и Берцелиуса почти полвека существовало мнение, что титан – элемент бесполезный, так как сделать из него «что-либо» практически невозможно.

Тем не менее, несмотря на такое ошибочное мнение, работы над получением чистого титана продолжались в течение всего XIX – начала XX вв. Во Франции этим занимались ученые Фридрих Веллер, Шарль Девиль, Леви, Мусман, в Швеции – Нильсон, Петерсои и др. Последние выделили титан натрие-термическим восстановлением четыреххлористого титана в автоклаве (стальном термососуде). Но и этот титан содержал более 5% примесей и не мог раскрыть все свои уникальные свойства.

Наиболее чистый, практически свободный от примесей металл сумел получить впервые русский ученый, профессор Московского университета Дмитрий Кириллович Кириллов. В 1875 г. он опубликовал работу «Исследования над титаном», в которой освещались результаты его опытов по выделению чистого титана. К сожалению, тяжелобольной Кириллов не смог продолжить свои работы и вынужден был прекратить опыты. Образцы наиболее чистого титана удалось получить французскому химику Анри Муассану в 1885 г., который, восстанавливая диоксид титана древесным углем при высокой температуре и последующей перечисткой, сумел довести титан до 98%-ной чистоты. Более поздние исследования этих образцов показали, что в них загрязненный титан (с примесью железа и углерода) образовывал внешнюю оболочку, а внутри металл был очень чистым.

В 1910 г. американскому инженеру Хантеру и его коллегам удалось получить титан, как они определили, чистотой 99,9%. Но и этот образец, выделенный по сложной технологии, с опасностями для жизни самих исследователей (взорвалась стальная бомба), был хрупким, не поддавался ковке и механической обработке. Вероятно, он был загрязнен карбидами и нитридами титана в большей степени, чем считали авторы. Изученные Хантером свойства металла, загрязненного различными примесями не в количестве 0,1%, как он предполагал, а гораздо больше, опять отнесли титан в разряд бесполезных металлов: ведь ни ковать, ни обрабатывать его было практически невозможно.

В 1925 г. голландские химики Ван Аркель и Де Бур получили действительно очень чистый металл, с незначительным (менее 0,1%) количеством примесей. Их образцы титана проявили все замечательные свойства этого металла – низкую плотность, высокую твердость и прочность, не теряемые при высоких температурах (до 500°С и выше), хорошую пластичность, позволяющую деформировать металл в холодном состоянии, прокатывать в листы и даже в тонкую фольгу, вытягивать в тонкую проволоку. Технология голландцев основывалась на разложении йодидного титана. Нагревание йодида до температуры примерно 1300-1500°С приводит к его разложению на титан и йод. Причем парообразный йод соединяется снова с черновым металлом, а титан осаждается на раскаленной поверхности затравки из титана же. Примеси, находящиеся в черновом металле, взаимодействуют с йодом и не попадают на раскаленный чистый титан.

Инженерная мысль пошла по другому пути – по пути восстановления четыреххлористого титана металлическим магнием. Данный способ был разработан в 30-х гг. XX в., Кроллем, и поныне как за рубежом, так и в СССР титан в промышленных условиях получают именно по этой принципиальной технологии.

Промышленной организации производства технически чистого титана предшествовало тщательное технологическое и экономическое исследование всех известных к тому времени способов и методов его получения. Этим занялась горно-геологическая организация США («Горное бюро»), которая, собственно, и определила широчайшие возможности использования титана в новой и новейшей технике, главным образом в авиационной, космической, морской. В городке Боддер-Сити на юге штата Невада в 1942 г. была построена небольшая промышленная установка но получению технического титана. На ней испытывались различные способы его производства. Остановились на способе Кролля – магниетермическом. Ученый был приглашен работать на этой установке и в течение нескольких лет отрабатывал во всех деталях технологию получения технически чистого титана. В 1946 г. эта технология была опробована в промышленных условиях.

В 1947 г. были выпущены первые 45 кг технически чистого титана. Стоимость его, конечно, была баснословно высокой – 10 тыс. долл. за 1 т, т.е. этот новый конструкционный материал был во много раз дороже железа, алюминия, магния. Тем не менее выпуск металлического титана осуществлялся такими гигантскими темпами, каких не знало никакое другое металлургическое производство, в том числе и главных конструкционных металлов – железа, алюминия, магния. В 1951 г., т е. всего через три года, выпуск титановой губки увеличился почти в 300 раз и составил уже 700 т/год.

Титановая губка представляет собой пористый бесформенный хрупкий металл с содержанием примесей до 0,2-0,3%, небольшой плотности – всего около 1 т/м3. Именно титановая губка является исходным сырьем для получения и чистого, титана, и его сплавов. Чтобы металл был плотным и компактным, губку плавят, реже используют методы порошковой металлургии. В основном же применяется метод вакуумной дуговой плавки в печах с расходуемым электродом. Чистый титан вместе с легирующими элементами спрессовывается с расходуемым электродом на гидравлических пpeccax, затем для очистки он дважды переплавляется. Tехнология была разработана английским химиком Л.Росси в 1908 – 1918 гг. и базировалась на методе разложения титановых концентратов серной кислотой. Усовершенствованная и модернизированная сернокислотная технология получения белой двуокиси титана из титановых концентратов существует и по сей день. Мировое производство (без СССР) несоизмеримо выше, чем металлического титана, и сегодня держится на уровне 2 – 2,5 млн т/год. В России впервые был получен наиболее чистый титан. В начале века много усилий было приложено для изыскания, разведок титановых руд и их переработки на диоксид, четыреххлористый титан, ферротитан. Проблемами титанового сырья много занимался русский химик Г.В.Вдовишенский, который, будучи знаком с трудами Кириллова и других ученых и понимая важную практическую роль титана в научно-техническом прогрессе, организовал в самом начале 90-х гг. XIX в. поиски и разведку титановых руд. В те годы в России появился интерес не столько к самому титану, сколько к его соединениям, а объяснялось это следующим. Как оказалось, диоксид титана является самым стойким белым пигментом для окраски военно-морских судов и других сооружений. Кроме того, стало известно, что четыреххлористый титан может применяться как дымовая завеса и для улучшения сортов стали.

Сплавы титана с медью

Даже небольшие присадки меди к титану и другим его сплавам повышают их стабильность в процессе эксплуатации, увеличивается и их жаропрочность. Кроме того, 5-12% титана добавляют в медь для получения так называемого купротитана; им пользуются, чтобы очистить расплавленную медь и бронзу от кислорода и азота. Легирование меди титаном производится только очень небольшими его добавками, уже при 5% титана медь становится нековкой.

Небесный металл. Как работает единственный в России титановый завод | Промышленность

Эксперимент века

Рождением салдинского титана можно считать 1957 год. Тогда, в феврале, на заводе №95 (с 1982 года – Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение) выплавили первый четырёхкилограммовый слиток. Кусок тусклого металла стал настоящим подарком для советского авиастроения и космонавтики.

Путь к первому слитку был непростым, но удачным. Салдинцы во главе со знаменитым металлургом Владиславом Тетюхиным, ставшим впоследствии руководителем комбината, экспериментировали с титановой губкой. Её делали (и делают до сих пор) на магниево-титановом комбинате АВИСМА (аббревиатура от «АВИаСтроительные МАтериалы») в Березниках (Пермский край) из ильменитового концентрата. Так или иначе, но дерзкий эксперимент 60-летней давности развился в огромный механизм, больше похожий на часы. В 2005 году две площадки, синхронно работающие на расстоянии сотен километров, объединились в одну структуру.

Первый слиток в руках директора ВСМПО Владислава Тетюхина (на фото справа). Фото: ВСМПО-Ависма

Интересная деталь: сырьё для ильменитового концентрата приходится импортировать. Этот факт удивителен ещё и потому, что основа для титановой губки – очень распространённый элемент, он есть везде. Например, несколько лет назад месторождение пытались разработать в Тамбовской области, но сырьё оказалось таким, что покупать за рубежом было выгоднее. До сих пор шутят, что на той инициативе успел заработать политические очки лишь кандидат в местные губернаторы. Впрочем, стоимость сырья в себестоимости готовой продукции невелика – не более 5%, поэтому возить его можно хоть из Австралии.

Титановый механизм

На часах 10:30 утра. По дороге из Екатеринбурга в Верхнюю Салду мы чуть-чуть задерживаемся и… рассинхронизируемся с заводом – не успеваем на загрузку губки и титановой стружки. Её уже спрессовали в большой электрод и по правилам электрометаллургии переплавили в «свечу» высотой больше трёх метров. Искрящийся и переливающийся всеми цветами радуги слиток мы успели увидеть до того, как его откуют, отштампуют, прокатают, обточат и рассверлят на станках.

Обработка заготовок похожа на пекарню, по которой нас водит начальник цеха Андрей Лазутин. Он рассказывает, что на титановой «кухне» биллеты на прессе вытягивают, раскатывают, нарезают и ягко снимают с них фаску. На наших глазах один из прутков режут на куски, нагревают и везут на очередной пресс, где под давлением создаются шайбы – «бублики». А то, что буквально выдирается из куска, на цеховом жаргоне так и называется – «выдра». Шайбу раскатывают на кольцераскатном стане, где важен диаметр. Чем он больше, тем выше потенциал производителя, его возможности. В данном случае раскатывают кольцо диаметром более 3 метров. А вообще, тут делают 1,5-метровые кольца для турбин известных марок самолётов. Заказы на детали подвески поступали и от команд «Формулы-1».

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. Фото: «АиФ-Урал»/ Дмитрий Шевалдин

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. Фото: «АиФ-Урал»/ Дмитрий Шевалдин

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.

Впрочем, реальные конкуренты не там, да и опасности кроются не в экономике – во внешнеполитической плоскости. Ни для кого ни секрет, что изрядная доля заказов поступает от американской и европейской авиапромышленности, где без уральского титана по разным причинам не обойтись. У россиян есть и все сертификаты, чего на 100% пока нет даже у японцев, и большой опыт работы с титаном. Однако взаимовыгодная кооперация может оказаться под угрозой, если не прекратиться вовсе: на Западе к России постоянно клеят ярлык агрессора, и политики внимательно следят за сделками с «империей зла». Ситуацию объясняет горькая шутка про то, как экономика идет «вешаться» из-за политических разборок.

Политическая страховка

Продукция высокого уровня передела – мантра, которую наизусть знали министры «росселевского призыва». Со времён первого постсоветского руководителя Свердловской области промышленная политика региона настраивалась на производство не просто заготовок, а полноценных деталей. Ведь если – условно – штамповка для стойки шасси стоит как две «Тойоты Королла», то готовая деталь стоит – тоже условно – как восемь.

Цех механообработки – гордость предприятия. Здесь титановые заготовки приводят в надлежащий вид и готовят к отправлению. Фото: «АиФ-Урал»/ Дмитрий Шевалдин

На выполнение сверхзадачи работает цех механической обработки, где станки рассверливают титановые штамповки сразу в пяти координатных плоскостях, превращая их в черновые детали для самолётов. «Заготовка на станках протачивается, просверливается, а затем подвергается термообработке. Пять координат – это вдоль, поперек, вверх и по двум диагоналям», – объясняет начальник цеха Сергей Таланцев. Впрочем, и тут видна глубина европейской и американской кооперации: один станок – из США, ещё одна линия итальянского производства монтируется на помощь чешской.

Планы по чистовой отделке могут реализоваться уже к 2020 году – на площадке совместного с «Боинг» предприятия Ural Boeing Manufacturing –2. Его открыли в сентябре 2018 года на территории особой экономической зоны «Титановая долина».

В завершение остается добавить, что работает и платит налоги товаропроизводящее подразделение корпорации ВСМПО-АВИСМА на Урале, в городе с населением 42 тысячи, из которых каждый второй дееспособный житель работает на ВСМПО и справедливо считает себя титанщиком.

Сегодня российским титаном «ответственного применения» закрывается около 50% всей потребности Airbus, 35% — Boeing. Среди заказчиков ВСМПО-АВИСМА 50 компаний из 350 стран мира, среди них не только вышеперечисленные гиганты самолетостроения, но ещё и Embraer, Rolls Royce, General Electric, Honeywell, MTU и другие.

6 фактов о титане

Названный в честь колоссальных титанов греческой мифологии, титан — самый прочный металл на Земле в соотношении фунт за фунтом. Хотя это не дефицитный металл, он стоит дорого из-за затрат на его добычу и производство. Возможно, вы слышали о титановых клюшках для гольфа или титановых подводных лодках, но знаете ли вы, что в белой глазури для торта есть титан? Вот шесть интересных фактов об известном прочном металле.

Объявление

1.«Богоподобный» металл не выковывали до 20 века

Еще в 1791 году британский минералог-любитель и пастор церкви Уильям Грегор зачерпнул любопытный черный песок в ручье недалеко от города Корнуолл. Часть песка была магнитной, что, как определил Грегор, было оксидом железа, но другой материал оставался загадкой. Это наверняка был еще один оксид, но не тот, который фигурирует в книгах Королевского геологического общества.

Немецкий химик Мартин Генрих Клапрот повторно открыл необычный оксид в 1795 году и дал ему мифологическое название оксид титана в честь божеств, которые предшествовали олимпийцам в греческой мифологии

Несмотря на то, что он был открыт в конце 18 века, чистый титан не был изолирован от его оксида до 1910 года, когда американский химик Мэтью Хантер, работавший в General Electric, придумал, как отделить серебристый металл от оксида под воздействием высокой температуры и давление в герметичной «бомбе».«

Объявление

2. Невероятно легкий и прочный

Титановые сплавы (смеси титана и других металлов) имеют самое высокое отношение прочности к весу среди всех металлов на планете. Чистый титан прочен, как сталь, но на 45 процентов легче.

Впечатляющее соотношение прочности и веса титана

сделало титановые сплавы незаменимыми материалами для авиационных двигателей и корпусов, ракет, ракет — любого применения, где металлические компоненты должны быть максимально прочными и легкими.

Airbus A380, самый большой пассажирский самолет в мире, содержит 77 тонн (70 метрических тонн) титана, в основном в его мощных двигателях.

Благодаря инновациям в металлургии 1930-х годов, названным «процессом Нокса», промышленная ковка титана в 1940-х и 1950-х годах вошла в полный оборот. Первое применение было в военных самолетах и ​​подводных лодках (как американских, так и российских), а затем в коммерческих самолетах в 1960-х годах.

Объявление

3.Титан не ржавеет

Коррозия — это электрохимический процесс, который со временем медленно разрушает большинство металлов. Когда металлы подвергаются воздействию кислорода в воздухе или под водой, кислород захватывает электроны, создавая то, что мы называем «оксидами» металлов. Один из наиболее распространенных коррозионных оксидов — оксид железа, он же ржавчина.

Но не все оксиды подвергают основной металл коррозии. Когда титан контактирует с кислородом, он образует на своей поверхности тонкий слой диоксида титана (TiO2).Этот оксидный слой фактически защищает нижележащий титан от коррозии, вызываемой большинством кислот, щелочей, загрязнениями и соленой водой.

Природные антикоррозионные свойства титана делают его идеальным материалом не только для самолетов, но и для подводных компонентов, которые подвергаются воздействию высококоррозионной соленой воды. Судовые гребные винты почти всегда изготавливаются из титана, как и внутренние балластные и трубопроводные системы корабля, а также бортовое оборудование, подверженное воздействию морской воды.

Объявление

4.Титан живет в частях тела, от головы до ног

Тот же самый тонкий слой диоксида титана, который защищает титан от коррозии, также делает его самым безопасным материалом для имплантации в человеческое тело. Титан полностью «биосовместим», что означает, что он нетоксичен, не вызывает аллергии и даже может сливаться с тканями и костями человека.

Титан — предпочтительный хирургический материал для имплантатов костей и суставов, черепных пластин, корней зубных имплантатов, колышков для искусственных глаз и ушей, сердечных клапанов, сращений позвоночника и даже уретральных дефектов.Исследования показали, что титановые имплантаты заставляют иммунную систему организма вырастать кость непосредственно на титановой поверхности — процесс, называемый остеоинтеграцией.

Другая причина, по которой титан является популярным для замены тазобедренного сустава и штифтов для переломов костей, заключается в том, что титан имеет знаменитое высокое соотношение прочности и веса, которое делает имплантаты легкими, а также демонстрирует такую ​​же эластичность, как человеческая кость.

Объявление

5. Он качается в гольф-клубах и другом спортивном инвентаре

По мере того, как в конце 20-го века цена на чистый титан упала, производители начали искать новые коммерческие применения для этого чудо-металла.Легкость титана сделала его идеальным для использования в спортивных товарах.

Самые первые титановые клюшки для гольфа появились в магазинах в середине 1990-х годов, в том числе гигантский гонщик из Каллавея, известный как Great Big Bertha. Клюшки были дорогими по сравнению со стальными или деревянными драйверами, но их успех заставил других производителей спортивных товаров заняться титаном.

Теперь вы можете найти титан в любом спортивном инвентаре, где вес, прочность и долговечность являются ключевыми: теннисные ракетки, клюшки для лакросса, лыжи, велосипедные рамы, бейсбольные биты, походное и альпинистское снаряжение, походное снаряжение и даже подковы для профессиональных скаковых лошадей. .

Объявление

6. Белая краска (и глазурь для торта) содержат титан

Только 5 процентов из 6,3 миллиона тонн (5,7 миллиона метрических тонн) титана, производимого ежегодно, выковывается в металл. Подавляющее большинство из них превращается в диоксид титана, тот же материал, который естественным образом защищает титан от коррозии. Диоксид титана используется во всем мире в качестве нетоксичного отбеливающего пигмента для красок, косметики, лекарств и продуктов питания, включая глазурь для белого торта.

Белая краска раньше окрашивалась пигментом на основе свинца, но как только стало известно о влиянии свинца на здоровье, преобладал диоксид титана. Оказывается, пигменты на основе титана обладают некоторыми классными свойствами.

Маляры выбирают белые краски на титановой основе, потому что они обладают антикоррозийными свойствами и служат дольше. Оксид титана обладает чрезвычайно высокой преломляющей способностью, придавая ему естественный блеск больше, чем у алмаза, и придавая ему особенно яркий оттенок белого. Оксид титана также отражает инфракрасный свет, поэтому краски на основе титана всегда используются на внешней стороне солнечных обсерваторий для рассеивания инфракрасного света, который размывает изображения.

.

Test_1-7.

. , , В4-В10 , г. . . В4-В10 .

Кто действительно открыл Америку?

В4. Все знают, что Кристофер Колумб открыл Америку. Однако Америка в честь Америго Веспуччи кто исследовал восточное побережье юга Америка. НАЗВАНИЕ

B5. Действительно ли он первым достиг континент? Великий норвежский исследователь Тур Хейердал считал, что древние люди умеет строить лодки что может пересечь океаны. BE

B6. Чтобы проверить свои идеи, Хейердал решил построить копию древнеегипетской лодки. 25 мая 1969 года лодка получила название Ra . порт в Марокко. ВЫЙТИ

B7. 17 мая 1970 г. Ра с двумя успешно на борту пересек Атлантику, доказав, что древний цивилизации имели достаточно навыков, чтобы достичь Америка задолго до Колумба.МОРЯК

Труда День

В8. День труда — праздник в честь рабочих. 5 сентября 1882 года номер Парад ко Дню труда прошел проходил в Нью-Йорке.ОДИН

В9. 20000 рабочих двинулись на Бродвей, баннера Труд творит все богатство. После парада были пикники по всему городу. ПЕРЕНОСИТЬ

B10. На следующий год еще человек приняли участие в празднование. В 1894 году Конгресс сделал это национальный праздник. Сегодня большинство американцев Считайте День труда концом лета. Они наслаждаются последними трехдневными выходными на на пляжах и в парках.МНОГИЕ

.

Кто открыл Америку? Вы будете удивлены ответом

Америка, также известная как Новый Свет, как утверждается, была открыта многими людьми много раз. Однако нельзя сказать наверняка, кто первым открыл Америку.

Быстрый факт!

Христофор Колумб реквизировал три корабля «Нина», «Санта-Мария» и «Пинта» во время своего путешествия, которое началось из Палоса, Испания, 3 августа 1492 года.

Америку часто открывали еще до Колумба, но всегда замалчивали.Вышеупомянутая строка известного ирландского писателя Оскара Уайльда делает важное замечание об открытии Америки. Заявления об открытиях имеют меньшее значение в современном мире, где даже научные теории Дарвина подвергаются сомнению. Вопросы вроде того, кто обнаружил, что может быть важным, только с точки зрения ведения записей. Однако имеющиеся в нашем распоряжении факты и записи можно сравнить с звеньями разорванных цепей, используемыми для достижения консенсуса в отношении открытий.

Кто первым открыл Америку?

Принято считать, что Христофор Колумб открыл Америку.Однако этот факт нельзя ни исключать, ни слепо принимать. В октябре 1492 года Колумб достиг берегов Америки, когда искал Индию. Немногие историки считают, что Колумб в 1492 году достиг не материковой части Америки. На самом деле это был остров Багамы. Колумб вернулся в Испанию после этого путешествия.

Позже, в 1497 году, Америго Веспуччи, другой итальянский исследователь, заявил, что открыл Америку. Мартин Вальдземюллер был первым, кто назвал этот огромный массив сушей Америкой.Однако нельзя с уверенностью сказать, что Колумб и Америго Веспуччи первыми открыли этот огромный континент. Китайцы утверждают, что открыли Америку задолго до плаваний, предпринятых европейскими моряками.

Так кто же на самом деле открыл Америку? Давайте узнаем больше по этой теме из подробностей о путешествиях, совершенных людьми, кроме Колумба и Америго Веспуччи.

Открытие Америки до Христофора Колумба

Многие люди достигли американского континента до Колумба.Люди из Азии достигли Америки за тысячи лет до Колумба и стали ее обитателями.

Норвежские экспедиции в Америку начались задолго до 1492 года нашей эры, то есть в 986 году нашей эры. Эти экспедиции были инициированы Бьярни Херйолфссоном. Предполагается, что Херйолфссон отправился из Исландии и направился в сторону Гренландии. Он заблудился во время шторма, после которого его корабль поплыл на юг. Херйолфссон случайно наткнулся на берег с невысокими холмами, покрытыми растительностью. Однако его больше интересовало возвращение в Гренландию, чем изучение этого места.

Лейф Эрикссон, прочитавший официальный отчет Бьярни Херйолфссона о путешествии, решил найти Новый Свет. Говорят, что Эрикссон со своей командой из 35 человек достиг того места, которое сегодня называется L’Anse aux Meadows в Ньюфаундленде, Канада.

В 1963 году в Канаде археологами были обнаружены останки поселения викингов. Считается, что этим останкам 1000 лет. Это убедительно доказывает, что Америка была открыта норвежскими исследователями еще до Колумба.

Большинство экспедиций до времен Христофора Колумба не были задокументированы должным образом.Отсутствие каких-либо рунических надписей в Северной Америке вызывает сомнения в утверждениях норвежских исследователей. Однако говорят, что эти исследователи просто рассказывали о своих путешествиях и не привыкли их документировать.

По некоторым данным, китайский адмирал Чжэн был первым, кто открыл Америку. Однако эти утверждения не принимаются во внимание, поскольку ни одно из плаваний адмирала Чжэна не выходило за пределы Индийского океана.

Записи об азиатских исследователях, достигших берегов Северной Америки в 499 году до нашей эры, были найдены в документах, датированных 629 годом нашей эры.Говорят, что буддийский монах из Китая по имени Хай-Шэнь достиг Северной Америки. Хай-Шен достиг сказочной страны Фу-Санг, путешествуя на восток. Интересно, что земля Фу-Санг, описанная Хай-Шеном, очень напоминает Северную Америку. Хотя это и не является конкретным свидетельством, эти записи предоставляют возможность историкам, ищущим настоящего первооткрывателя, исследовать их.

Есть несколько других открытий, которые подтверждают утверждение, что азиаты достигли Америки раньше Колумба. Например, японские мечи были найдены на Аляске, а китайские монеты — в Британской Колумбии.

Путешествие Джона Кэбота

Джон Кэбот (ок. 1450–1499), итальянец Джованни Кабото, является одним из первых исследователей, достигших берегов Америки. Хотя он был итальянцем и жил в Венеции до 1488 года, Кабот уехал в Англию в поисках возможностей стать исследователем. Говорят, что его вдохновляли путешествия Варфоломея Диаса.

В мае 1497 года Джон Кэбот и его команда по поручению короля Англии Генриха VII покинули Бристоль на корабле под названием «Мэтью».Сообщается, что он достиг Северной Америки 24 июня 1497 года и вернулся в Бристоль 6 августа 1497 года.

Подробности второго путешествия, предпринятого Каботом в мае 1498 года, остаются тайной. Это связано с тем, что историки расходятся во мнениях относительно того, чем закончилось второе путешествие Джона Кэбота. Кабот стартовал из Бристоля с 5 кораблями и командой из 300 человек. Одно из 5 кораблей было направлено в Ирландию из-за некоторых проблем с его функционированием. Нет ясности в том, что произошло в более поздней части путешествия.

Интересные факты о Христофоре Колумбе

Изображение Колумба, достигающего Америки

Какими бы ни были последствия открытия Нового Света, важно, чтобы мы знали больше о Христофоре Колумбе и его попытках найти Новый Свет. Христофор Колумб родился ок. 1435 г. в Генуе, Италия. Он проявлял большой интерес к таким предметам, как география, астрономия и космология.

• В те дни моряки не могли выводить свои корабли в более глубокие моря из-за отсутствия надлежащих средств навигации.Разработки в области средств навигации оказались очень полезными для длительных путешествий в океаны. Астролябия была одним из таких инструментов, который помогал определять высоту солнца и расстояние корабля от экватора. Эти события побудили моряков совершать более длительные путешествия, которые нельзя было совершить раньше.

• Колумб достиг того, что он считал Новым Светом (фактически остров Сан-Сальвадор) 12 октября 1492 года. Однако открытие этого острова было только первым шагом в процессе открытия Нового Света.

• Если мы отложим на время вопрос об открытии Америки, можно сказать, что Колумб ввел мир в новую эпоху колониализма. Его открытие побудило многих совершить путешествие в Америку.

Америго Веспуччи

• События Колумба и Америго Веспуччи, достигшие этого нового континента, предоставили трейдерам множество возможностей, которые, в свою очередь, принесли экономическое процветание Европе. Ресурсы и обширная территория Америки до того времени оставались неизведанными; поэтому открытие Колумба ознаменовало начало новой эры.

• Новый Свет, как часто называют Америку, был населен красными индейцами до прибытия европейских поселенцев. В конце концов, европейцы захватили землю и начали свое собственное правление.

Если мы будем придерживаться общепринятых убеждений, Христофора Колумба можно приписать открытию Америки. Раньше приходилось полагаться на определенные, конкретные источники информации об открытиях. Однако взаимодействие между различными культурами и обществами мира привело к открытию многих скрытых истин и фактов, которые до сих пор просто замалчивались.Следовательно, вопрос о том, кто первым открыл Америку, может вызвать еще несколько вопросов, которые могут потребовать от нас раскрыть факты и истины, которые остаются похороненными под толстым слоем времени.

.