Apakah titanium diperbuat daripada?
Dalam-bidang canggih seperti aeroangkasa,-penerokaan laut dalam dan implan perubatan, logam putih-perak kerap dilihat-ia boleh menahan suhu 3000 darjah dalam enjin roket, bercantum dengan sempurna dengan tulang dalam sendi manusia dan menahan kakisan air laut dalam di bawah laut dalam. Bahan ini, yang dipuji sebagai "logam angkasa," adalah titanium. Daripada mineral jauh di dalam Bumi hinggalah kepada-bahan berketepatan tinggi di tangan manusia, penciptaan titanium merangkumi kebijaksanaan industri moden, dan proses pembuatannya dianggap sebagai "permata mahkota" dalam bidang metalurgi kimia.
Bahan mentah titanium tidak diperoleh secara langsung daripada unsur logam, sebaliknya daripada mineral seperti ilmenit dan rutil yang terdapat di alam semula jadi. Mengambil ilmenit (FeTiO₃) sebagai contoh, titanium wujud dalam bentuk titanium dioksida (TiO₂) dalam bijih hitam ini, tetapi kandungan kekotoran adalah setinggi 40% atau lebih. Industri moden menggunakan teknologi peleburan relau elektrik untuk mencampurkan ilmenit dengan kok dan memanaskannya hingga 1600 darjah, mengurangkan oksida besi kepada besi cair. Baki bahan lebur disejukkan dan dihancurkan untuk mendapatkan-sanga titanium tinggi yang mengandungi lebih daripada 90% titanium dioksida. Bahan kaya titanium-ini kemudiannya diproses melalui proses pengklorinan: dalam relau pengklorinan katil terbendalir, sanga titanium-tinggi bertindak balas dengan klorin dan kok pada 1000 darjah untuk menghasilkan gas titanium tetraklorida (TiCl₄), yang kemudiannya dikumpulkan melalui pemeluwapan lebih 9%. Proses ini seperti "sihir penulenan kimia," menanggalkan titanium daripada sistem mineral kompleks dalam bijih.
Selepas mendapat titanium tetraklorida, cabaran sebenar bermula. Oleh kerana titanium mudah bertindak balas dengan oksigen, nitrogen dan karbon pada suhu tinggi, industri menggunakan kaedah pengurangan magnesioterma dalam persekitaran tertutup untuk transformasi penting: wap titanium tetraklorida dimasukkan ke dalam reaktor keluli tahan karat yang diisi argon-, di mana ia mengalami tindak balas sesaran dengan magnesium cair pada 800 darjah titanium span dan magnesium klorida. Tindak balas yang kelihatan mudah ini sebenarnya menyembunyikan rahsia-magnesium klorida yang dihasilkan dalam tindak balas menyaluti permukaan zarah titanium, menghalang tindak balas yang berterusan. Untuk menangani perkara ini, jurutera membangunkan "teknologi tindak balas katil terbendalir," menggunakan kacau gas untuk memastikan sentuhan yang mencukupi antara bahan tindak balas, meningkatkan kecekapan tindak balas kepada lebih 90%. Selepas tindak balas, span titanium perlu disuling dan diasingkan dalam persekitaran vakum pada 1000 darjah untuk mendapatkan titanium span dengan keliangan 70% dan ketulenan 99.7%.
Daripada titanium span kepada bahan praktikal, satu halangan terakhir mesti diatasi: peleburan. Oksigen dalam bahan refraktori tradisional bertindak balas dengan kuat dengan titanium cecair, menyebabkan bahan menjadi rapuh. Pada tahun 1956, saintis Amerika mencipta air-relau arka elektrik pijar tembaga yang disejukkan: air penyejuk yang beredar disalurkan melalui dinding dalam bekas tembaga untuk mengekalkan dinding luar pada suhu rendah, manakala kawasan tengah dipanaskan hingga 1700 darjah oleh arka elektrik. Apabila titanium span cair, titanium cecair secara semula jadi tenggelam disebabkan perbezaan ketumpatannya dan memejal serta-merta apabila bersentuhan dengan dinding kuprum, membentuk jongkong titanium bebas pencemaran-. Kejayaan dalam teknologi "peleburan dinding sejuk" ini membolehkan manusia memperoleh-jongkong titanium bersaiz besar buat kali pertama, meletakkan asas bagi pembuatan komponen utama seperti bilah enjin pesawat dan badan kapal selam-dalam.
Industri titanium moden telah membentuk rantaian perindustrian yang lengkap: daripada benefisiasi ilmenit kepada-penyediaan sanga titanium yang tinggi, daripada penapisan titanium tetraklorida kepada pengeluaran titanium span, dan akhirnya kepada jongkong titanium yang diperoleh melalui peleburan arka boleh guna vakum. Sebagai pengeluar titanium terbesar di dunia, pengeluaran titanium span China mencapai 150,000 tan pada 2023, menyumbang lebih daripada 60% daripada jumlah global. Di Pangkalan Industri Titanium Kebangsaan Baoji, relau lebur vakum berdiameter 3{11}}meter boleh mengeluarkan 60 tan jongkong titanium pada satu masa. Menggunakan teknologi peleburan relau perapian sejuk sinar elektron, kandungan kekotoran bahan titanium boleh dikawal di bawah 0.01%, memenuhi piawaian gred aeroangkasa. Bahan titanium ini, selepas proses penempaan, penggulungan dan lukisan, boleh dibuat menjadi foil dengan ketebalan 0.05 mm dan wayar dengan diameter 0.03 mm, memenuhi pelbagai keperluan daripada sambungan tiruan kepada antena satelit.
Daripada bijih bawah tanah yang dalam kepada jet pejuang yang melambung tinggi di langit, perjalanan transformasi titanium menyaksikan penerokaan mendalam manusia terhadap sains bahan. Logam ini, dengan hanya 45% ketumpatan keluli tetapi kekuatan yang setanding, sedang membentuk semula sempadan industri moden dengan ciri-ciri "ringan dan tinggi-kekuatan" yang unik. Dengan kejayaan dalam teknologi aloi titanium percetakan 3D dan pembangunan aloi ringan-titanium, bidang aplikasi bahan titanium terus berkembang. Pada masa hadapan, "logam angkasa" ini mungkin memasuki isi rumah biasa, bersinar terang dalam bidang seperti kenderaan tenaga baharu dan peranti boleh pakai pintar, meneruskan bab legenda sains bahan.
