1. Tīra titāna veiktspējas atšķirības ar dažādiem tīrības līmeņiem
1.1. Mehāniskās īpašības
Stiprums un cietība
Zemas-tīrības pakāpes komerciālais titāns (3. klase/4. KP titāns): ar lielāku piemaisījumu saturu (piemēram, skābekļa saturs līdz 0,35% 4. pakāpē) intersticiālie atomi (O, N, C) darbojas kā "cietinātāji", kas deformē titāna režģi, ievērojami uzlabojot stiepes izturību un cietību. 4. klases CP titāna stiepes izturība ir 550–650 MPa un Brineļa cietība ir 150–180 HB, kas ir gandrīz divas reizes lielāka nekā 1. pakāpes titāna izturība. Tomēr tas notiek uz samazinātas elastības rēķina, un pagarinājums pārrāvuma brīdī ir tikai 10–15%.
Vidējas{0}}tīrības komerciālais titāns (2. KP titāns): ar līdzsvarotu piemaisījumu saturu (skābekļa saturs ~0,25%), tas nodrošina kompromisu starp stiprību un elastību, ar stiepes izturību 345–450 MPa, pagarinājumu 18–25%, un tā ir visplašāk izmantotā kategorija vispārējās inženierijas lietojumos.
Augstas-tīrības pakāpes titāns (tīrība ir lielāka vai vienāda ar 99,9%): ar piemaisījumu saturu (kopējais iespiesto elementu skaits<0.05%) minimized, the lattice structure remains highly regular, resulting in extremely low strength (tensile strength ~200–250 MPa) and hardness (Brinell hardness <100 HB). However, it exhibits exceptional ductility, with elongation at break exceeding 30%, and can even be cold-formed into ultra-thin sheets or fine wires without cracking.
Nogurums un triecienizturība
Zemas-tīrības pakāpes CP titānam (3./4. klase) ir augstāka noguruma izturība (līdz 200–250 MPa 10⁷ cikliem), jo tā ir stiprāka, taču tā triecienizturība ir slikta (Charpy trieciena enerģija<20 J at room temperature) because impurities cause stress concentration and reduce crack resistance.
High-purity titanium has lower fatigue strength (~100–120 MPa) but superior impact toughness (Charpy impact energy >40 J istabas temperatūrā), jo piemaisījumu -izraisītu defektu neesamība ļauj materiālam absorbēt vairāk enerģijas deformācijas vai trieciena laikā.
1.2. Fiziskās īpašības
Siltumvadītspēja un elektriskā vadītspēja
Piemaisījumi zemas-tīrības titāna izkliedē siltumnesējus (fononus un brīvos elektronus), kā rezultātā samazinās siltumvadītspēja (18–20 W/(m·K) 4. klasei) un elektrovadītspēja (1,8–2,0 MS/m).
Augstas-tīrības titāna elektronu un fononu izkliede ir minimāla, siltuma vadītspēja palielināta līdz 25–30 W/(m·K) un elektrovadītspēja līdz 3,0–3,5 MS/m, padarot to piemērotāku lietojumiem, kuriem nepieciešama stabila siltuma vai elektriskā pārraide.
Termiskā stabilitāte un kušanas punkts
Piemaisījumi zemas-tīrības titānā pazemina tā pārkristalizācijas temperatūru (līdz 500–550 grādiem) un izraisa graudu rupjību augstās temperatūrās, samazinot strukturālo stabilitāti augstā-temperatūrā.
Augstas-tīrības titānam ir augstāka pārkristalizācijas temperatūra (600–650 grādi), un tas saglabā smalku, vienmērīgu graudu struktūru paaugstinātā temperatūrā (līdz 400 grādiem), nodrošinot konsekventu veiktspēju ilgstošas -augstas{5}}temperatūras apstākļos.
1.3. Ķīmiskā un korozijas izturība
Vispārējā izturība pret koroziju
Visas tīrā titāna kategorijas veido blīvu, pašdziedinošu TiO₂ pasivācijas plēvi, kas nodrošina lielisku izturību pret lielāko daļu skābju (izņemot koncentrētu HF) un sārmu. Tomēr piemaisījumu līmenis ietekmē pasivācijas plēves kvalitāti:
Zemas-tīrības pakāpes titāns (4. pakāpe) var veidot lokālus ar piemaisījumiem-bagātus reģionus, kas vājina pasivācijas plēvi, izraisot punktveida koroziju vidēs ar augstu-hlorīdu saturu (piemēram, jūras ūdenī ar augstu sāļumu).
Augstas-tīrības pakāpes titāns veido vienmērīgu, bez defektiem{1}}pasivācijas plēvi ar korozijas ātrumu<0.001 mm/year in 10% H₂SO₄ at room temperature and near-zero corrosion in most ultra-pure chemical media.
Jutība pret ūdeņraža trauslumu
Piemaisījumi, piemēram, dzelzs un ogleklis zemas{0}}tīrības titānā, paātrina ūdeņraža absorbciju, izraisot ūdeņraža trauslumu temperatūrā, kas pārsniedz 200 grādus, kas izraisa trauslus lūzumus stresa apstākļos. Augstas-tīrības pakāpes titānam ir minimāla ūdeņraža absorbcija (ūdeņraža saturs<0.001%) and is immune to hydrogen embrittlement even in high-temperature hydrogen-containing environments.
1.4. Apstrādes veiktspēja
Apstrādājamība aukstā režīmā
Augstas-tīrības titāna augstā elastība ļauj veikt dziļu auksto vilkšanu, štancēšanu un vērpšanu, ļaujot ražot sarežģītas-formas sastāvdaļas (piemēram, plānas-sienu caurules ar sieniņu biezumu<0.1 mm). In contrast, low-purity Grade 4 titanium has poor cold formability and requires intermediate annealing during processing to avoid cracking.
Metināmība
Augstas-tīrības titānam ir zems piemaisījumu saturs, tādējādi novēršot piemaisījumu-izraisītas metinātās šuves plaisāšanas risku un veidojot metinātos savienojumus, kuru mehāniskās īpašības ir gandrīz identiskas parastajam metālam. Zemas -tīrības pakāpes titāns var radīt trauslas intermetāliskas fāzes (piemēram, TiC, TiN) metināšanas zonās, samazinot šuvju stingrību par 30–40%.
2. Galvenais augstas-tīrības titāna pielietojums
2.1. Pusvadītāju un elektroniskā rūpniecība
Vafeļu apstrādes iekārtas: augstas -tīrības pakāpes titānu izmanto, lai izgatavotu komponentus ķīmiskās tvaiku pārklāšanas (CVD) kamerām, kodinātājiem un jonu implantētājiem. Tā zemais piemaisījumu saturs novērš silīcija plātņu piesārņojumu, savukārt tā izturība pret koroziju iztur agresīvus kodinātājus (piemēram, HF/HNO₃ maisījumus).
Vakuuma elektroniskās sastāvdaļas: to izmanto elektronu lampu katodu, gettermateriālu un plānu -plēvju substrātu izgatavošanai. Tā augstā elektrovadītspēja un termiskā stabilitāte nodrošina stabilu elektronu emisiju un siltuma izkliedi augstas-vakuuma un augstas temperatūras{3}}vidēs.
Printed Circuit Board (PCB) substrāti: īpaši -plānas augstas-tīrības titāna folijas kalpo kā elastīgi vadoši substrāti augstas-frekvences PCB, jo tās netraucē signāla pārraidi un tām ir lieliska noguruma izturība pēc atkārtotas lieces.
2.2. Biomedicīnas inženierija
Augstas-precizitātes implanti: īpašiem lietojumiem, piemēram, kohleāriem implantiem, neirostimulācijas elektrodiem un mikrovaskulāriem stentiem, augstas{0}}tīrības titāna izcilā bioloģiskā saderība (bez citotoksisku piemaisījumu) un elastība ļauj to pārstrādāt mikro-mēroga elastīgās struktūrās, kas pielāgojas cilvēka audu kustībai, neizraisot iekaisumu vai atgrūšanu.
Medicīnas ierīču sastāvdaļas: To izmanto ķirurģisko instrumentu uzgaļos, zobu implantu abatmentos un diagnostikas sensoru apvalkos, kur tā izturība pret koroziju ķermeņa šķidrumos (asinīs, siekalās) un zemā magnētiskā jutība (saderīga ar MRI skenēšanu) ir būtiskas priekšrocības.
2.3. Aviācija un aviācija
Aviācijas un kosmosa dzinēju sistēmas: augstas -tīrības pakāpes titānu izmanto kriogēnās degvielas tvertņu uzlikām un šķidrā skābekļa/šķidrā ūdeņraža cauruļvadu komponentiem raķešu dzinējos. Tā zemā jutība pret ūdeņraža trauslumu un elastība kriogēnās temperatūrās (-253 grādi) novērš plaisāšanu ārkārtējas termiskās cikla laikā, savukārt tā ķīmiskā tīrība novērš reakcijas ar propelentiem.
Satelītu strukturālās daļas: Viegliem, augstas precizitātes{0}}satelītu komponentiem (piemēram, antenu balstiem, termiskās vadības paneļiem) tā stabilais termiskās izplešanās koeficients (10,8 × 10⁻⁶/grāds) un augstā tīrība nodrošina izmēru stabilitāti ekstremālās temperatūras svārstībās telpā.
2.4. Ķīmiskā un kodolrūpniecība
Ultra-Tīra ķīmiskā apstrāde: augstas -tīrības ķīmisko vielu (piem., farmaceitisko starpproduktu, elektronisko-pakāpju reaģentu) ražošanā augstas-tīrības titāna reaktori un cauruļvadi novērš piemaisījumu izskalošanos produktā, nodrošinot atbilstību stingriem tīrības standartiem (piemēram, USP VI klase farmaceitiskajiem produktiem).
Kodolreaktora sastāvdaļas: To izmanto pētniecības reaktoru degvielas stieņu un neitronu moderatora konteineru apšuvumam. Tā zemais neitronu absorbcijas šķērsgriezums- (samazina neitronu zudumus) un izturība pret šķidrā nātrija vai borskābes dzesēšanas šķidruma radīto koroziju padara to ideāli piemērotu kodolierīcēm.
2.5 Uzlabota materiālu ražošana
Titāna sakausējuma galvenie sakausējumi: Augstas-tīrības titāns kalpo par pamatmateriālu augstas veiktspējas titāna sakausējumu (piem., Ti-6Al-4V ELI izmantošanai medicīnā) ražošanai, jo tā zemais piemaisījumu saturs nodrošina sakausējuma nemainīgās mehāniskās un bioloģiski saderīgās īpašības.
Plānas-plēves un pārklājuma tehnoloģija: augstas-tīrības titāna izsmidzināšanas mērķi tiek izmantoti titāna plēvju uzklāšanai saules baterijām, optiskajiem pārklājumiem un cietā diska (HDD) magnētiskajiem slāņiem, kur vienmērīga tīrība garantē plēves saķeri un veiktspēju.
