Titanhydrid-Pulver ist ein wichtiges fortschrittliches Material mit einzigartigen Eigenschaften, die es für verschiedene industrielle und kommerzielle Anwendungen geeignet machen. Dieses Pulver besteht aus Titan- und Wasserstoffatomen, die miteinander verbunden sind, was ihm besondere physikalische, chemische, mechanische und andere Eigenschaften verleiht.
Überblick über Titanhydrid-Pulver
Titanhydridpulver hat die chemische Formel TiH2 und eine dunkelgraue Farbe. Einige wichtige Merkmale dieses Materials sind:
- Hohe Wasserstoffabsorptions- und -desorptionsfähigkeit
- Leichtes Gewicht und dennoch starke mechanische Eigenschaften
- Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion und Chemikalien
- Fähigkeit zur Modulation der elektrischen Leitfähigkeit
- Verwendung als Schäumungsmittel für Titanmetalle
- Funktionalität über einen weiten Temperaturbereich
- Biokompatibilität und nicht-toxische Eigenschaften
Aufgrund seiner Anpassungsfähigkeit kann Titanhydrid für verschiedene Zwecke eingesetzt werden, je nachdem, wie das Pulver verarbeitet und verwendet wird. Die folgenden Abschnitte befassen sich mit der Zusammensetzung des Pulvers, verschiedenen Produktionsmethoden, wichtigen Eigenschaften und Anwendungen in verschiedenen Branchen.
Titanhydrid-Pulver-Zusammensetzung
Wie der Name schon sagt, besteht Titanhydridpulver hauptsächlich aus Titan- (Ti) und Wasserstoffatomen (H). Es können jedoch auch geringe Mengen anderer Elemente wie Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Eisen, Aluminium und Vanadium enthalten sein.
Der Reinheitsgrad und das Verhältnis von Titan und Wasserstoff können zwischen verschiedenen Pulversorten variieren:
| Titan-Gehalt | Wasserstoffgehalt |
|---|---|
| 90-98% | 2-10% |
Titanhydrid mit höherem Reinheitsgrad enthält weniger Verunreinigungen und ist für anspruchsvollere Anwendungen geeignet, während weniger reine Sorten für den allgemeinen Gebrauch billiger sind.
Methoden zur Herstellung von Titanhydrid
Die gängigsten Verfahren zur Herstellung von Titanhydridpulver sind:
- Hydrierung von Titanpulvern: Titanpulver wird unter Druck stehendem Wasserstoffgas bei erhöhten Temperaturen ausgesetzt, was zur Wasserstoffabsorption und TiH2-Bildung führt. Diese Methode ermöglicht eine gute Kontrolle über Form, Größe und Morphologie des Pulvers.
- Direkte Hydrierung von Titanschwamm: Das Titanhydridpulver wird direkt aus Titanschwamm durch Hydrierung hergestellt. Dieser einstufige Ansatz führt zu unregelmäßigen Pulverformen.
- Elektrolyse von geschmolzenen Salzen: Verwendet geschmolzene Elektrolyte, die gelöste Titansalze enthalten, um Titanhydridpulver durch elektrolytische Hydrierung abzuscheiden.
- Mechanisches Fräsen: Beim Hochenergie-Kugelmahlen von Titan und wasserstoffhaltigen Verbindungen wird das Gemisch durch Mechanochemie in Titanhydridpulver umgewandelt und homogenisiert.
Die Partikelform, die Größenverteilung, die Klopfdichte, der Reinheitsgrad, das Zusammensetzungsverhältnis und die Pulvereigenschaften können durch Anpassung der Produktionsparameter auf die jeweiligen Anwendungsanforderungen zugeschnitten werden.
Wichtige Eigenschaften von Titanhydrid-Pulver
Titanhydrid besitzt mehrere einzigartige physikalische, chemische, elektrische, mechanische und biologische Eigenschaften, die ihm eine hohe Funktionalität verleihen.
Physikalische Eigenschaften
| Eigentum | Werte |
|---|---|
| Farbe | Dunkelgrau |
| Schmelzpunkt | 1680°C |
| Siedepunkt | K.A. |
| Dichte | 3,75 g/cm3 |
Der hohe Schmelzpunkt ermöglicht es Titanhydrid, seinen festen Zustand über einen breiten Temperaturbereich in industriellen Umgebungen beizubehalten.
Chemische Eigenschaften
- Hervorragende Korrosionsbeständigkeit durch spontane Bildung von Titanoxid-Schutzschichten auf der Oberfläche bei Kontakt mit Luft oder Feuchtigkeit
- Geringe chemische Reaktivität macht es inert gegenüber den meisten Säuren, Laugen und organischen Chemikalien
- Oxidiert leicht bei Temperaturen über 400°C
- Nimmt bei der Hydrierung große Mengen an Wasserstoffgas auf und setzt beim Erhitzen Wasserstoff frei
Mechanische Eigenschaften
| Eigentum | Werte |
|---|---|
| Härte | 750-950 HV |
| Bruchzähigkeit | ~1 MPa√m |
| Elastizitätsmodul | 100-165 GPa |
| Schermodus | 32-43 GPa |
| Bulk Modulus | 57-93 GPa |
| Querkontraktionszahl | 0.18-0.40 |
| Streckgrenze unter Druck | 0,5-1 GPa |
Die hohe Festigkeit und Bruchzähigkeit in Verbindung mit der geringen Dichte führt zu einem ausgezeichneten Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht bei Titanhydridpulver. Außerdem ist es abrieb- und verschleißfest.
Elektrische Eigenschaften
Die elektrische Leitfähigkeit von Titanhydrid kann in einem weiten Bereich auf der Grundlage der Verarbeitungsgeschichte gesteuert werden. Spezifische Werte für den elektrischen Widerstand sind:
| Eigentum | Werte |
|---|---|
| Elektrischer spezifischer Widerstand | 0,55 - 14 μΩ-m |
Es zeigt ein elektrisches Schaltverhalten, das auf reversible Phasenübergänge zwischen den Kristallstrukturen während der Wasserstoffabsorptions- und -desorptionszyklen zurückzuführen ist.
Biologische Eigenschaften
- Bioinert - minimale Zytotoxizität oder Reaktion des Immunsystems ermöglicht biomedizinische Anwendungen
- Nicht allergen und nicht reizend
- Nicht magnetisch und nicht störend für die medizinische Bildgebung
Insgesamt ist Titanhydrid korrosionsbeständig, leicht, stark, langlebig, elektrisch funktionsfähig, temperaturstabil und biokompatibel. Diese Eigenschaften tragen dazu bei, dass es vielseitig einsetzbar ist und sich für Nischenanwendungen eignet.
Anwendungen von Titaniumhydrid-Pulver
Die hervorragenden Eigenschaften der Wasserstoffspeicherung und -abgabe in Verbindung mit vorteilhaften physikalischen, chemischen, elektrischen, mechanischen und biologischen Eigenschaften machen Titanhydrid für verschiedene kommerzielle und industrielle Anwendungen geeignet:
Energiespeicherung
- Wiederaufladbares festes Wasserstoffspeichermaterial - tragbare Brennstoffzellen, Elektrofahrzeuge nutzen Titanhydrid als Wasserstoffquelle
- Funktioniert als Anodenmaterial und verbessert die Leistung in einigen Batteriechemien
Chemische Produktion
- Zur sicheren Speicherung von Wasserstoffgas bei Raumtemperatur und atmosphärischem Druck
- Dienst als stabile und bequeme Wasserstoffquelle für die chemische Synthese oder die Herstellung von Halbleitern
Schaumbildner
- Die Zersetzung von Titanhydrid liefert Keimbildungspunkte für das Aufschäumen von geschmolzenem Titanmetall zu einer porösen Struktur mit geringer Dichte und großer Oberfläche
Pulvermetallurgie
- Legierungselement, das die Verfestigung, Härtung oder thermischen Eigenschaften verändert
- Kornwachstumsinhibitor zur Kontrolle des Gefüges von gesinterten Titanlegierungen
- Verbessert Pulverfluss, Packungsdichte und Verdichtbarkeit
Biomedizinische
- Implantierbare medizinische Geräte, Prothesen, zahnmedizinische und orthopädische Implantate
- Bio-Scaffolds und poröse Strukturen ermöglichen das Einwachsen von Gewebe
Im nächsten Abschnitt werden die verschiedenen verfügbaren Spezifikationen, Größen, Qualitäten und Standards von Titanhydridprodukten untersucht.
Titanhydrid Spezifikationen
Titanhydrid wird in Pulver-, Granulat-, Pasten- und gegossenen Formen vermarktet, um den Anwendungsanforderungen gerecht zu werden. Im Folgenden werden verschiedene Produktstandards, Größen, Qualitäten und Hersteller beschrieben:
Pulvergrößen und -verteilungen
| Typ | Partikelgrößenbereich |
|---|---|
| Ultrafeines Pulver | 0,1 - 1 μm |
| Feines Pulver | 1 - 10 μm |
| Grobes Pulver | 10 - 100 μm |
Enge und maßgeschneiderte Partikelgrößenverteilungen für optimale Leistung sind möglich.
Reinheitsgrade
- Geringe Reinheit: Bis zu 98% Titanhydrid mit Verunreinigungen
- Mittlere Reinheit: Mindestgehalt an 98%-Titanhydrid
- Hohe Reinheit: Bis zu 99,9%-Titanhydrid-Gehalt
Hochreine Sorten sind teurer, bieten aber bessere Eigenschaften.
Industrie-Normen
- ASTM B743: Standardspezifikation für Titanhydridpulver (Sorten R58001-R58003) zur Verwendung in pulvermetallurgischen Presslingen
- ASTM C737: Spezifiziert Mindestgrenzwerte für Assays und Verunreinigungen sowie Probenahmeprotokolle für Titanhydridpulver in Nuklearqualität
- MIL-T-19504E: Militärische Spezifikation, die Techniken zur Bewertung verschiedener Qualitätsmetriken und Prüfkriterien standardisiert
Diese Normen helfen dabei, Pulverzusammensetzungen zu definieren, die für standardisierte Qualifikationstests und Qualitätssicherungsmaßstäbe in verschiedenen Branchen geeignet sind.
Globale Anbieter und Preisgestaltung
Einige weltweit führende Hersteller und Lieferanten von Titanhydrid-Pulver umfassen:
| Unternehmen | Standort | Kostenvoranschlag |
|---|---|---|
| GfE Metalle und Materialien GmbH | Deutschland | $100 - $300 pro kg |
| Micron Metals, Inc. | USA | $50 - $250 pro kg |
| Jinzhou Haixin Metal Materials Co. | China | $30 - $100 pro kg |
| Edgetech Industries LLC | UK | $250 - $1500 pro kg |
Die Preise variieren je nach Auftragsvolumen, Pulversorten, Reinheitsgrad, Partikelgröße und Kundenanpassung.
Vergleich zwischen Titanhydrid-Pulver Klassen
Die Titanhydrid-Pulversorten unterscheiden sich in Bezug auf das Herstellungsverfahren, das Gas-Metall-Verhältnis, die Partikelgrößenverteilung, die Klopfdichte, den Reinheitsgrad und die Pulverform.
| Parameter | Geringe Reinheit | Mittlere Reinheit | Hohe Reinheit |
|---|---|---|---|
| Reinheit | Bis zu 98% | 98-99.5% | 99.5-99.9% |
| Wasserstoffgehalt | 2-4 wt% | 3-7 wt% | 5-10 wt% |
| Sauerstoffgehalt | 0.3-3% | 0.2-1% | <0,1% |
| Kohlenstoffgehalt | 0.05-0.5% | <0,05% | <0,01% |
| Eisengehalt | 0.5-3% | 0.1-0.5% | <0,05% |
| Nickelgehalt | 0.1-1% | <0,05% | <0,01% |
| Partikelform | Unregelmäßig, flockig | körnig, kugelförmig | Fließfähiges feines Pulver |
| Partikelgröße | 10-300 μm | 1-100 μm | 0,1-10 μm |
| Zapfstellendichte | 0,5-2,5 g/cc | 1,5-4 g/cc | 2-6 g/cc |
| Scheinbare Dichte | 25-35% Gewindebohrerdichte | 35-45% Gewindebohrerdichte | 45-65% Gewindebohrerdichte |
| Fließfähigkeit | Schlecht | Passabel | Gut |
| Farbe | Dunkelgrau bis schwarz | Dunkelgrau | Dunkelgrau |
| Kosten | Niedrig | Mittel | Hoch |
Die Sorten mit höherem Reinheitsgrad weisen eine höhere Pulverdichte auf, was eine bessere Vermischung und Reaktivität sowie eine bessere elektrische und mechanische Leistung ermöglicht. Sie sind jedoch mit einem Kostenaufschlag im Vergleich zu hochwertigen allgemeinen Sorten verbunden. Die Anpassung an Kundenwünsche hilft dabei, die Anforderungen der Anwendung mit den Budgeteinschränkungen in Einklang zu bringen.
Vorteile von Titanhydrid
- Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht
- Widerstandsfähige mechanische Eigenschaften
- Korrosions- und Abriebfestigkeit
- Betriebsfähig über einen weiten Temperaturbereich
- Elektrisch leitfähig und dennoch inert
- Geringere Dichten als bei Titanlegierungen
- Veränderbare Mikrostrukturen
- Kontrollierte Energiefreisetzung
- Biokompatibel und ungiftig
Diese nützlichen Funktionen erweitern die Möglichkeiten, in denen Titanhydrid von Nutzen sein kann.
Beschränkungen von Titanhydrid
- Oxidationsneigung der Oberfläche bei erhöhten Temperaturen
- Höhere Kosten als konkurrierende Materialien
- Begrenzte Formbarkeit schränkt die Bauteilgeometrien ein
- Anfällig für langsames Risswachstum durch Wasserstoffversprödung
- Erfordert kontrollierte Abkühlungsraten, um unkontrolliertes Schäumen zu verhindern
- Pulversorten variieren stark in Qualität und Konsistenz
Die richtige Pulvercharakterisierung, Umgebungskontrollen, Konstruktionsarchitekturen und Verarbeitungsparameter helfen, diese Einschränkungen zu überwinden.
FAQ
F: Ist Titanhydrid entflammbar oder explosiv?
A: Nein. Titanhydrid ist als nicht brennbar und nicht explosiv eingestuft und kann bei normaler Handhabung sicher transportiert und gelagert werden. Unter extremen Bedingungen ist jedoch eine örtlich begrenzte Pulververbrennung möglich.
F: Wie hoch ist die Wasserstoffdesorptionstemperatur?
A: Die meisten Titanhydridsorten beginnen oberhalb von 200 °C mit der Freisetzung von Wasserstoff und schließen die Desorption bei 550 °C ab. Diese Temperatur kann durch die Verwendung spezieller Katalysatoren gesenkt werden.
F: Spielt die Partikelgröße für die Leistung eine Rolle?
A: Ja. Kleinere Titanhydridpartikel haben höhere Diffusionsraten und reaktive Oberflächen. Größere Partikel verbessern jedoch die Fließfähigkeit und die Packungsdichte. Verschiedene Größen eignen sich für verschiedene Anwendungen.
F: Kann Titanhydridpulver recycelt werden?
A: Titanhydrid kann mehrere Wasserstoff-Absorptions-Desorptions-Zyklen mit guter Reversibilität durchlaufen. Das bedeutet, dass verbrauchtes Pulver je nach dem Grad der vorherigen Verunreinigung wiederaufbereitet und wiederverwendet werden kann.
F: Was beeinflusst die Lebensdauer von Titanhydrid-Wasserstoffspeichern?
A: Wiederholte Hydrierungs- und Zersetzungszyklen, Betriebstemperaturen, lokale Spannungen, Materialreinheit und Umweltbedingungen bestimmen die langfristige Stabilität der Wasserstoffspeicherung und die Nutzungsdauer.
