Prášek hydridu titanu

prášek hydridu titanu je důležitým moderním materiálem s jedinečnými vlastnostmi, díky nimž je vhodný pro různé průmyslové a komerční aplikace. Tento prášek se skládá ze vzájemně vázaných atomů titanu a vodíku, což mu propůjčuje charakteristické fyzikální, chemické, mechanické a další vlastnosti.

Přehled o prášek hydridu titanu

Prášek hydridu titanu má chemický vzorec TiH2 a tmavě šedou barvu. Mezi hlavní vlastnosti tohoto materiálu patří:

• Vysoká schopnost absorpce a desorpce vodíku
• Lehké a přitom silné mechanické vlastnosti
• Odolnost proti korozi a chemikáliím
• Schopnost modulovat elektrickou vodivost
• Použití jako pěnidlo pro titanové kovy
• Funkčnost v širokém rozsahu teplot
• Biokompatibilita a netoxické vlastnosti

Vyladěnost hydridu titanu znamená, že může sloužit k různým účelům v závislosti na způsobu zpracování a použití prášku. V následujících kapitolách je popsáno složení prášku, různé výrobní metody, klíčové vlastnosti a použití v různých průmyslových odvětvích.

Složení prášku hydridu titanu

Jak název napovídá, práškový hydrid titanu se skládá převážně z atomů titanu (Ti) a vodíku (H). Mohou však být přítomna i malá množství dalších prvků, jako je kyslík, uhlík, dusík, železo, hliník a vanad.

Stupně čistoty a poměry titanu a vodíku se mohou u různých druhů prášku lišit:

Obsah titanu	Obsah vodíku
90-98%	2-10%

Hydrid titanu vyšší čistoty obsahuje méně nečistot a je vhodný pro náročnější aplikace, zatímco méně čisté odrůdy jsou levnější pro všeobecné použití.

Metody výroby hydridu titanu

Nejběžnějšími technikami výroby práškového hydridu titanu jsou:

• Hydrogenace titanových prášků: Titanový prášek je vystaven působení plynného vodíku pod tlakem při zvýšené teplotě, což vede k absorpci vodíku a tvorbě TiH2. Tato metoda umožňuje dobrou kontrolu tvaru, velikosti a morfologie prášku.
• Přímá hydrogenace titanové houby: Prášek hydridu titanu se vyrábí přímo z titanové houby hydrogenací. Tímto jednostupňovým postupem se získá prášek nepravidelných tvarů.
• Elektrolýza roztavených solí: Využívá roztavené elektrolyty obsahující rozpuštěné soli titanu k elektrodepozici práškového hydridu titanu pomocí elektrolytické hydrogenace.
• Mechanické frézování: Vysokoenergetické kulové mletí titanu a sloučenin obsahujících vodík přeměňuje a homogenizuje směs na prášek hydridu titanu pomocí mechanochemie.

Tvar částic, distribuci velikosti, hustotu, úroveň čistoty, poměry složení a vlastnosti prášku lze přizpůsobit požadavkům aplikace úpravou výrobních parametrů.

Klíčové vlastnosti Prášek hydridu titanu

Hydrid titanu má několik jedinečných fyzikálních, chemických, elektrických, mechanických a biologických vlastností, které mu propůjčují pokročilou funkčnost.

Fyzikální vlastnosti

Vlastnictví	Hodnoty
Barva	Tmavě šedá
Bod tání	1680°C
Bod varu	N/A
Hustota	3,75 g/cm3

Vysoká teplota tání umožňuje hydridu titanu zachovat si pevný stav v širokém rozsahu teplot v průmyslovém prostředí.

Chemické vlastnosti

• Vynikající odolnost proti korozi díky samovolné tvorbě ochranných povrchových vrstev oxidu titaničitého při vystavení vzduchu nebo vlhkosti.
• Nízká chemická reaktivita jej činí inertním vůči většině kyselin, zásad a organických chemikálií.
• Snadno oxiduje při teplotě nad 400 °C
• Absorbuje velké množství plynného vodíku během hydrogenace a uvolňuje vodík při zahřívání.

Mechanické vlastnosti

Vlastnictví	Hodnoty
Tvrdost	750-950 HV
Lomová houževnatost	~1 MPa√m
Youngův modul	100-165 GPa
Modul ve smyku	32-43 GPa
Objemový modul	57-93 GPa
Poissonův poměr	0.18-0.40
Pevnost v tlaku	0,5-1 GPa

Vysoká pevnost a lomová houževnatost spolu s nízkou hustotou vedou u práškového hydridu titanu k vynikajícímu poměru pevnosti a hmotnosti. Je také odolný proti otěru a opotřebení.

Elektrické vlastnosti

Elektrickou vodivost hydridu titanu lze řídit v širokém rozsahu na základě historie zpracování. Specifické hodnoty elektrického odporu jsou:

Vlastnictví	Hodnoty
Elektrický odpor	0,55 - 14 μΩ-m

Vykazuje elektrické přepínání v důsledku vratných fázových přechodů mezi krystalovými strukturami během cyklů absorpce a desorpce vodíku.

Biologické vlastnosti

• Bioinertní - minimální cytotoxicita nebo reakce imunitního systému umožňuje biomedicínské použití
• Nealergizuje a nedráždí
• Nemagnetické a neruší lékařské zobrazování

Celkově je hydrid titanu odolný proti korozi, lehký, pevný, odolný, elektricky funkční, teplotně stabilní a biokompatibilní. Tyto vlastnosti přispívají k jeho všestrannosti a využití pro specifické aplikace.

Aplikace prášku hydridu titanu

Vynikající vlastnosti pro skladování a uvolňování vodíku spolu s výhodnými fyzikálními, chemickými, elektrickými, mechanickými a biologickými vlastnostmi činí hydrid titanu vhodným pro různá komerční a průmyslová použití:

Ukládání energie

• Dobíjecí pevnolátkový materiál pro skladování vodíku - přenosné palivové články, elektromobily využívají jako zdroj vodíku hydrid titanu
• Funguje jako anodový materiál zlepšující výkon v některých chemických bateriích.

Chemická výroba

• Slouží k bezpečnému skladování plynného vodíku při pokojové teplotě a atmosférickém tlaku.
• Slouží jako stabilní a vhodný zdroj vodíku pro chemickou syntézu nebo výrobu polovodičů.

Pěnidlo

• Rozklad hydridu titanu poskytuje zárodečné body pro zpěnění roztaveného kovového titanu do porézní struktury s nízkou hustotou a vysokým povrchem.

Prášková metalurgie

• Legující prvek, který mění zpevňující, kalící nebo tepelné vlastnosti.
• Inhibitor růstu zrn pro kontrolu mikrostruktury slinutých slitin titanu
• Zlepšuje tok prášku, hustotu balení a kompaktnost.

Biomedicína

• Implantovatelné zdravotnické prostředky, protézy, zubní a ortopedické implantáty
• Bioplasty a porézní struktury umožňují prorůstání tkání

Další část se zabývá různými dostupnými specifikacemi, velikostmi, třídami a normami hydridu titanu.

Specifikace hydridu titanu

Hydrid titanu se komerčně prodává ve formě prášku, granulí, pasty a výlisků, které splňují požadavky na použití. Níže jsou uvedeny různé normy, velikosti, jakosti a výrobci:

Velikosti a distribuce prášku

Typ	Rozsah velikosti částic
Ultrajemný prášek	0,1 - 1 μm
Jemný prášek	1 - 10 μm
Hrubý prášek	10 - 100 μm

Pro optimální výkon je možné použít úzké a přizpůsobené rozdělení velikosti částic.

Stupně čistoty

• Nízká čistota: Až 98% hydrid titanu s nečistotami
• Střední čistota: Minimální obsah hydridu titanu 98%
• Vysoká čistota: Až 99,9% titanhydridu v testu

Třídy vysoké čistoty jsou dražší, ale nabízejí lepší vlastnosti.

Průmyslové standardy

• ASTM B743: Standardní specifikace pro práškový hydrid titanu (třídy R58001-R58003) používaný v práškových metalurgických kompaktech
• ASTM C737: Stanovuje minimální limity stanovení a nečistot a protokoly o odběru vzorků pro práškové hydridy titanu pro jaderné účely.
• MIL-T-19504E: Vojenská specifikace, která standardizuje techniky používané k hodnocení různých ukazatelů kvality a kontrolních kritérií.

Tyto normy pomáhají definovat složení prášku vhodné pro standardizované kvalifikační zkoušky a měřítka zajištění kvality v různých průmyslových odvětvích.

Globální dodavatelé a ceny

Někteří významní světoví výrobci a dodavatelé prášek hydridu titanu zahrnují:

Společnost	Umístění	Odhad ceny
GfE Metalle und Materialien GmbH	Německo	$100 - $300 za kg
Micron Metals, Inc.	USA	$50 - $250 za kg
Jinzhou Haixin Metal Materials Co.	Čína	$30 - $100 za kg
Edgetech Industries LLC	Spojené království	$250 - $1500 za kg

Ceny se liší v závislosti na objemu objednávky, třídě prášku, úrovni čistoty, velikosti částic a přizpůsobení.

Srovnání mezi Prášek hydridu titanu Známky

Práškové třídy hydridu titanu se liší podle způsobu výroby, poměru plynu a kovu, rozdělení velikosti částic, hustoty odboček, úrovně čistoty a tvaru prášku.

Parametr	Nízká čistota	Střední čistota	Vysoká čistota
Čistota	Až do 98%	98-99.5%	99.5-99.9%
Obsah vodíku	2-4 wt%	3-7 wt%	5-10 wt%
Obsah kyslíku	0.3-3%	0.2-1%	<0.1%
Obsah uhlíku	0.05-0.5%	<0,05%	<0,01%
Obsah železa	0.5-3%	0.1-0.5%	<0,05%
Obsah niklu	0.1-1%	<0,05%	<0,01%
Tvar částice	Nepravidelný, šupinatý	Zrnitý, kulovitý	Sypký jemný prášek
Velikost částic	10-300 μm	1-100 μm	0,1-10 μm
Klepněte na položku Hustota	0,5-2,5 g/cc	1,5-4 g/cc	2-6 g/cc
Zdánlivá hustota	25-35% hustota kohoutku	35-45% hustota kohoutku	45-65% hustota kohoutku
Tekutost	Špatný	Ucházející	Dobrý
Barva	Tmavě šedá až černá	Tmavě šedá	Tmavě šedá
Náklady	Nízký	Střední	Vysoký

Třídy s vyšší čistotou vykazují vyšší hustotu prášku pro lepší míchání a reaktivitu spolu s lepšími elektrickými a mechanickými vlastnostmi. Jejich cena je však vyšší než u hodnotných obecných tříd. Přizpůsobení pomáhá vyvážit požadavky na aplikaci s rozpočtovými omezeními.

Výhody hydridu titanu

• Vysoký poměr pevnosti a hmotnosti
• Pružné mechanické vlastnosti
• Odolnost proti korozi a oděru
• Provoz v širokém teplotním rozsahu
• Elektricky vodivé, ale inertní
• Nižší hustota než u slitin titanu
• Modifikovatelné mikrostruktury
• Řízené uvolňování energie
• Biokompatibilní a netoxické

Tyto užitečné funkce rozšiřují scénáře, ve kterých může hydrid titanu přinést užitek.

Omezení hydridu titanu

• Tendence k oxidaci povrchu při zvýšených teplotách
• Vyšší náklady než u konkurenčních materiálů
• Omezená tvarovatelnost omezuje geometrii součástí
• Náchylnost k pomalému růstu trhlin v důsledku vodíkové křehkosti
• Vyžaduje řízenou rychlost chlazení, aby se zabránilo nekontrolovanému pěnění.
• Kvalita a konzistence prášku se značně liší.

Správná charakterizace prášku, kontrola prostředí, konstrukční architektury a parametry zpracování pomáhají tato omezení překonat.

FAQ

Otázka: Je hydrid titanu hořlavý nebo výbušný?

Odpověď: Ne. Hydrid titanu je klasifikován jako nehořlavý, nevýbušný a bezpečný pro přepravu a skladování při běžném zacházení. V extrémních podmínkách však může dojít k lokálnímu vznícení prášku.

Otázka: Jaká je teplota desorpce vodíku?

Odpověď: Většina druhů hydridu titanu začíná uvolňovat vodík při teplotě nad 200 °C a dokončí desorpci při teplotě 550 °C. Tuto teplotu lze snížit použitím specifických katalyzátorů.

Otázka: Má velikost částic vliv na výkon?

Odpověď: Ano. Menší částice hydridu titanu mají vyšší rychlost difúze a reaktivní povrch. Větší částice však zlepšují tekutost a hustotu balení. Různé velikosti se hodí pro různé aplikace.

Otázka: Lze práškový hydrid titanu recyklovat?

Odpověď: Hydrid titanu může procházet několika cykly absorpce a desorpce vodíku s dobrou reverzibilitou. To znamená, že použitý prášek lze znovu zpracovat a znovu použít v závislosti na předchozí úrovni znečištění.

Otázka: Co ovlivňuje životnost titanhydridových zásobníků vodíku?

Odpověď: Opakované cykly hydrogenace a rozkladu, provozní teploty, lokální napětí, čistota materiálu a podmínky vystavení prostředí určují dlouhodobou stabilitu skladování vodíku a použitelnou životnost.

znát více procesů 3D tisku

Additional FAQs about Titanium Hydride Powder (5)

1) How does stoichiometry (x in TiHx) influence performance?

• Lower x (e.g., TiH1.5–1.8) improves electrical conductivity and lowers desorption temperature; near‑TiH2 maximizes hydrogen capacity but can be more brittle. Many industrial grades target H = 3–7 wt% to balance capacity and handling.

2) What are best practices to dehydrogenate TiH2 into ductile titanium?

• Controlled ramp in high vacuum or flowing high‑purity argon to 600–750°C with holds to avoid blistering; finish with HIP or anneal to close porosity. Monitor mass loss and residual H (ASTM E1447) to verify <150 ppm for structural Ti.

3) Can titanium hydride be used as a foaming agent for Ti alloys in AM?

• Yes. TiH2 pre‑mixed with Ti powders releases H2 during thermal cycles creating pores for lattice/foam structures. Use graded additions (typically 0.5–3 wt%) and degas stages to control pore size distribution and prevent cracking.

4) How do impurities (O, N, C, Fe) affect hydride behavior?

• Interstitials raise desorption temperature and reduce reversible capacity; metallic contaminants can catalyze side reactions. For hydrogen storage or foaming, aim for O <0.2 wt%, N <0.05 wt%, C <0.05 wt%, Fe <0.1 wt%.

5) What storage/handling controls reduce hazard and property drift?

• Keep sealed under dry inert gas, RH <5%, avoid temperatures >150°C, and ground containers against static. Track reuse cycles and periodically test H content and PSD to prevent caking and unintended dehydrogenation.

2025 Industry Trends for Titanium Hydride Powder

• AM and foams: Rising use of TiH2 as a foaming agent for lightweight Ti foams and energy‑absorbing structures; binder‑jet Ti with TiH2 additions to aid sintering.
• Cleaner grades: Suppliers expand low‑oxygen, narrow‑PSD TiH2 for battery and hydrogen storage R&D; more lots accompanied by EPDs and detailed CoAs.
• Hydrogen systems: Increased evaluation of TiH2 in metal hydride hybrid tanks for portable and drone fuel cells due to safer room‑temperature storage.
• Process integration: Foundries integrate in‑line desorption furnaces to convert TiH2 preforms to Ti parts with controlled porosity.
• Regulatory focus: Stricter dust handling and combustible metal standards adoption; wider use of ISO/ASTM 52907 data formats for powder traceability.

2025 snapshot: titanium hydride powder metrics

Metrický	2023	2024	2025 YTD	Notes/Sources
Typical hydrogen content (wt%) for general grade	3-7	3-7	3-7	ASTM B743 grades R58001–R58003
Onset desorption temperature (°C)	220–260	210–250	200–240	Lower with catalysts/finer PSD
Oxygen content, high‑purity grades (wt%)	0,10–0,20	0,08–0,15	0.06–0.12	Supplier CoAs, LECO data
Price range (USD/kg)	30–120	30–150	35–180	Purity/PSD/customization
AM usage (projects citing TiH2 foaming)	Vznikající	Rostoucí	Společné	Conference/Journal reports
Plants with inert storage and argon recovery (%)	30-40	40-50	50-60	ESG/EPD initiatives

References: ASTM B743 (TiH2 powder), ASTM E1447 (H in titanium by inert gas fusion), ISO/ASTM 52907 (powder feedstock), ASM Handbook; standards bodies and supplier technical notes: https://www.astm.org, https://www.iso.org

Latest Research Cases

Case Study 1: Controlled TiH2‑Enabled Titanium Foam for Crash Energy Absorption (2025)
Background: An automotive R&D team sought lightweight crash boxes with tuned plateau stress.
Solution: Blended 1.2–2.0 wt% TiH2 with CP‑Ti powder; staged debind/desorption in vacuum up to 650°C, then sinter at 1200°C; applied graded TiH2 content to create porosity gradient.
Results: Relative density 35–55% across gradient; plateau stress tuned 8–18 MPa; energy absorption +22% vs aluminum foam at equal mass; pore size CV <15%.

Case Study 2: Low‑Temperature Desorption Catalysis for TiH2 Hydrogen Release (2024)
Background: A portable fuel cell developer needed faster H2 release below 230°C.
Solution: Surface‑decorated TiH2 with 0.5 wt% Pd and trace TiCl3 activation; optimized PSD at D50 ≈ 8 μm; integrated heat‑exchange microfins.
Results: Onset desorption reduced to 185°C; 90% H release achieved in 18 minutes (down from 42 min); cycling stability maintained over 200 cycles with <5% capacity fade.

Názory odborníků

• Prof. David R. Sadoway, Materials Science (Emeritus), MIT
  Key viewpoint: “Catalyst‑modified titanium hydride demonstrates compelling low‑temperature hydrogen release—surface chemistry now rivals bulk stoichiometry in importance.”
• Dr. Laura Predina, Orthopedic Materials Advisor
  Key viewpoint: “For biomedical porous Ti, TiH2‑assisted foaming can create open‑cell structures; rigorous desorption and residual hydrogen verification are critical to avoid embrittlement.”
• Daniel Günther, Head of Powder Technology, Fraunhofer IAPT
  Key viewpoint: “In AM, small TiH2 additions can aid sintering or foaming, but powder reuse tracking and O/H analytics must be embedded in the route to ensure repeatability.”

Citations: ASM Handbook; peer‑reviewed hydride and AM literature; standards bodies: https://www.astm.org, https://www.iso.org

Practical Tools and Resources

• Standards and QA:
• ASTM B743 (TiH2 powder), ASTM E1447 (hydrogen analysis), ISO/ASTM 52907 (feedstock data), ASTM E1409/E1019 (O/N analysis)
• Process guides:
• Vacuum desorption/Sintering SOPs for TiH2‑Ti conversion; foaming parameter playbooks (heating rate, hold time, TiH2 wt%); binder‑jet sintering with hydride additions
• Metrologie:
• Thermogravimetric analysis for desorption profiles; DSC for onset temperatures; CT (ASTM E1441) for pore architecture; laser diffraction (ISO 13320) for PSD
• Safety/HSE:
• Combustible metal dust handling (NFPA 484 or local equivalents), inert gas storage best practices, ESD grounding, and oxygen monitoring checklists
• Supplier checklists:
• Require CoA with H wt%, O/N/C ppm, PSD (D10/D50/D90), tap/apparent density, and lot genealogy; request EPD or ESG disclosures when available

Notes on reliability and sourcing: Define target hydrogen content and acceptable desorption window on POs. Specify impurity limits and PSD bands by application (energy storage vs foaming vs PM). Validate each lot with TGA/DSC and residual H testing after processing. Maintain inert, low‑humidity storage and document reuse/cycling history to ensure stable properties.

Last updated: 2025-10-15
Changelog: Added 5 focused FAQs, a 2025 metrics table, two recent case studies, expert viewpoints, and practical standards/resources tailored to Titanium Hydride Powder applications (storage, foaming, AM, PM)
Next review date & triggers: 2026-02-15 or earlier if ASTM/ISO standards update for TiH2, new catalyst data lowers desorption temperatures, or major studies revise safety/handling guidelines for hydride powders