Titanhydrid-Pulver

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.

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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

Metrisch	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)	Auftauchen	Wachsend	Gemeinsame	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.

Expertenmeinungen

• 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