Poudre d'hydrure de titane

poudre d'hydrure de titane est un important matériau de pointe doté de propriétés uniques qui lui permettent d'être utilisé dans diverses applications industrielles et commerciales. Cette poudre est composée d'atomes de titane et d'hydrogène liés ensemble, ce qui lui confère des caractéristiques physiques, chimiques, mécaniques et autres distinctives.

Vue d'ensemble poudre d'hydrure de titane

La poudre d'hydrure de titane a pour formule chimique TiH2 et est de couleur gris foncé. Les principales caractéristiques de ce matériau sont les suivantes

• Capacités élevées d'absorption et de désorption de l'hydrogène
• Légèreté et propriétés mécaniques élevées
• Résistance à la corrosion et aux produits chimiques
• Capacité à moduler la conductivité électrique
• Utilisation comme agent moussant pour les métaux en titane
• Fonctionnement dans une large gamme de températures
• Biocompatibilité et non-toxicité

La nature ajustable de l'hydrure de titane signifie qu'il peut servir à de multiples fins en fonction de la façon dont la poudre est traitée et utilisée. Les sections suivantes présentent la composition de la poudre, les différentes méthodes de production, les principales propriétés et les applications dans les différentes industries.

Composition de la poudre d'hydrure de titane

Comme son nom l'indique, la poudre d'hydrure de titane est principalement constituée d'atomes de titane (Ti) et d'hydrogène (H). Cependant, de petites quantités d'autres éléments tels que l'oxygène, le carbone, l'azote, le fer, l'aluminium et le vanadium peuvent également être présents.

Les niveaux de pureté et les ratios de titane et d'hydrogène peuvent varier d'une qualité de poudre à l'autre :

Contenu en titane	Teneur en hydrogène
90-98%	2-10%

L'hydrure de titane de haute pureté contient moins d'impuretés et convient aux applications les plus exigeantes, tandis que les variétés moins pures sont moins chères pour un usage général.

Méthodes de production d'hydrure de titane

Les techniques les plus courantes pour produire de la poudre d'hydrure de titane sont les suivantes :

• Hydrogénation des poudres de titane : La poudre de titane est exposée à de l'hydrogène gazeux sous pression à des températures élevées, ce qui entraîne l'absorption d'hydrogène et la formation de TiH2. Cette méthode permet de bien contrôler la forme, la taille et la morphologie de la poudre.
• Hydrogénation directe de l'éponge de titane : La poudre d'hydrure de titane est fabriquée directement à partir d'une matière première d'éponge de titane par hydrogénation. Cette approche en une seule étape permet d'obtenir des formes de poudre irrégulières.
• Électrolyse des sels fondus : Utilise des électrolytes fondus contenant des sels de titane dissous pour déposer de la poudre d'hydrure de titane par hydrogénation électrolytique.
• Fraisage mécanique : Le broyage à billes à haute énergie de composés contenant du titane et de l'hydrogène convertit et homogénéise le mélange en poudre d'hydrure de titane par mécanochimie.

La forme des particules, la distribution des tailles, la densité, les niveaux de pureté, les rapports de composition et les caractéristiques de la poudre peuvent être adaptés aux exigences de l'application en ajustant les paramètres de production.

Propriétés clés de Poudre d'hydrure de titane

L'hydrure de titane possède plusieurs propriétés physiques, chimiques, électriques, mécaniques et biologiques uniques qui lui confèrent des fonctionnalités avancées.

Propriétés physiques

Propriété	Valeurs
Couleur	Gris foncé
Point de fusion	1680°C
Point d'ébullition	N/A
Densité	3,75 g/cm3

Le point de fusion élevé permet à l'hydrure de titane de conserver son état solide dans une large gamme de températures dans les environnements industriels.

Propriétés chimiques

• Excellente résistance à la corrosion grâce à la formation spontanée de films protecteurs d'oxyde de titane en surface en cas d'exposition à l'air ou à l'humidité.
• Sa faible réactivité chimique le rend inerte face à la plupart des acides, des alcalis et des produits chimiques organiques.
• S'oxyde facilement au-dessus de 400°C
• Absorbe de grandes quantités d'hydrogène pendant l'hydrogénation et libère de l'hydrogène lors du chauffage.

Propriétés mécaniques

Propriété	Valeurs
Dureté	750-950 HV
Résistance à la rupture	~1 MPa√m
Module de Young	100-165 GPa
Module de cisaillement	32-43 GPa
Module d'inertie	57-93 GPa
Rapport de Poisson	0.18-0.40
Limite d'élasticité en compression	0,5-1 GPa

La résistance élevée et la ténacité à la rupture, associées à une faible densité, permettent à la poudre d'hydrure de titane d'atteindre d'excellents rapports résistance/poids. Elle est également résistante à l'abrasion et à l'usure.

Propriétés électriques

La conductivité électrique de l'hydrure de titane peut être contrôlée dans une large gamme en fonction de l'historique du traitement. Les valeurs spécifiques de résistivité électrique sont les suivantes

Propriété	Valeurs
Résistivité électrique	0,55 - 14 μΩ-m

Il présente un comportement de commutation électrique dû à des transitions de phase réversibles entre les structures cristallines au cours des cycles d'absorption et de désorption de l'hydrogène.

Propriétés biologiques

• Bioinerte - cytotoxicité ou réaction du système immunitaire minimales permettant des utilisations biomédicales
• Non allergène et non irritant
• Non magnétique et n'interférant pas avec l'imagerie médicale

Globalement, l'hydrure de titane est résistant à la corrosion, léger, solide, durable, électriquement fonctionnel, stable à toutes les températures et biocompatible. Ces caractéristiques contribuent à sa polyvalence et à son adoption pour des applications de niche.

Applications de la poudre d'hydrure de titane

Les excellentes caractéristiques de stockage et de libération de l'hydrogène, associées à des propriétés physiques, chimiques, électriques, mécaniques et biologiques avantageuses, font de l'hydrure de titane un produit adapté à diverses utilisations commerciales et industrielles :

Stockage de l'énergie

• Matériau de stockage d'hydrogène rechargeable à l'état solide - les piles à combustible portables et les véhicules électriques utilisent l'hydrure de titane comme source d'hydrogène.
• Fonctionne comme un matériau d'anode améliorant les performances de certaines batteries chimiques

Fabrication de produits chimiques

• Utilisé pour stocker l'hydrogène en toute sécurité à température ambiante et à pression atmosphérique.
• Service en tant que source d'hydrogène stable et pratique pour la synthèse chimique ou la fabrication de semi-conducteurs

Agent moussant

• La décomposition de l'hydrure de titane fournit des points de nucléation pour le moussage du métal de titane fondu en une structure poreuse de faible densité et de grande surface.

Métallurgie des poudres

• Élément d'alliage qui modifie le renforcement, le durcissement ou les propriétés thermiques.
• Inhibiteur de croissance des grains pour contrôler les microstructures des alliages de titane frittés
• Améliore l'écoulement de la poudre, la densité de l'emballage et la compactibilité

Biomédical

• Dispositifs médicaux implantables, prothèses, implants dentaires et orthopédiques
• Les bio-échafaudages et les structures poreuses permettent la croissance des tissus

La section suivante examine les différentes spécifications, tailles, qualités et normes des produits d'hydrure de titane disponibles.

Spécifications de l'hydrure de titane

L'hydrure de titane est commercialisé sous forme de poudre, de granulés, de pâte et de formes moulées pour répondre aux exigences des applications. Les différentes normes, tailles, qualités et fabricants de produits sont décrits ci-dessous :

Tailles et distributions des poudres

Type	Gamme de taille des particules
Poudre ultrafine	0,1 - 1 μm
Poudre fine	1 - 10 μm
Poudre grossière	10 - 100 μm

Il est possible d'obtenir des distributions de tailles de particules étroites et personnalisées pour des performances optimales.

Degré de pureté

• Faible pureté : Jusqu'à 98% hydrure de titane avec impuretés
• Pureté moyenne : Teneur minimale en hydrure de titane 98%
• Grande pureté : Jusqu'à 99,91 niveaux de dosage de l'hydrure de titane TTP3T

Les qualités de haute pureté sont plus coûteuses mais offrent des propriétés améliorées.

Normes industrielles

• ASTM B743 : Spécification standard pour la poudre d'hydrure de titane (grades R58001-R58003) utilisée dans les compacts de métallurgie des poudres
• ASTM C737 : Spécifie les limites minimales de dosage et d'impureté et les protocoles d'échantillonnage pour les poudres d'hydrure de titane de qualité nucléaire
• MIL-T-19504E : Spécification militaire qui normalise les techniques utilisées pour évaluer les différentes mesures de qualité et les critères d'inspection.

Ces normes permettent de définir des compositions de poudres adaptées aux essais de qualification normalisés et aux critères d'assurance qualité dans tous les secteurs d'activité.

Fournisseurs mondiaux et prix

Certains des principaux producteurs et fournisseurs mondiaux de poudre d'hydrure de titane inclure :

Entreprise	Localisation	Estimation des prix
GfE Metalle und Materialien GmbH	Allemagne	$100 - $300 par kg
Micron Metals, Inc.	ÉTATS-UNIS	$50 - $250 par kg
Jinzhou Haixin Metal Materials Co.	Chine	$30 - $100 par kg
Edgetech Industries LLC	ROYAUME-UNI	$250 - $1500 par kg

Les prix varient en fonction des volumes commandés, des qualités de poudre, des niveaux de pureté, de la taille des particules et de la personnalisation.

Comparaison entre Poudre d'hydrure de titane Notes

Les qualités de poudre d'hydrure de titane diffèrent en fonction de la méthode de production, du rapport gaz/métal, de la distribution des tailles de particules, des densités de poudrage, des niveaux de pureté et de la forme de la poudre.

Paramètres	Faible pureté	Pureté moyenne	Haute pureté
La pureté	Jusqu'à 98%	98-99.5%	99.5-99.9%
Teneur en hydrogène	2-4 wt%	3-7 wt%	5-10 wt%
Teneur en oxygène	0.3-3%	0.2-1%	<0,1%
La teneur en carbone	0.05-0.5%	<0,05%	<0,01%
Teneur en fer	0.5-3%	0.1-0.5%	<0,05%
Teneur en nickel	0.1-1%	<0,05%	<0,01%
Forme des particules	Irrégulier, floconneux	Granulaire, sphérique	Poudre fine fluide
Taille des particules	10-300 μm	1-100 μm	0,1-10 μm
Densité du robinet	0,5-2,5 g/cc	1,5-4 g/cc	2-6 g/cc
Densité apparente	25-35% densité de taraudage	35-45% densité de taraudage	45-65% densité de prise
Capacité d'écoulement	Pauvre	Passable	Bon
Couleur	Gris foncé à noir	Gris foncé	Gris foncé
Coût	Faible	Moyen	Haut

Les grades de pureté supérieure présentent des densités de poudre plus élevées, ce qui permet d'améliorer les mélanges et la réactivité, ainsi que les performances électriques et mécaniques. Mais ils ont un coût supérieur à celui des qualités générales de valeur. La personnalisation permet d'équilibrer les exigences des applications et les contraintes budgétaires.

Avantages de l'hydrure de titane

• Rapport résistance/poids élevé
• Propriétés mécaniques élastiques
• Résistance à la corrosion et à l'abrasion
• Opérationnel sur une large plage thermique
• Conducteur électrique mais inerte
• Densité inférieure à celle des alliages de titane
• Microstructures modifiables
• Libération contrôlée d'énergie
• Biocompatible et non toxique

Ces fonctionnalités utiles élargissent les scénarios dans lesquels l'hydrure de titane peut apporter une valeur ajoutée.

Limites de l'hydrure de titane

• Tendances à l'oxydation de la surface à des températures élevées
• Coûts plus élevés que les matériaux concurrents
• Les géométries des composants sont limitées par une formabilité restreinte
• Susceptible de se fissurer lentement par fragilisation par l'hydrogène
• Nécessite des vitesses de refroidissement contrôlées afin d'éviter la formation de mousse incontrôlée.
• La qualité et la consistance des poudres varient considérablement

Une caractérisation adéquate des poudres, des contrôles environnementaux, des architectures de conception et des paramètres de traitement permettent de surmonter ces limitations.

FAQ

Q : L'hydrure de titane est-il inflammable ou explosif ?

L'hydrure de titane est classé comme ininflammable, non explosif et sûr pour le transport et le stockage dans le cadre de protocoles de manipulation normaux. Cependant, une combustion localisée de la poudre est possible dans des conditions extrêmes.

Q : Quelle est la température de désorption de l'hydrogène ?

R : La plupart des hydrures de titane commencent à libérer de l'hydrogène à partir de 200°C et terminent leur désorption à 550°C. Cette température peut être abaissée en utilisant des catalyseurs spécifiques.

Q : La taille des particules a-t-elle une incidence sur les performances ?

R : Oui. Les petites particules d'hydrure de titane ont des taux de diffusion et des surfaces réactives plus élevés. En revanche, les particules de plus grande taille améliorent la fluidité et la densité de l'emballage. Différentes tailles conviennent à différentes applications.

Q : La poudre d'hydrure de titane peut-elle être recyclée ?

R : L'hydrure de titane peut subir plusieurs cycles d'absorption-désorption d'hydrogène avec une bonne réversibilité. Cela signifie que la poudre utilisée peut être retraitée et réutilisée en fonction des niveaux de contamination antérieurs.

Q : Qu'est-ce qui affecte la durée de vie du stockage de l'hydrogène à l'hydrure de titane ?

R : Les cycles répétés d'hydrogénation-décomposition, les températures de fonctionnement, les contraintes locales, la pureté du matériau et les conditions d'exposition à l'environnement déterminent la stabilité du stockage de l'hydrogène à long terme et sa durée de vie utile.

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