水素化チタン粉末

水素化チタン粉末 は、様々な産業および商業用途に適したユニークな特性を持つ重要な先端材料です。この粉末は、チタン原子と水素原子が結合したもので、独特の物理的、化学的、機械的、その他の特性を有しています。

概要 水素化チタン粉末

水素化チタン粉末は化学式TiH2で、濃い灰色をしている。この材料の主な特徴は以下の通り：

• 高い水素吸収・脱離能力
• 軽量でありながら強力な機械的特性
• 耐腐食性と耐薬品性
• 電気伝導度を調節する能力
• 金属チタンの発泡剤としての使用
• 広い温度範囲での機能性
• 生体適合性と無毒性

水素化チタンの調整可能な性質は、粉末の加工方法と使用方法次第で様々な用途に使用できることを意味します。次のセクションでは、水素化チタンパウダーの組成、様々な製造方法、主な特性、各産業における用途について説明します。

水素化チタン粉末の組成

その名が示すように、水素化チタン粉末は主にチタン（Ti）と水素（H）原子から構成されている。しかし、酸素、炭素、窒素、鉄、アルミニウム、バナジウムなどの他の元素が少量含まれることもあります。

チタンと水素の純度レベルと比率は、粉末のグレードによって異なる場合があります：

チタン含有量	水素含有量
90-98%	2-10%

純度の高い水素化チタンは不純物が少なく、より要求の厳しい用途に適していますが、純度の低いものは一般的な用途には安価です。

水素化チタンの製造方法

水素化チタン粉末を製造する最も一般的な技術は以下の通りである：

• チタン粉末の水素化： チタン粉末を高温の加圧水素ガスにさらすと、水素が吸収されTiH2が生成される。この方法では、粉末の形状、サイズ、形態をうまく制御することができる。
• スポンジチタンの直接水素化： 水素化チタン粉末は、水素化処理によってスポンジチタン原料から直接製造される。このシングルステップアプローチにより、不規則な粉末形状が得られます。
• 溶融塩の電気分解： 溶解したチタン塩を含む溶融電解液を利用し、電解水素化によって水素化チタン粉末を電着させる。
• 機械によるフライス加工： チタンと水素含有化合物の高エネルギーボール粉砕は、メカノケミストリーを介して混合物を水素化チタン粉末に変換し、均質化する。

粒子形状、粒度分布、タップ密度、純度レベル、組成比、粉体特性は、製造パラメーターを微調整することで、アプリケーションの要件に応じて調整することができる。

主な特性 水素化チタン粉末

水素化チタンは、いくつかのユニークな物理的、化学的、電気的、機械的、生物学的特性を持っており、それが高度な機能性をもたらしている。

物理的性質

プロパティ	価値観
カラー	ダークグレー
融点	1680°C
沸点	該当なし
密度	3.75 g/cm3

高い融点により、水素化チタンは工業環境において広い温度範囲で固体状態を保つことができる。

化学的性質

• 空気や水分に触れると、酸化チタンの保護膜が自然に形成されるため、優れた耐食性を持つ。
• 化学反応性が低いため、ほとんどの酸、アルカリ、有機化学薬品に対して不活性である。
• 400℃以上で容易に酸化する
• 水素化時に水素ガスを多量に吸収し、加熱時に水素を放出する。

機械的特性

プロパティ	価値観
硬度	750-950 HV
破壊靭性	~1 MPa√m
ヤング率	100-165 GPa
せん断弾性率	32-43 GPa
体積弾性率	57-93 GPa
ポアソン比	0.18-0.40
圧縮降伏強さ	0.5-1 GPa

高い強度と破壊靭性、低い密度は、水素化チタン粉末の優れた強度重量比につながります。また、耐摩耗性にも優れています。

電気的特性

水素化チタンの電気伝導率は、加工履歴に基づき広い範囲で制御することができます。具体的な電気抵抗値は以下の通りです：

プロパティ	価値観
電気抵抗率	0.55 - 14 μΩ-m

水素の吸収・脱離サイクル中に結晶構造間の可逆的な相転移による電気的スイッチング挙動を示す。

生物学的特性

• バイオ不活性 - 細胞毒性または免疫系反応を最小限に抑え、生物医学的用途に使用可能
• 非アレルギー性、非刺激性
• 非磁性で医療用画像診断の妨げにならない

全体的に、水素化チタンは耐腐食性、軽量、強度、耐久性、電気的機能、温度安定性、生体適合性に優れています。これらの特性は、その汎用性とニッチな用途への採用に貢献しています。

水素化チタン粉末の用途

優れた水素貯蔵・放出特性と有利な物理的、化学的、電気的、機械的、生物学的特性により、水素化チタンは多様な商業・工業用途に適している：

エネルギー貯蔵

• 充電可能な固体水素貯蔵材料 - ポータブル燃料電池、電気自動車は水素源として水素化チタンを使用
• 負極材として機能し、一部の電池化学における性能を向上させる。

化学製造

• 水素ガスを常温、大気圧で安全に貯蔵するために使用される。
• 化学合成や半導体製造のための安定した便利な水素供給源としてのサービス

発泡剤

• 水素化チタンの分解は、溶融したチタン金属を発泡させ、低密度・高表面積の多孔質構造にするための核となる。

粉末冶金

• 強化、硬化、または熱特性を変更する合金元素。
• チタン合金焼結体の組織制御のための粒成長抑制剤
• 粉体の流動性、充填密度、成形性を向上させます。

バイオメディカル

• インプラント医療機器、補綴物、歯科および整形外科用インプラント
• バイオスキャフォールドと多孔質構造により組織の生着が可能になる

次のセクションでは、利用可能な様々な水素化チタン製品の仕様、サイズ、グレード、規格について検討します。

水素化チタンの仕様

水素化チタンは、粉末、顆粒、ペースト、成形品など、用途に応じた形態で市販されています。様々な製品規格、サイズ、グレード、製造業者の概要は以下の通りです：

粉体のサイズと分布

タイプ	粒子径範囲
超微粉	0.1 - 1 μm
ファインパウダー	1 - 10 μm
粗粉	10 - 100 μm

最適な性能を実現するために、狭い粒度分布やカスタマイズされた粒度分布も可能です。

純度グレード

• 低純度：不純物を含む最大98%の水素化チタン
• 中純度：最低98%水素化チタン含有量
• 高純度：最大99.9%水素化チタンアッセイレベル

高純度グレードはコストが高いが、特性が向上する。

業界標準

• ASTM B743： 粉末冶金成形体に使用される水素化チタン粉末（R58001～R58003グレード）の標準仕様
• ASTM C737： 核グレードの水素化チタン粉末の最低分析値、不純物限度値及びサンプリングプロトコルを規定する。
• MIL-T-19504E： さまざまな品質指標や検査基準の評価に使用される技術を標準化した軍事仕様書。

これらの規格は、標準化された資格試験や品質保証のベンチマークに適した粉体組成を業界横断的に定義するのに役立ちます。

グローバル・サプライヤーと価格

の世界的な有力メーカーやサプライヤーがある。 水素化チタン粉末 を含む：

会社概要	所在地	価格見積もり
GfE Metalle und Materialien GmbH	ドイツ	$100〜$300/kg
マイクロンメタルズ	アメリカ	$50〜$250/kg
錦州海信金属材料有限公司	中国	$30〜$100/kg
エッジテック・インダストリーズLLC	英国	1kgあたり$250～$1500

価格は注文量、パウダーグレード、純度レベル、粒子径、カスタマイズにより異なる。

における比較 水素化チタン粉末 グレード

水素化チタン粉末のグレードは、製造方法、ガス/金属比、粒度分布、タップ密度、純度レベル、粉末形状によって異なります。

パラメータ	低純度	中程度の純度	高純度
純度	98%まで	98-99.5%	99.5-99.9%
水素含有量	2-4 wt%	3-7 wt%	5-10 wt%
酸素含有量	0.3-3%	0.2-1%	<0.1%
炭素含有量	0.05-0.5%	<0.05%	<0.01%
鉄分	0.5-3%	0.1-0.5%	<0.05%
ニッケル含有量	0.1-1%	<0.05%	<0.01%
粒子形状	不規則、薄片状	粒状、球状	流動性微粉末
粒子径	10-300 μm	1-100 μm	0.1-10 μm
タップ密度	0.5-2.5 g/cc	1.5-4 g/cc	2-6 g/cc
見かけ密度	25-35% タップ密度	35-45% タップ密度	45-65% タップ密度
流動性	貧しい	合格	グッド
カラー	ダークグレー～ブラック	ダークグレー	ダークグレー
コスト	低い	ミディアム	高い

高純度グレードは、電気的・機械的性能の向上とともに、ブレンド性と反応性を改善するために、より高い粉末密度を示す。しかし、これらのグレードは一般的なグレードよりも割高になります。カスタマイズは、アプリケーションの要件と予算の制約のバランスをとるのに役立ちます。

水素化チタンの利点

• 高い強度対重量比
• 弾力性のある機械的特性
• 耐食性と耐摩耗性
• 広い温度範囲で動作
• 導電性でありながら不活性
• チタン合金よりも低い密度
• 変更可能な微細構造
• 制御されたエネルギー放出
• 生体適合性と非毒性

これらの有用な機能性は、水素化チタンが価値を提供できるシナリオを拡大する。

水素化チタンの限界

• 高温での表面酸化傾向
• 競合素材よりも高いコスト
• 限られた成形性による部品形状の制約
• 水素脆化による緩慢な亀裂成長を受けやすい。
• 制御不能な発泡を防ぐため、制御された冷却速度が必要
• パウダーのグレードは、品質と一貫性において大きく異なる

適切な粉末特性評価、環境制御、設計アーキテクチャ、および処理パラメータは、これらの制限を克服するのに役立ちます。

よくあるご質問

Q: 水素化チタンは可燃性ですか、爆発性ですか？

A: いいえ。水素化チタンは不燃性、非爆発性であり、通常の取り扱いプロトコルの下では輸送や保管に安全です。しかし、極端な条件下では局所的な粉末の燃焼の可能性があります。

Q: 水素放出温度は何度ですか？

A: ほとんどの水素化チタングレードは200℃以上で水素を放出し始め、550℃までに完全に脱離します。この温度は特定の触媒を使用することで下げることができます。

Q:粒径は性能に関係しますか？

A: はい。水素化チタン粒子は小さいほど拡散率が高く、反応性表面積が大きくなります。しかし、粒子サイズが大きいほど流動性と充填密度が向上します。異なるサイズは異なる用途に適しています。

Q: 水素化チタン粉末はリサイクルできますか？

A: 水素化チタンは、良好な可逆性で何度も水素吸蔵・脱離サイクルを繰り返すことができます。つまり、使用済みの粉末は、以前の汚染レベルに応じて再処理し、再利用することができます。

Q: 水素化チタン水素貯蔵の寿命に影響を与えるものは何ですか？

A: 繰り返される水素化分解サイクル、使用温度、局所応力、材料純度、環境暴露条件が、水素貯蔵の長期安定性と使用可能寿命を決定します。

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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

メートル	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)	エマージング	成長中	共通	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.

専門家の意見

• 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
• Metrology:
• 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