Proszek wodorku tytanu

proszek wodorku tytanu jest ważnym zaawansowanym materiałem o unikalnych właściwościach, które sprawiają, że nadaje się do różnych zastosowań przemysłowych i komercyjnych. Proszek ten składa się z atomów tytanu i wodoru połączonych ze sobą, co nadaje mu charakterystyczne właściwości fizyczne, chemiczne, mechaniczne i inne.

Przegląd proszek wodorku tytanu

Sproszkowany wodorek tytanu ma wzór chemiczny TiH2 i ciemnoszary kolor. Niektóre kluczowe cechy tego materiału obejmują:

• Wysokie możliwości absorpcji i desorpcji wodoru
• Lekkie, ale wytrzymałe właściwości mechaniczne
• Odporność na korozję i chemikalia
• Zdolność do modulowania przewodności elektrycznej
• Zastosowanie jako środek spieniający do metali tytanowych
• Funkcjonalność w szerokim zakresie temperatur
• Biokompatybilność i nietoksyczność

Dostrajalny charakter wodorku tytanu oznacza, że może on służyć wielu celom w zależności od sposobu przetwarzania i wykorzystania proszku. W następnych sekcjach omówiono skład proszku, różne metody produkcji, kluczowe właściwości i zastosowania w różnych branżach.

Skład proszku wodorku tytanu

Jak sama nazwa wskazuje, proszek wodorku tytanu składa się głównie z atomów tytanu (Ti) i wodoru (H). Obecne mogą być również niewielkie ilości innych pierwiastków, takich jak tlen, węgiel, azot, żelazo, aluminium i wanad.

Poziomy czystości i proporcje tytanu i wodoru mogą się różnić w zależności od gatunku proszku:

Zawartość tytanu	Zawartość wodoru
90-98%	2-10%

Wodorek tytanu o wyższej czystości zawiera mniej zanieczyszczeń i nadaje się do bardziej wymagających zastosowań, podczas gdy mniej czyste odmiany są tańsze do ogólnego użytku.

Metody produkcji wodorku tytanu

Najpopularniejszymi technikami produkcji proszku wodorku tytanu są:

• Uwodornianie proszków tytanu: Proszek tytanu jest wystawiony na działanie wodoru pod ciśnieniem w podwyższonej temperaturze, co powoduje absorpcję wodoru i tworzenie TiH2. Metoda ta pozwala na dobrą kontrolę nad kształtem, rozmiarem i morfologią proszku.
• Bezpośrednie uwodornienie gąbki tytanowej: Proszek wodorku tytanu jest wytwarzany bezpośrednio z gąbki tytanowej poprzez uwodornienie. To jednoetapowe podejście pozwala uzyskać nieregularne kształty proszku.
• Elektroliza stopionych soli: Wykorzystuje stopione elektrolity zawierające rozpuszczone sole tytanu do elektrodepozycji proszku wodorku tytanu poprzez uwodornienie elektrolityczne.
• Frezowanie mechaniczne: Wysokoenergetyczne mielenie kulowe tytanu i związków zawierających wodór przekształca i homogenizuje mieszaninę w proszek wodorku tytanu poprzez mechanochemię.

Kształt cząstek, rozkład wielkości, gęstość, poziomy czystości, proporcje składu i właściwości proszku można dostosować do wymagań aplikacji poprzez dostosowanie parametrów produkcji.

Kluczowe właściwości Proszek wodorku tytanu

Wodorek tytanu posiada kilka unikalnych właściwości fizycznych, chemicznych, elektrycznych, mechanicznych i biologicznych, które nadają mu zaawansowaną funkcjonalność.

Właściwości fizyczne

Nieruchomość	Wartości
Kolor	Ciemnoszary
Temperatura topnienia	1680°C
Temperatura wrzenia	NIE DOTYCZY
Gęstość	3,75 g/cm3

Wysoka temperatura topnienia umożliwia wodorkowi tytanu zachowanie stanu stałego w szerokim zakresie temperatur w środowiskach przemysłowych.

Właściwości chemiczne

• Doskonała odporność na korozję dzięki spontanicznemu tworzeniu ochronnych warstw powierzchniowych tlenku tytanu po wystawieniu na działanie powietrza lub wilgoci.
• Niska reaktywność chemiczna czyni go obojętnym na większość kwasów, zasad i chemikaliów organicznych.
• Łatwo utlenia się w temperaturze powyżej 400°C
• Absorbuje duże ilości wodoru podczas uwodornienia i uwalnia wodór po podgrzaniu.

Właściwości mechaniczne

Nieruchomość	Wartości
Twardość	750-950 HV
Wytrzymałość na złamania	~1 MPa√m
Moduł Younga	100-165 GPa
Moduł ścinania	32-43 GPa
Moduł masowy	57-93 GPa
Współczynnik Poissona	0.18-0.40
Wytrzymałość na ściskanie	0,5-1 GPa

Wysoka wytrzymałość i odporność na pękanie w połączeniu z niską gęstością prowadzi do doskonałego stosunku wytrzymałości do masy proszku wodorku tytanu. Jest on również odporny na ścieranie i zużycie.

Właściwości elektryczne

Przewodność elektryczna wodorku tytanu może być kontrolowana w szerokim zakresie w oparciu o historię przetwarzania. Specyficzne wartości rezystywności elektrycznej to:

Nieruchomość	Wartości
Rezystywność elektryczna	0.55 - 14 μΩ-m

Wykazuje on przełączanie elektryczne spowodowane odwracalnymi przejściami fazowymi między strukturami krystalicznymi podczas cykli absorpcji i desorpcji wodoru.

Właściwości biologiczne

• Bioinert - minimalna cytotoksyczność lub odpowiedź układu odpornościowego pozwala na zastosowania biomedyczne
• Nie uczula i nie powoduje podrażnień
• Niemagnetyczny i nie zakłóca obrazowania medycznego

Ogólnie rzecz biorąc, wodorek tytanu jest odporny na korozję, lekki, mocny, trwały, funkcjonalny elektrycznie, stabilny w różnych temperaturach i biokompatybilny. Cechy te przyczyniają się do jego wszechstronności i zastosowania w niszowych aplikacjach.

Zastosowania proszku wodorku tytanu

Doskonałe właściwości magazynowania i uwalniania wodoru w połączeniu z korzystnymi właściwościami fizycznymi, chemicznymi, elektrycznymi, mechanicznymi i biologicznymi sprawiają, że wodorek tytanu nadaje się do różnych zastosowań komercyjnych i przemysłowych:

Magazynowanie energii

• Materiał półprzewodnikowy do przechowywania wodoru - przenośne ogniwa paliwowe, pojazdy elektryczne wykorzystują wodorek tytanu jako źródło wodoru
• Działa jako materiał anodowy, poprawiając wydajność niektórych rodzajów baterii.

Produkcja chemiczna

• Służy do bezpiecznego przechowywania wodoru w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem atmosferycznym.
• Służy jako stabilne i wygodne źródło wodoru do syntezy chemicznej lub produkcji półprzewodników.

Środek spieniający

• Rozkład wodorku tytanu zapewnia punkty zarodkowania do spieniania stopionego tytanu metalicznego w porowatą strukturę o niskiej gęstości i dużej powierzchni.

Metalurgia proszków

• Pierwiastek stopowy, który modyfikuje właściwości wzmacniające, utwardzające lub termiczne.
• Inhibitor wzrostu ziaren do kontroli mikrostruktury spiekanych stopów tytanu
• Poprawia przepływ proszku, gęstość upakowania i zwartość

Biomedyczne

• Wszczepialne urządzenia medyczne, protetyka, implanty dentystyczne i ortopedyczne
• Bio-rusztowania i porowate struktury umożliwiają wrastanie tkanek

W następnej sekcji przeanalizowano różne dostępne specyfikacje, rozmiary, gatunki i standardy wodorku tytanu.

Specyfikacja wodorku tytanu

Wodorek tytanu jest sprzedawany w postaci proszku, granulatu, pasty i formowany, aby spełnić wymagania aplikacji. Poniżej przedstawiono różne standardy produktów, rozmiary, gatunki i producentów:

Rozmiary i dystrybucja proszków

Typ	Zakres wielkości cząstek
Bardzo drobny proszek	0,1 - 1 μm
Drobny proszek	1 - 10 μm
Gruboziarnisty proszek	10 - 100 μm

Możliwe są wąskie i niestandardowe rozkłady wielkości cząstek zapewniające optymalną wydajność.

Stopnie czystości

• Niska czystość: Do 98% wodorek tytanu z zanieczyszczeniami
• Średnia czystość: Minimalna zawartość wodorku tytanu 98%
• Wysoka czystość: Do 99,9% poziomów oznaczania wodorku tytanu

Gatunki o wysokiej czystości są droższe, ale oferują lepsze właściwości.

Standardy branżowe

• ASTM B743: Standardowa specyfikacja proszku wodorku tytanu (gatunki R58001-R58003) stosowanego w kompaktach do metalurgii proszków
• ASTM C737: Określa minimalne limity oznaczeń i zanieczyszczeń oraz protokoły pobierania próbek proszków wodorku tytanu klasy jądrowej.
• MIL-T-19504E: Specyfikacja wojskowa, która standaryzuje techniki stosowane do oceny różnych wskaźników jakości i kryteriów kontroli.

Normy te pomagają zdefiniować składy proszków odpowiednie do znormalizowanych testów kwalifikacyjnych i wzorców zapewniania jakości w różnych branżach.

Globalni dostawcy i ceny

Niektórzy wiodący światowi producenci i dostawcy proszek wodorku tytanu obejmują:

Firma	Lokalizacja	Szacunkowa wycena
GfE Metalle und Materialien GmbH	Niemcy	$100 - $300 za kg
Micron Metals, Inc.	USA	$50 - $250 za kg
Jinzhou Haixin Metal Materials Co.	Chiny	$30 - $100 na kg
Edgetech Industries LLC	WIELKA BRYTANIA	$250 - $1500 za kg

Ceny różnią się w zależności od wielkości zamówienia, gatunków proszków, poziomów czystości, wielkości cząstek i dostosowania.

Porównanie między Proszek wodorku tytanu Stopnie

Gatunki proszku wodorku tytanu różnią się w zależności od metody produkcji, stosunku gazu do metalu, rozkładu wielkości cząstek, gęstości, poziomu czystości i kształtu proszku.

Parametr	Niska czystość	Średnia czystość	Wysoka czystość
Czystość	Do 98%	98-99.5%	99.5-99.9%
Zawartość wodoru	2-4 wt%	3-7 wt%	5-10 wt%
Zawartość tlenu	0.3-3%	0.2-1%	<0,1%
Zawartość węgla	0.05-0.5%	<0,05%	<0,01%
Zawartość żelaza	0.5-3%	0.1-0.5%	<0,05%
Zawartość niklu	0.1-1%	<0,05%	<0,01%
Kształt cząsteczki	Nieregularne, łuszczące się	Ziarnisty, kulisty	Płynny, drobny proszek
Wielkość cząstek	10-300 μm	1-100 μm	0,1-10 μm
Gęstość kranu	0,5-2,5 g/cc	1,5-4 g/cc	2-6 g/cc
Gęstość pozorna	25-35% gęstość kranu	Gęstość zaczepów 35-45%	Gęstość zaczepów 45-65%
Płynność	Słaby	Zaliczony	Dobry
Kolor	Ciemnoszary do czarnego	Ciemnoszary	Ciemnoszary
Koszt	Niski	Średni	Wysoki

Gatunki o wyższej czystości charakteryzują się wyższą gęstością proszku, co zapewnia lepsze mieszanie i reaktywność, a także lepsze parametry elektryczne i mechaniczne. Wiąże się to jednak z wyższymi kosztami w porównaniu z klasami ogólnymi. Dostosowanie pomaga zrównoważyć wymagania aplikacji z ograniczeniami budżetowymi.

Zalety wodorku tytanu

• Wysoki stosunek wytrzymałości do wagi
• Odporne właściwości mechaniczne
• Odporność na korozję i ścieranie
• Działanie w szerokim zakresie temperatur
• Elektrycznie przewodzący, ale obojętny
• Niższa gęstość niż w przypadku stopów tytanu
• Modyfikowalne mikrostruktury
• Kontrolowane uwalnianie energii
• Biokompatybilny i nietoksyczny

Te przydatne funkcje rozszerzają scenariusze, w których wodorek tytanu może zapewnić wartość.

Ograniczenia wodorku tytanu

• Tendencje do utleniania powierzchni w podwyższonych temperaturach
• Wyższe koszty niż w przypadku konkurencyjnych materiałów
• Ograniczona formowalność ogranicza geometrię komponentów
• Podatność na powolny wzrost pęknięć w wyniku kruchości wodorowej
• Wymaga kontrolowanego tempa chłodzenia, aby zapobiec niekontrolowanemu pienieniu.
• Gatunki proszków różnią się znacznie pod względem jakości i konsystencji

Odpowiednia charakterystyka proszku, kontrola środowiska, architektura projektu i parametry przetwarzania pomagają przezwyciężyć te ograniczenia.

FAQ

P: Czy wodorek tytanu jest łatwopalny lub wybuchowy?

Wodorek tytanu jest sklasyfikowany jako niepalny, niewybuchowy i bezpieczny w transporcie i przechowywaniu zgodnie z normalnymi protokołami postępowania. Jednak w ekstremalnych warunkach możliwe jest miejscowe spalanie proszku.

P: Jaka jest temperatura desorpcji wodoru?

O: Większość gatunków wodorku tytanu zaczyna uwalniać wodór w temperaturze powyżej 200°C i kończy desorpcję w temperaturze 550°C. Temperaturę tę można obniżyć stosując określone katalizatory.

P: Czy rozmiar cząsteczek ma znaczenie dla wydajności?

Tak. Mniejsze cząstki wodorku tytanu mają wyższe współczynniki dyfuzji i powierzchnie reaktywne. Jednak większe rozmiary cząstek poprawiają płynność i gęstość upakowania. Różne rozmiary nadają się do różnych zastosowań.

P: Czy proszek wodorku tytanu można poddać recyklingowi?

O: Wodorek tytanu może przechodzić przez wiele cykli absorpcji i desorpcji wodoru z dobrą odwracalnością. Oznacza to, że zużyty proszek może być ponownie przetworzony i wykorzystany w zależności od wcześniejszych poziomów zanieczyszczenia.

P: Co wpływa na żywotność wodorkowych akumulatorów tytanu?

O: Powtarzające się cykle uwodornienia-rozkładu, temperatury robocze, lokalne naprężenia, czystość materiału i warunki narażenia środowiskowego determinują długoterminową stabilność magazynowania wodoru i okres użytkowania.

poznaj więcej procesów druku 3D