Южно-Уральский государственный университет
Кафедра: Физическое металловедение и физика твердого тела
Реферат по дисциплине «Материаловедение»
Титан, его свойства и применение
Выполнила: Камышан Анна Мн – 201
Проверила: Шабурова Наталья Александровна
Челябинск 2014
Введение
Свое название титан получил из древнегреческой мифологии, от богов – титанов, олицетворявших природные стихии и катастрофы. Но титан не оправдывает свое название, человечеству он несет лишь благо и пользу, потому что такими характеристиками как у титана обладают далеко не все элементы. Титан является одним из самых распространенных в природе элементов, он занимает четвертое место после алюминия, железа и магния, его содержание в земной коре достигает 0,61 % от массы Земли. В одном музее исследовали имеющиеся в коллекции минералы и обнаружили, что из 1000 различных минералов около 800 содержат титан. Однако полтора века назад об истинных свойствах этого элемента почти ничего не знали, но сейчас человечеству известно много об этом «вечном» металле и в этом реферате расскажем о нем подробнее.
Открытие титана
Открытие титана было необычно: оно состоялось трижды. В 1789-1791 гг. английский химик У. Грегор, исследуя состав магнитного железистого песка из района Менакен в Корнуэле (Южная Англия), выделил новую “землю” (окись) неизвестного металла, которую назвал менакеновой.
В 1795 г. немецкий химик М. Клапрот открыл в минерале рутиле новый элемент и назвал его титаном. Спустя два года Клапрот установил, что рутил и менакеновая земля – окислы одного и того же элемента, за которым и осталось название “титан”.
Через 10 лет открытие титана состоялось в третий раз. Французский учёный Л. Воклен обнаружил титан в анатазе и доказал, что рутил и анатаз – идентичные окислы титана.
Свойства титана
В периодической системе элементов Д. И. Менделеева титан расположен в IV группе 4-го периода под номером 22. В важнейших и наиболее устойчивых соединениях он четырехвалентен. По внешнему виду похож на сталь. Титан относится к переходным элементам. Данный металл плавится при довольно высокой температуре (1668±4°С) и кипит при 3300 °С, скрытая теплота плавления и испарения титана почти в два раза больше, чем у железа.
Известны две аллотропические модификации титана. Низкотемпературная альфа-модификация, существующая до 882,5 ° С и высокотемпературная бетта-модификация, устойчивая от 882,5 °С до температуры плавления.
По плотности и удельной теплоемкости титан занимает промежуточное место между двумя основными конструкционными металлами: алюминием и железом. Стоит также отметить, что его механическая прочность примерно вдвое больше, чем чистого железа, и почти в шесть раз выше, чем алюминия. Но титан может активно поглощать кислород, азот и водород, которые резко снижают пластические свойства металла. С углеродом титан образует тугоплавкие карбиды, обладающие высокой твердостью.
Титан обладает низкой теплопроводностью, которая в 13 раз меньше теплопроводности алюминия и в 4 раза - железа. Коэффициент термического расширения при комнатной температуре сравнительно мал, с повышением температуры он возрастает.
Модули упругости титана невелики и обнаруживают существенную анизотропию. С повышением температуры до 350°С модули упругости уменьшаются почти по линейному закону. Небольшое значение модулей упругости титана - существенный его недостаток, т.к. в некоторых случаях для получения достаточно жестких конструкций приходится применять большие сечення изделий по сравнению с теми, которые следуют из условий прочности.
Титан имеет довольно высокое удельное электросопротивлеиие, которое в зависимости от содержания примесей колеблется в пределах от 42·10-8 до 80·10-6 Ом·см. При температурах ниже 0,45 К он становится сверхпроводником.
Титан - парамагнитный металл. У парамагнитных веществ магнитная восприимчивость при нагревании обычно уменьшается. Титан составляет исключение из этого правила - его восприимчивость существенно увеличивается с температурой.