1. Perbezaan prestasi titanium tulen dengan tahap kesucian yang berbeza
1.1 sifat mekanikal
Kekuatan dan kekerasan
Rendah - Titanium Komersial Kemurnian (Gred 3/Gred 4 CP Titanium): Dengan kandungan kekotoran yang lebih tinggi (contohnya, kandungan oksigen sehingga 0.35% dalam gred 4), atom interstitial (O, N, C) bertindak sebagai "agen pengerasan" yang memutarbelitkan kisi titanium, meningkatkan kekuatan tegangan dan kekerasan. Gred 4 CP Titanium mempunyai kekuatan tegangan 550-650 MPa dan kekerasan Brinell 150-180 Hb, yang hampir dua kali ganda kekuatan gred 1 titanium. Walau bagaimanapun, ini datang dengan kos kemuluran yang dikurangkan, dengan pemanjangan pada rehat hanya 10-15%.
Sederhana - Titanium Komersial Kemurnian (Gred 2 CP Titanium): Dengan kandungan kekotoran yang seimbang (kandungan oksigen ~ 0.25%), ia mencapai perdagangan - di antara kekuatan dan kemuluran, dengan kekuatan tegangan 345-450 MPa, pemanjangan 18-25%, dan merupakan gred yang paling banyak digunakan secara meluas dalam penggunaan kejuruteraan umum.
Tinggi - titanium kesucian (kesucian lebih besar daripada atau sama dengan 99.9%): Dengan kandungan kekotoran (jumlah elemen interstisial<0.05%) minimized, the lattice structure remains highly regular, resulting in extremely low strength (tensile strength ~200–250 MPa) and hardness (Brinell hardness <100 HB). However, it exhibits exceptional ductility, with elongation at break exceeding 30%, and can even be cold-formed into ultra-thin sheets or fine wires without cracking.
Keletihan dan rintangan kesan
Rendah - kesucian cp titanium (gred 3/4) mempunyai kekuatan keletihan yang lebih tinggi (sehingga 200-250 MPa untuk 10 ⁷ kitaran) kerana peningkatan kekuatannya, tetapi ketangguhan kesannya adalah miskin (tenaga impak charpy<20 J at room temperature) because impurities cause stress concentration and reduce crack resistance.
High-purity titanium has lower fatigue strength (~100–120 MPa) but superior impact toughness (Charpy impact energy >40 j pada suhu bilik), kerana ketiadaan kekotoran - kecacatan yang disebabkan membolehkan bahan menyerap lebih banyak tenaga semasa ubah bentuk atau kesan.
1.2 sifat fizikal
Kekonduksian terma dan elektrik
Kekotoran dalam pengangkut haba penyebaran titanium - yang rendah (fonon dan elektron bebas), yang membawa kepada kekonduksian terma yang lebih rendah (18-20 w/(m · k) untuk gred 4) dan kekonduksian elektrik (1.8-2.0 ms/m).
Titanium kesucian - mempunyai elektron minimum dan penyebaran phonon, dengan kekonduksian terma meningkat kepada 25-30 w/(m · k) dan kekonduksian elektrik sehingga 3.0-3.5 ms/m, menjadikannya lebih sesuai untuk aplikasi yang memerlukan penghantaran termal atau elektrik yang stabil.
Kestabilan haba dan titik lebur
Kekotoran dalam rendah - titanium kesucian menurunkan suhu recrystallizationnya (hingga 500-550 darjah) dan menyebabkan gandum kasar pada suhu tinggi, mengurangkan tinggi - kestabilan struktur suhu.
Titanium kesucian tinggi - mempunyai suhu penghabluran semula yang lebih tinggi (600-650 darjah) dan mengekalkan struktur bijirin yang halus dan seragam pada suhu tinggi (sehingga 400 darjah), memastikan prestasi yang konsisten di bawah jangka panjang - tinggi - keadaan suhu.
1.3 Rintangan Kimia dan Kakisan
Rintangan kakisan umum
Semua gred titanium tulen membentuk padat, diri - penyembuhan tio₂ filem passivation, memberikan ketahanan yang sangat baik kepada kebanyakan asid (kecuali HF pekat) dan alkali. Walau bagaimanapun, tahap kekotoran mempengaruhi kualiti filem passivation:
Rendah - titanium kesucian (gred 4) boleh membentuk kekotoran setempat - kawasan kaya yang melemahkan filem passivation, yang membawa kepada kakisan yang tinggi - persekitaran klorida (contohnya, laut dengan salin yang tinggi).
Tinggi - Titanium kesucian membentuk seragam, kecacatan - filem passivation percuma, dengan kadar kakisan<0.001 mm/year in 10% H₂SO₄ at room temperature and near-zero corrosion in most ultra-pure chemical media.
Kerentanan Hydrogen Embrittlement
Kekotoran seperti besi dan karbon dalam rendah - titanium kemurnian mempercepatkan penyerapan hidrogen, menyebabkan pelindung hidrogen pada suhu melebihi 200 darjah, yang menyebabkan patah rapuh di bawah tekanan. Tinggi - titanium kesucian mempunyai penyerapan hidrogen minimum (kandungan hidrogen<0.001%) and is immune to hydrogen embrittlement even in high-temperature hydrogen-containing environments.
1.4 Prestasi Pemprosesan
Kebolehkerjaan kerja sejuk
Tinggi - Kemuluran Tinggi Titanium Kemurnian membolehkan lukisan sejuk, stamping, dan berputar, membolehkan pengeluaran komponen kompleks - (misalnya, tipis- tiub berdinding dengan ketebalan dinding dari ketebalan dinding dengan ketebalan dinding dari ketebalan dinding dengan ketebalan dinding<0.1 mm). In contrast, low-purity Grade 4 titanium has poor cold formability and requires intermediate annealing during processing to avoid cracking.
Kebolehkalasan
Tinggi - Titanium kesucian mempunyai kandungan kekotoran yang rendah, menghapuskan risiko kekotoran - retak kimpalan yang disebabkan dan membentuk sendi kimpalan dengan sifat mekanikal hampir sama dengan logam asas. Rendah - Titanium kesucian boleh menghasilkan fasa intermetallic rapuh (contohnya, tic, timah) di zon kimpalan, mengurangkan ketangguhan sendi sebanyak 30-40%.
2. Aplikasi utama tinggi - titanium kesucian
2.1 Industri Semikonduktor dan Elektronik
Peralatan pemprosesan wafer: Tinggi - Titanium kesucian digunakan untuk membuat komponen untuk pemendapan wap kimia (CVD) bilik, etchers, dan implan ion. Kandungan kekotoran yang rendah menghalang pencemaran wafer silikon, sementara rintangan kakisannya menahan etchants agresif (contohnya, campuran HF/HNO₃).
Komponen elektronik vakum: Ia digunakan untuk membuat katod tiub elektron, bahan getter, dan nipis - substrat filem. Kekonduksian elektrik yang tinggi dan kestabilan terma memastikan pelepasan elektron yang stabil dan pelesapan haba dalam persekitaran suhu tinggi -, tinggi -.
Substrat Papan Litar Bercetak (PCB): Ultra - nipis tinggi - Foil titanium kesucian berfungsi sebagai substrat konduktif fleksibel untuk pCB frekuensi tinggi -, kerana mereka tidak mengganggu penghantaran isyarat dan mempunyai rintangan keletihan yang sangat baik di bawah lenturan berulang.
2.2 Kejuruteraan Bioperubatan
Tinggi - implan ketepatan: Untuk aplikasi khusus seperti implan koklea, elektrod neurostimulasi, dan stent mikrovaskular, tinggi - kesucian biokompatibiliti unggul titanium (tiada kekotoran sitotoksik)
Komponen peranti perubatan: Ia digunakan dalam tips instrumen pembedahan, abutment implan gigi, dan casing sensor diagnostik, di mana rintangan kakisannya dalam cecair badan (darah, air liur) dan kerentanan magnet yang rendah (serasi dengan imbasan MRI) adalah kelebihan kritikal.
2.3 Aeroangkasa dan Penerbangan
Sistem pendorong aeroangkasa: Tinggi - Titanium kesucian digunakan untuk liner tangki bahan api kriogenik dan komponen saluran hidrogen cecair/cecair hidrogen dalam enjin roket. Kerentanan dan kemuluran yang rendah hidrogen pada suhu kriogenik (-253 darjah) mencegah retak di bawah berbasikal haba yang melampau, sementara kesucian kimianya menghindari reaksi dengan propelan.
Bahagian struktur satelit: Untuk ringan, tinggi - komponen satelit ketepatan (misalnya, sokongan antena, panel kawalan terma), pekali pengembangan haba yang stabil (10.8 × 10⁻⁶/ darjah) dan kesucian yang tinggi memastikan kestabilan dimensi dalam turun naik suhu yang melampau ruang.
2.4 Industri Kimia dan Nuklear
Ultra - pemprosesan kimia tulen: Dalam pengeluaran bahan kimia kesucian tinggi - (contohnya, perantara farmaseutikal, elektronik - reagen gred), tinggi - reaktor titanium kesucian dan saluran paip mencegah kekotoran
Komponen reaktor nuklear: Ia digunakan untuk pelapisan rod bahan api reaktor penyelidikan dan bekas moderator neutron. Seksyen penyerapan neutron yang rendah - (mengurangkan kehilangan neutron) dan ketahanan terhadap kakisan oleh natrium cecair atau penyejuk asid borik menjadikannya sesuai untuk aplikasi nuklear.
2.5 Pembuatan Bahan Lanjutan
Aloi tuan aloi titanium: Tinggi - Titanium kesucian berfungsi sebagai bahan asas untuk menghasilkan aloi titanium prestasi tinggi - (misalnya, Ti-6Al-4V ELI untuk kegunaan perubatan), kerana kandungan kekotoran yang rendah memastikan sifat mekanikal dan biokompatibel yang konsisten.
Nipis - Teknologi filem dan salutan: Tinggi - sasaran Titanium Sputtering yang tinggi digunakan dalam mendepositkan filem titanium untuk sel solar, lapisan optik, dan lapisan magnet cakera keras (HDD), di mana kesucian seragam menjamin lekatan dan prestasi filem.
