1. Ytelsesforskjeller for rent titan med forskjellige renhetsnivåer
1.1 Mekaniske egenskaper
Styrke og hardhet
Kommersielt titan med lav-renhet (grad 3/grad 4 CP titan): Med høyere innhold av urenheter (f.eks. oksygeninnhold på opptil 0,35 % i grad 4), fungerer interstitielle atomer (O, N, C) som "herdemidler" som forvrenger titangitteret, og øker strekkstyrken og hardheten betydelig. Grad 4 CP titan har en strekkstyrke på 550–650 MPa og en Brinell-hardhet på 150–180 HB, som er nesten dobbelt så sterk som grad 1 titan. Dette kommer imidlertid på bekostning av redusert duktilitet, med en bruddforlengelse på bare 10–15 %.
Medium-renhet kommersielt titan (grad 2 CP titan): Med et balansert innhold av urenheter (oksygeninnhold ~0,25 %) oppnår den en avveining- mellom styrke og duktilitet, med en strekkstyrke på 345–450 MPa, en forlengelse på 18–25 %, og er den mest brukte kvaliteten i generelle ingeniørapplikasjoner.
Titan med høy-renhet (renhet større enn eller lik 99,9 %): Med urenhetsinnhold (totalt mellomliggende elementer<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.
Tretthet og slagfasthet
CP-titan med lav-renhet (grad 3/4) har høyere utmattelsesstyrke (opptil 200–250 MPa i 10⁷ sykluser) på grunn av økt styrke, men slagfastheten er dårlig (Charpy slagenergi<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 ved romtemperatur), siden fravær av urenheter-induserte defekter gjør at materialet absorberer mer energi under deformasjon eller støt.
1.2 Fysiske egenskaper
Termisk og elektrisk ledningsevne
Urenheter i titan med lav-renhet sprer varmebærere (fononer og frie elektroner), noe som fører til lavere termisk ledningsevne (18–20 W/(m·K) for grad 4) og elektrisk ledningsevne (1,8–2,0 MS/m).
Titan med høy-renhet har minimal elektron- og fononspredning, med termisk ledningsevne økt til 25–30 W/(m·K) og elektrisk ledningsevne opptil 3,0–3,5 MS/m, noe som gjør den mer egnet for applikasjoner som krever stabil termisk eller elektrisk overføring.
Termisk stabilitet og smeltepunkt
Urenheter i titan med lav-renhet senker rekrystalliseringstemperaturen (til 500–550 grader) og forårsaker forgrovning av korn ved høye temperaturer, noe som reduserer strukturell stabilitet ved høye-temperaturer.
Titan med høy-renhet har en høyere rekrystalliseringstemperatur (600–650 grader) og opprettholder en fin, jevn kornstruktur ved høye temperaturer (opptil 400 grader), og sikrer jevn ytelse under langvarige-høye-temperaturforhold.
1.3 Kjemisk og korrosjonsbestandighet
Generell korrosjonsbestandighet
Alle rene titankvaliteter danner en tett, selvhelbredende TiO₂-passiveringsfilm, som gir utmerket motstand mot de fleste syrer (unntatt konsentrert HF) og alkalier. Imidlertid påvirker urenhetsnivåer passiveringsfilmkvaliteten:
Titan med lav-renhet (grad 4) kan danne lokaliserte-rike områder som urenheter som svekker passiveringsfilmen, noe som fører til gropkorrosjon i miljøer med høyt-kloridhold (f.eks. sjøvann med høy saltholdighet).
Titan med høy-renhet danner en jevn, defekt-fri passiveringsfilm, med korrosjonshastigheter<0.001 mm/year in 10% H₂SO₄ at room temperature and near-zero corrosion in most ultra-pure chemical media.
Følsomhet for hydrogensprøhet
Urenheter som jern og karbon i titan med lav-renhet akselererer hydrogenabsorpsjonen, og forårsaker hydrogensprøhet ved temperaturer over 200 grader, noe som fører til sprø brudd under stress. Titan med høy-renhet har minimal hydrogenabsorpsjon (hydrogeninnhold<0.001%) and is immune to hydrogen embrittlement even in high-temperature hydrogen-containing environments.
1.4 Behandlingsytelse
Kaldarbeidende bearbeidbarhet
Titanium med høy-renhets høy duktilitet tillater dyp kaldtrekking, stansing og spinning, noe som muliggjør produksjon av komplekse-formede komponenter (f.eks. tynne-veggede rør med en veggtykkelse på<0.1 mm). In contrast, low-purity Grade 4 titanium has poor cold formability and requires intermediate annealing during processing to avoid cracking.
Sveisbarhet
Titan med høy-renhet har lavt innhold av urenheter, og eliminerer risikoen for urenheter-indusert sveisesprekker og dannelse av sveiseskjøter med mekaniske egenskaper som er nesten identiske med basismetallet. Titan med lav-renhet kan produsere sprø intermetalliske faser (f.eks. TiC, TiN) i sveisesoner, noe som reduserer skjøtenes seighet med 30–40 %.
2. Hovedapplikasjoner for titan med høy-renhet
2.1 Halvleder og elektronisk industri
Wafer-behandlingsutstyr: Titan med høy-renhet brukes til å fremstille komponenter for kjemiske dampavsetningskamre (CVD), etsere og ioneimplantater. Det lave innholdet av urenheter forhindrer forurensning av silisiumskiver, mens korrosjonsmotstanden tåler aggressive etsemidler (f.eks. HF/HNO₃-blandinger).
Vakuum elektroniske komponenter: Den brukes til å lage elektronrørkatoder, gettermaterialer og tynne-filmsubstrater. Dens høye elektriske ledningsevne og termiske stabilitet sikrer stabil elektronemisjon og varmespredning i miljøer med høye-vakuum og høye-temperaturer.
Printed Circuit Board (PCB) substrater: Ultra-tynne titanfolier med høy-renhet fungerer som fleksible ledende substrater for høyfrekvente PCB-er, siden de ikke forstyrrer signaloverføringen og har utmerket utmattelsesmotstand under gjentatt bøyning.
2.2 Biomedisinsk ingeniørfag
Implantater med høy-presisjon: For spesialiserte applikasjoner som cochleaimplantater, nevrostimuleringselektroder og mikrovaskulære stenter, gjør titans overlegne biokompatibilitet (ingen cytotoksiske urenheter) og duktilitet med høy-renhet det å bli behandlet til fleksible strukturer i mikro-skala som tilpasser seg menneskelig vevsbevegelse uten å forårsake betennelse eller avstøtning.
Komponenter for medisinsk utstyr: Den brukes i kirurgiske instrumentspisser, tannimplantater og diagnostiske sensorhus, der korrosjonsmotstanden i kroppsvæsker (blod, spytt) og lav magnetisk følsomhet (kompatibel med MR-skanning) er kritiske fordeler.
2.3 Luftfart og luftfart
Aerospace fremdriftssystemer: Titan med høy-renhet brukes til kryogene drivstofftankforinger og rørledningskomponenter for flytende oksygen/flytende hydrogen i rakettmotorer. Dens lave følsomhet for hydrogensprøhet og duktilitet ved kryogene temperaturer (-253 grader) forhindrer sprekker under ekstrem termisk syklus, mens dens kjemiske renhet unngår reaksjoner med drivmidler.
Satellitt-konstruksjonsdeler: For lette, høy-presisjonssatellittkomponenter (f.eks. antennestøtter, termiske kontrollpaneler), sikrer dens stabile termiske ekspansjonskoeffisient (10,8×10⁻⁶/grad ) og høy renhet dimensjonsstabilitet i ekstreme temperatursvingninger i rommet.
2.4 Kjemisk og kjernefysisk industri
Ultra-ren kjemisk prosessering: Ved produksjon av kjemikalier med høy-renhet (f.eks. farmasøytiske mellomprodukter, elektroniske-reagenser), forhindrer titanreaktorer og rørledninger med høy-renhet urenheter å leke inn i produktet, og sikrer samsvar med strenge renhetsstandarder (f.eks. USP klasse VI for legemidler).
Atomreaktorkomponenter: Den brukes til kledning av brenselstaver for forskningsreaktorer og nøytronmoderatorbeholdere. Tverrsnittet med lavt nøytronabsorpsjon-(reduserer nøytrontap) og motstanden mot korrosjon fra flytende natrium- eller borsyrekjølevæske gjør den ideell for kjernefysiske applikasjoner.
2.5 Avansert materialproduksjon
Titanium Alloy Master Alloys: Titan med høy-renhet fungerer som et basismateriale for å produsere titanlegeringer med høy-ytelse (f.eks. Ti-6Al-4V ELI for medisinsk bruk), siden dets lave urenhetsinnhold sikrer legeringens konsekvente mekaniske og biokompatible egenskaper.
Tynn-film- og beleggteknologi: Titanforstøvningsmål med høy-renhet brukes til å avsette titanfilmer for solceller, optiske belegg og magnetiske lag på harddiskstasjoner (HDD), der jevn renhet garanterer filmvedheft og ytelse.
