Титан — металл, способствующий множеству научных и технических прорывов. Благодаря уникальным свойствам сфера его применения необычайно обширна. Ученые из Пермского национального исследовательского политехнического университета разработали новый метод получения губчатого титана.
Хорош во всем
Титан превосходит большинство металлов и сплавов по физико-химическим свойствам:
- высокая коррозийная стойкость к агрессивным средам. Титан устойчив даже к кипящей «царской водке»;
- высокая температура плавления — 1700°С;
- сравнительная легкость: плотность — 4,517 г/см3 (у железа — 7,874 г/см³);
- высокая пластичность — пригоден для любых видов обработки;
- высокая твердость: по шкале Бринелля — 1000 МН/м² (у железа — 400 МН/м²);
- высокий предел текучести — 250 MH/м² (у железа в 2,5 раза меньше);
- обладает «памятью» — деформированное изделие возвращает изначальную форму при нагревании;
- парамагнетик, то есть очень слабо намагничивается;
- не разрушается при низких температурах (до -269°С).
Основной недостаток этого чудоматериала — редкость. В природе он не встречается в чистом виде. Поэтому получение титана — сложный технологический процесс.
Как это делается
Губчатый титан получают восстановлением тетрахлорида титана магнием и последующей вакуумной сепарацией реакционной массы. Специальный аппарат восстановления помещают в печь, загружают в него расплавленный магний, а после постепенно вливают жидкий тетрахлорид титана. В результате химической реакции образуется губчатый титан, который очищают от остатков магния методом вакуумной сепарации.
При протекании реакции выделяется много тепла, поэтому аппарат восстановления постоянно охлаждается вентиляторами. Предельная температура, при которой возможно восстановление титана, — 900°С. До недавнего времени ошибка регулирования температуры, то есть возможная погрешность, составляла 29°С. В связи с этим аппарат нагревали только до 871°С, чтобы избежать перегрева и последующего брака продукции.
Близится релиз самого амбициозного отечественного IT-проекта SFERA. Скачивайте приложение и тестируйте новые функции! Команда благодарит за поддержку!
Новый метод
Сотрудники Березниковского филиала Пермского национального исследовательского политехнического университета Кирин Юрий Петрович, Бильфельд Николай Васильевич и Тихонов Вячеслав Александрович разработали новую систему управления температурой в зоне аппарата восстановления.
Смысл метода состоит в нахождении такого набора системных настроек, чтобы температура поддерживалась на максимальном уровне при изменении внешних параметров. Решением проблемы стал ПИ-регулятор с робастными настройками, рассчитанными для наихудшего режима функционирования системы. Ученые провели моделирование разработанных режимов работы в программе MatLab и получили отличные результаты. Ошибка регулирования температуры снизилась с 29°С до 9°С. Это значит, что рабочая температура аппарата восстановления повышается с 871°С до 891°С.
В настоящее время 5% циклов получения губчатого титана отбраковываются из-за нарушения температурного режима. Применение нового метода на практике позволит повысить производительность и снизить энергозатраты, а значит, и стоимость конечного продукта.
Двигатель прогресса
После очищения из титановой губки получают порошок или сплав. Они отправляются на предприятия по выпуску готовых изделий, которых существует огромное множество. Этот металл используют в быту, спорте и высокотехнологичных отраслях.
В авиационной промышленности из титана изготавливают детали повышенной жаростойкости, малого веса и сложных форм. К ним относятся газовые турбины, детали планерной части и двигателей, обшивка. В современном самолете более 20 тонн титана.
В космической отрасли этот металл незаменим из-за сохранения свойств при низких температурах и стойкости к «бомбардировке» радиоактивными частицами, летящими на огромной скорости.
В медицине из титана изготавливается широкая номенклатура изделий: от стимуляторов сердца до протезов любых форм и размеров.
Титан активно используется в судостроении, машиностроении, атомной энергетике, приборостроении, химической и нефтедобывающей промышленности. Поэтому открытие российских ученых так важно для развития науки и технологий в стране и во всем мире.
Поставьте лайк и подпишитесь, если вам нравятся наши материалы! Спасибо!
Читайте также:
Материал создан при поддержке проекта SFERA