PVC mit einem Faserlaser schneiden: Gefahren und Alternativen
Wenn es darum geht, Materialien präzise zu schneiden, sind Faserlaser oft das Werkzeug der Wahl für viele Fachleute. Aber was…
Dieser Artikel bietet einen kurzen Überblick über Titan, dessen Verwendungen und einen Vergleich mit anderen wichtigen Metallen.
Ein direkter Vergleich der physikalischen, elektrischen und thermischen Eigenschaften von reinem Titan mit denen anderer Metalle wie Aluminium, Nickel, Magnesium, Kupfer und 304er Edelstahl ist in Tabelle 1 dargestellt.
Titan ist ein silbergraues Metall, das zur Gruppe 4 des Periodensystems gehört. Dieses äußerst nützliche Industriemetall ist leicht, besitzt eine hohe Festigkeit und ist in normalen Umweltbedingungen sehr korrosionsbeständig.
Entdeckt wurde Titan in gebundener Form im Jahr 1791 von William Gregor, einem englischen Mineralogen und Chemiker. Unabhängig davon wurde es 1795 erneut von dem deutschen Chemiker Martin Heinrich Klaproth entdeckt, der dem Element auch den Namen gab. In reiner Form wurde Titan erstmals 1910 von Matthew A. Hunter isoliert.
Titan ist ein weit verbreitetes Element und macht etwa 0,44 % der Erdkruste aus. Es kommt nahezu in allen Sanden, Tonen, Böden und Gesteinen vor. Ebenso findet man es in biologischen Organismen, natürlichen Gewässern, in Material aus der Tiefsee, in Meteoriten und in Sternen.
Die beiden wichtigsten kommerziell genutzten titanführenden Mineralien sind Rutil und Ilmenit. Aufgrund seiner hohen Reaktivität ist die Gewinnung von Titan anspruchsvoll. Bei erhöhten Temperaturen reagiert Titan extrem mit Stickstoff und Sauerstoff, weshalb herkömmliche oxidative Reduktionsverfahren zur Titanherstellung nicht geeignet sind.
Titan ist ein paramagnetisches Material und besitzt zwei Kristallstrukturen, die bei unterschiedlichen Temperaturen existieren. Unterhalb von 883°C liegt eine hexagonal dichteste Packung vor, oberhalb dieser Temperatur bildet Titan eine kubisch-raumzentrierte Kristallstruktur. Es existieren fünf stabile Isotope: Titan-46, Titan-47, Titan-48, Titan-49 und Titan-50.
Eine zentrale Eigenschaft vieler industrieller Werkstoffe ist deren elektrische und thermische Leitfähigkeit. Titan weist im Vergleich zu anderen technischen Metallen und Legierungen eine relativ geringe elektrische und thermische Leitfähigkeit auf. Die niedrige elektrische Leitfähigkeit macht Titan für Anwendungen, bei denen diese entscheidend ist, eher ungeeignet.
Auch die geringe Wärmeleitfähigkeit ist bei der Bearbeitung von Titan ein wichtiger Aspekt. Beim Zerspanen kann sich das Werkzeug stark erhitzen, da die Wärme nicht ausreichend abgeleitet wird, was Qualität und Lebensdauer der Werkzeuge beeinflussen kann.
Ein direkter Vergleich der physikalischen, elektrischen und thermischen Eigenschaften von reinem Titan mit denen anderer Metalle wie Aluminium, Nickel, Magnesium, Kupfer und 304er Edelstahl ist in Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1. Vergleich der physikalischen Eigenschaften von Titan mit denen anderer Metalle.
| Eigenschaft | Titan | 304 Edelstahl | Aluminium | Magnesium | Nickel | Kupfer |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Ordnungszahl | 22 | — | 13 | 12 | 28 | 29 |
| Atomgewicht |
47,867 |
— |
26,981 |
24,305 |
58,6934 |
63,546 |
| Dichte |
4,54 |
7,93 |
2,7 |
1,74 |
8,91 |
8,9 |
| Linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient (/°C) |
8,4×10-6 | 17×10-6 | 23×10-6 | 25×10-6 | 15×10-6 | 17×10-6 |
|
Spezifische Wärmekapazität (J/g K) |
0,52 |
500 |
0,9 |
1,02 |
0,44 |
0,38 |
| Wärmeleitfähigkeits- koeffizient (cal/cm2/s/°C/cm) | 0,041 | 0,039 | 0,49 | 0,38 | 0,22 | 0,92 |
| Spezifischer elektrischer Widerstand (µOhm-cm) |
55 | 72 | 2,7 | 4,3 | 9,5 | 1,7 |
| Elektrische Leitfähigkeit (%IACA) | 3,1 | 2,4 | 64 | 40 | 18 | 100 |
| Elastizitätsmodul (kg/mm2) | 10.850 | 20.403 | 7.050 | 4.570 | 21.000 | 11.000 |
| Poissonzahl |
0,3 |
0,3 |
0,33 |
0,35 |
0,31 |
0,36 |
| Schmelzpunkt (oC) | 1.600 | 1.400-1.450 | 660,32 | 640 | 1.455 | 1.085 |
Titan ist ein hochreaktives Metall, ähnlich wie Aluminium. Durch atmosphärische Passivierung und die Bildung einer Oxidschicht kann Titan jedoch inert werden. Dieser Prozess findet sowohl in Luft als auch im Wasser statt. Die Oxidschicht schützt Titan vor Angriffen durch Mineralsäuren wie Schwefel- und Salzsäure. Diese chemische Beständigkeit kann durch die Zugabe von Palladium weiter erhöht werden.
Die herausragende Korrosionsbeständigkeit, hohe Festigkeit und geringe Dichte machen Titan zu einem idealen Werkstoff für industrielle Anwendungen wie Raketen-, Schiffs-, Flugzeug- und Raumfahrzeugteile. Ein weiteres wichtiges Einsatzgebiet ist die Medizintechnik, wo Titan aufgrund seiner Unverträglichkeit mit organischem Gewebe häufig in Prothesen verwendet wird.
Titan wird auch als Legierungsbestandteil in der Stahlherstellung eingesetzt, um die Korngröße zu reduzieren, als Desoxidationsmittel, als kohlenstoffreduzierender Zusatzstoff in rostfreien Stählen, zur Härtung von Kupfer und zur Korngrößenreduzierung in Aluminium.
Beide Metalle werden häufig in industriellen und kommerziellen Anwendungen verwendet. 304er Edelstahl ist ein austenitischer Stahl, der 8–10,5 % Nickel und 18–20 % Chrom enthält. Dank seiner guten Schweiß- und Umformeigenschaften sowie seiner Korrosionsbeständigkeit wird 304er Edelstahl beispielsweise in Wärmetauschern, Rohrleitungen, Schrauben, Muttern, Küchenausstattungen und Autoverkleidungen eingesetzt.
Die Eigenschaften der beiden Werkstoffe bestimmen ihre unterschiedlichen Anwendungsbereiche. Titan ist zwar weniger hart als 304er Edelstahl, jedoch 3–4 mal stärker, was ihm eine längere Lebensdauer verleiht. 304er Edelstahl ist elastischer und besitzt eine höhere Zugfestigkeit als Titan.
Titan hat zudem ein höheres Festigkeits-Gewichts-Verhältnis als Edelstahl. Es ist biokompatibel, während 304er Edelstahl dies nicht ist – was den Einsatz von Edelstahl in der Medizintechnik, einem Hauptanwendungsgebiet von Titan, einschränkt. 304er Edelstahl ist deutlich günstiger als Titan. Beide Metalle sind recycelbar.
Titan ist ein industriell bedeutendes Metall, das in zahlreichen kommerziellen Anwendungen eingesetzt wird. Seine einzigartigen Eigenschaften machen es für bestimmte Anwendungen besser geeignet als andere Metalle, während seine schwachen elektrischen und thermischen Leitfähigkeiten den Einsatz in einigen Bereichen einschränken und Materialien wie Kupfer begünstigen. Dieser Artikel bot einen kurzen Überblick über Titan und den Vergleich mit anderen Industriemetallen.
