티타늄에 대하여..

1) 주기율표 제4A족에 속하는 금속원소. 원소기호 : Ti 원자번호 : 22 원자량 : 47.90 녹는점 : 1675℃ 끓는점 : 3260℃ 비중 : 4.50(20℃)    <순수티타늄, 티타늄합금, 순수지르코늄, SUS 316 의 비교> 원자번호 22 - 40 - 원자량 47.90 - 91.22 - 비중 4.54 4.46 6.57 7.9 융해점(℃) 1688 1538~1649 1845 1400~1427 영율(㎏/㎟) 10.8 × 10³ 11.6 × 13³ 9.1 ×13³ 20.3 × 10³ 전기저항(μ Ω ㎝) 55 ~ 60 157 40 ~ 54 72 전기전도도(%) 2.9 ~ 3.1 1.1 3.5 ~ 4.3 2.4 열전도도(㎈/㎠/sec℃/㎝) 0.041 0.020 0.040 0.031 열팽창계수 8.6 ×10-6 9.4 ×10-6 5.8 ×10-6 16.5 ×10-6 비열(㎈/g/℃) 0.13 0.13 0.07 0.12   2) 읽을거리  영국의 남단에 위치한 한적한 시골마을인 Manaccan에 노르만인들이 10세기경에 세운 교회가 지금도 마을의 중심에 자리하고 있다. 이 교회에 재직하던 William Gregor(그레거) 목사는 1790년 어느날 교회 주위로 흘러가는 작은 냇가의 물방아간 (Tregonwell Mill) 앞에서 검은색으로 빛나는 모래를 한 움큼 주어서 유심히 관찰하였다. 그는 자성을 가지고 있는 이 검은색 모래가 당시에 위력적인 화약이 아닐까 생각하고 몇가지 기본적인 실험을 해 보았으나, 금방 자기 생각이 틀렸다는 것을 알 수 있었다. 과학적 호기심에 충만해 있던 그는 자기가 가지고 있던 모든 기구를 동원하여 이 모래의 정체를 알아내고자 하였다. 그리고는 이 모래에는 철분과 함께 여지껏 알려지지 않은 또 다른 원소가 있다는 것을 알았고, 이를 분석하여 당시에 유명한 독일 학술지에 자신의 지역이름을 딴 "Manachan" 라는 원소의 존재를 알렸다. 목사님이 분석한 모래는 지금은 Ilmenite라고 부르는 FeTiO3 이었다.    헝가리 사람으로 독일의 베르린에서 연구를 하던 Martin Kraproth(클라프로트)도 헝가리산 금홍석(金紅石)에서 여지껏 알려지지 않은 새로운 원소의 존재를 1795년에 발견하였고, 이 새로운 원소의 이름을 그리스 신화에 등장하는 하늘과 땅의 아들이면서 거인인 Titan이라고 명명하였다.  그리고는 1797년에 두사람이 발견한 원소가 동일한 것이라는 것을 알았고, 이 후로 영국에서는 Titanium으로, 그리고 독일에서는 Titan으로 명명되어 지금까지 사용되고 있다. 순금속은 1910년 M.A.헌터에 의해 처음으로 단리(單離)되었다.    티타늄은 산소와의 결합력이 무척 강하여 순수한 금속원소로 추출되어지기 위하여는 Wilerston(1823년), Mueller(1856년), Kilirov(1875년), Hunter(1910년), Van Arkel(1925년) 등과 같은 과학자들의 노력이 필요하였다. 드디어 티타늄을 공업적으로 이용할 수 있는 제조특허가 룩셈브르크에서 미국으로 이주한 야금학자 Kroll에 의해 1940년에 등록되어 1950년부터 산업화될 수 있었다.   3) 더 알기  【존재】 예전에는 희유원소로 생각했던 일도 있으나, 지각(地殼) 속에서의 존재도가 높아 클라크수 0.46으로 제9위이며, 마그네슘에 이어서 크다. 매우 널리 분포하며, 토양 속에는 보통 약 0.6 %의 산화티탄이 존재한다. 또, 지각의 화성암 속에도 소량 함유되어 있다. 주요 광석은 루틸(금홍석) ·티탄철석 ·판티탄석 ·예추석(銳錐石) ·회티탄석 등이다. 또 사철 속에는 티탄철석이 함유되어 있다. 【성질】 은백색 금속으로, 순수한 것은 전성(展性) ·연성(延性)이 있고, 가열에 의해서 단련할 수 있으며, 내부식성(耐腐蝕性)이 있기 때문에 공업상 중요한 금속이다. 결정은 α형과 β형의 2종이 있는데, α형은 상온에서 안정하다. α형은 육방정계(六方晶系)에 속하며, 882℃ 이상에서는 등축정계(等軸晶系)인 β형이 된다. 굳기 4.0으로 차가울 때는 극히 취약하여 가루로 만들 수도 있으며 적열(赤熱)상태에서는 선으로 만들 수 있다. 강도는 탄소강과 거의 같고, 자중(自重)에 대한 강도비는 철의 약 2배, 알루미늄의 약 6배이다. 또, 열전도율 ·열팽창률이 작고, 400℃ 이하에서는 강도의 변화가 작다. 공기 중에서는 안정하나, 산소 속에서 강열하면 산화티탄이 된다. 할로겐과 가열하면 반응하고, 산에는 철보다 잘 녹지 않는다. 바닷물 속에서는 백금에 이어서 내식성(耐蝕性)이 강하다. 많은 금속과 합금을 만든다. 【제조법】 공업적으로는 크롤법으로 제조한다. 원료는 보통 산화티탄 TiO2이 94% 정도 함유되어 있는 루틸, 또는 60% 정도 함유되어 있는 티탄철석 등이다. 이것들을 일단 제련하여 티탄슬래그 분말로 하고, 목탄 또는 코크스를 가하여 소결(燒結)한 후 염소화로(鹽素化爐) 속에서 900℃ 정도로 사염화티탄을 만든다. TiO2＋2C＋2Cl2 → TiCl4+2CO 생성된 사염화티탄에는 철 ·규소 ·바나듐 등의 염화물이 불순물로 함유되어 있으므로, 이것들을 증류에 의해서 정제한다. 정제된 사염화티탄은 1기압의 아르곤가스 속에서 융해한 마그네슘에 적하(滴下)함으로써 금속티탄으로 분리시킨다. TiCl4＋2Mg → Ti+2MgCl2 다시 반응물을 가열하여 불순물을 증발시켜 티탄스펀지로 만드는데, 보통 1 공정에서 1t 정도의 티탄을 만든다. 순도는 99.6∼99.85%이다. 이것을 다시 정제하는 데는 요오드법이 사용된다. 조(粗)티탄금속을 요오드와 250∼300 ℃에서 반응시켜 요오드화티탄을 만들고, 그 증기를 1,100∼1,500℃에서 열분해시켜 고순도의 티탄과 요오드로 분리한다. 열분해는 보통 전류를 통한 텅스텐선상에서 시행한다. 이 방법으로 얻은 티탄은 순도가 높아 99.96%이므로, 요오드법 티탄이라 하여 구별한다. 이 밖에 융해염 전해법 등을 사용하는 일도 있다. 【용도】 강도 ·내식성이 크고 가벼우므로 항공기 ·선박을 비롯하여 많은 구조용(構造用) 재료로 사용되고, 화학공업에서 내식성 용기 재료로도 사용된다 .   티타늄은 경금속, 고강도 및 뛰어난 내식성을 지니고 있다. 티타늄은 견고하고 강도가 높기 때문에 항공산업, 자동차산업등에 구조물로써 이용되며, 내식성이 뛰어나기 때문에 화학산업 등에서 반응기, 열교환기, 배관작업 등에 이용되기도 한다. 용도 : 강도ㆍ내식성이 크고 가벼우므로 항공기ㆍ선박을 비롯하여 많은 구조용 재료로 사용되고, 화학공업에서 내식성 용기 재료로도 사용된다. 사용분야 우주항공 : 기계구조체, 엔진부품 해양관련 : 해수담수화장치, LNG해수쿨러용튜브 선 박 : 선회기부품, 샤프트 화학공업 : 전해용전극, 각종 제조장치 발전소 : 화력, 원자력발전의 복수기기, 관, 판 자동차 : 콘로드, 밸브, 스프링, 볼트 정밀기계 : 시계, 카메라, 안경, 컴퓨터 의료치과 : 인공뼈, 수술용구, 핀세트 원자력 폐기물 처리 : 수송용기 악세사리 : 안경프레임, 넥타이핀, 목걸이 등 스포츠용품 : 골프채, 테니스라켓, 자전거   물리적성질 기계적성질 내식성  경금속으로서 철의 약 60%에 해당 융해점이 매우 높다. 열팽창계수가 철의 약 70%정도로 낮다. 열전도율이 낮다. 전기저항이 매우 크다. 영율(Young's modulus)이 철의 1/2이다.   다른 금속들이 지니지 못한 여러가지 기계적 특성  ① 상대강도가 높다 .  ② '항복강도/인장강도'의 비율이 높다.  ③ 내응력이 매우 뛰어나다.  ④ 충격에 대한 반응이 뛰어나다.   여러 부식물에 아주 강한 내식성  ① 유기산 티타늄은 질산, 크롬산 및 왕수 등의 산화산에 대해서는 고온, 고농도의 조건하에서도 아주 강한 내식성을 나타낸다. 고온에서는 염산이나 황산등의 비산화산에 대해서는 부식이 발생하지만, 이 경우에도 약간의 산화제와 함께 사용될 경우 이러한 비산화산에 대한 내식성도 매우 향상된다. 하지만, 불소의 경우에는 통상의 실내온도에서도 부식에 매우 약하기 때문에각별한 주의가 필요하다. ② 알칼리 티타늄은 비등상태의 알칼리용약 등에도 뛰어난 내식성을 나타내며, 스테인레스에서 발생되는 Pitting corrosion 등이 전혀 나타나지 않는다. 하지만, 가성소다의 경우, 고농도ㆍ비등상태에서는 약간의 부식이 발생될 수도 있다. ③ 염화화합물 고농도ㆍ고온상태의 염화화합물에 대해서는 티타늄만큼 내식성을 나타내는 금속은 없다. 단지 예외적으로 알루미늄 염화물이나 아연염화물에 대해서는 때때로 부식이 발생되기도 한다. ④ 여러가지 가스 티타늄은 유화수소가스나 습식염화가스에 대해서 뛰어난 내식성을 나타낸다. 하지만, 건식염화가스에 노출되었을 때는 습기를 보충해주어야만 한다. ⑤ 해수 티타늄은 해수에 대해서는 완전한 내식성을 나타낸다. ⑥ 유기화합물 티타늄은 초산과 주석산과 같은 대부분의 유기산에 대해서는 매우 뛰어난 내식성을 나타낸다. 포름산과 수산의 경우에는 고온에서 약간의 부식이 발생할 수도 있다. 지르코늄의 경우에도 티타늄과 마찬가지로 각종 유기화합물에 대해 뛰어난 내식성을 가지고 있으며, 황산에 대해서는 티타늄보다 우수한 내식성을 지니고 있다. 내식성이 더욱 향상된 15PAT, 20PAT 등과 같은 티타늄 합금이 이다. 이러한 티타늄 합금은 순수티타늄의 경우에는 부식이 발생될 수 이쓴ㄴ 유황산이나 염산(hydeochioride acid) 등의 각종 비산화산에 대해 매우 뛰어난 내식성을 지니고 있다. 20PAT에 함유되어 있는 파라듐 성분은 0.20%를 넘고 있으며, 따라서 15PAT보다 뛰어난 내식성을 요구하는 제품에 사용되고 있다.   출처:네이버지식