티타늄 하이드라이드 분말 은 다양한 산업 및 상업적 용도에 적합한 고유한 특성을 지닌 중요한 첨단 소재입니다. 이 분말은 티타늄과 수소 원자가 서로 결합되어 있어 독특한 물리적, 화학적, 기계적 및 기타 특성을 부여합니다.
개요 티타늄 하이드라이드 분말
티타늄 하이드라이드 분말의 화학식은 TiH2이며 짙은 회색을 띕니다. 이 소재의 몇 가지 주요 특징은 다음과 같습니다:
- 높은 수소 흡수 및 탈착 능력
- 가벼우면서도 강력한 기계적 특성
- 부식 및 화학 물질에 대한 내성
- 전기 전도도 조절 기능
- 티타늄 금속의 발포제로 사용
- 광범위한 온도 범위에서 작동하는 기능
- 생체 적합성 및 무독성 특성
티타늄 하이드라이드의 조정 가능한 특성은 분말을 어떻게 가공하고 사용하느냐에 따라 다양한 용도로 사용할 수 있음을 의미합니다. 다음 섹션에서는 분말의 구성, 다양한 생산 방법, 주요 특성 및 산업 전반에 걸친 응용 분야에 대해 살펴봅니다.
티타늄 하이드라이드 분말 구성
이름에서 알 수 있듯이 티타늄 하이드라이드 분말은 주로 티타늄(Ti)과 수소(H) 원자로 구성됩니다. 그러나 산소, 탄소, 질소, 철, 알루미늄, 바나듐과 같은 다른 원소도 소량 존재할 수 있습니다.
티타늄과 수소의 순도 수준과 비율은 파우더 등급마다 다를 수 있습니다:
| 티타늄 함량 | 수소 함량 |
|---|---|
| 90-98% | 2-10% |
고순도 티타늄 하이드라이드는 불순물이 적고 더 까다로운 용도에 적합하며, 순도가 낮은 품종은 일반적인 용도로 사용하기에 더 저렴합니다.
티타늄 하이드라이드 생산 방법
티타늄 하이드라이드 분말을 생산하는 가장 일반적인 기술은 다음과 같습니다:
- 티타늄 분말의 수소화: 티타늄 분말은 고온에서 가압된 수소 가스에 노출되어 수소를 흡수하고 TiH2를 형성합니다. 이 방법을 사용하면 분말의 모양, 크기, 형태를 잘 제어할 수 있습니다.
- 티타늄 스펀지의 직접 수소화: 티타늄 하이드라이드 분말은 티타늄 스펀지 원료에서 수소화를 통해 직접 제조됩니다. 이 단일 단계 접근 방식은 불규칙한 분말 모양을 생성합니다.
- 용융 염의 전기 분해: 용해된 티타늄 염이 포함된 용융 전해질을 활용하여 전해수소화를 통해 수산화티타늄 분말을 전착합니다.
- 기계식 밀링: 티타늄과 수소 함유 화합물의 고에너지 볼 밀링은 기계 화학을 통해 혼합물을 수산화티타늄 분말로 전환하고 균질화합니다.
생산 파라미터를 조정하여 입자 모양, 크기 분포, 탭 밀도, 순도 수준, 조성 비율 및 분말 특성을 애플리케이션 요구 사항에 맞게 조정할 수 있습니다.
주요 속성 티타늄 수소 분말
티타늄 하이드라이드는 몇 가지 고유한 물리적, 화학적, 전기적, 기계적, 생물학적 특성을 지니고 있어 고급 기능을 제공합니다.
물리적 속성
| 속성 | 값 |
|---|---|
| 색상 | 짙은 회색 |
| 융점 | 1680°C |
| 끓는점 | N/A |
| 밀도 | 3.75g/cm3 |
티타늄 하이드라이드는 녹는점이 높기 때문에 산업 환경의 넓은 온도 범위에서 고체 상태를 유지할 수 있습니다.
화학적 특성
- 공기나 습기에 노출되면 산화티타늄 표면 보호막이 자발적으로 형성되어 내식성이 우수합니다.
- 화학 반응성이 낮아 대부분의 산, 알칼리, 유기 화학 물질에 대해 불활성입니다.
- 400°C 이상의 온도에서 쉽게 산화됨
- 수소화 과정에서 대량의 수소 가스를 흡수하고 가열 시 수소를 방출합니다.
기계적 특성
| 속성 | 값 |
|---|---|
| 경도 | 750-950 HV |
| 골절 인성 | ~1 MPa√m |
| 영의 계수 | 100-165 GPa |
| 전단 계수 | 32-43 GPa |
| 벌크 계수 | 57-93 GPa |
| 푸아송 비율 | 0.18-0.40 |
| 압축 항복 강도 | 0.5-1 GPa |
고강도 및 파괴 인성과 낮은 밀도가 결합된 티타늄 하이드라이드 분말은 중량 대비 강도가 우수합니다. 또한 내마모성과 내마모성이 뛰어납니다.
전기적 속성
티타늄 하이드라이드의 전기 전도도는 가공 이력에 따라 광범위한 범위에서 제어할 수 있습니다. 특정 전기 저항 값은 다음과 같습니다:
| 속성 | 값 |
|---|---|
| 전기 저항 | 0.55 - 14μΩ-m |
수소 흡수-탈착 사이클 동안 결정 구조 사이의 가역적 상전이로 인한 전기적 스위칭 거동을 보여줍니다.
생물학적 특성
- 생물학적 불활성 - 세포 독성 또는 면역계 반응을 최소화하여 생물의학적으로 사용 가능
- 무알레르기 및 무자극성
- 비자기성이며 의료 영상 촬영을 방해하지 않습니다.
전반적으로 티타늄 하이드라이드는 부식에 강하고, 가볍고, 강하고, 내구성이 뛰어나며, 전기적 기능이 있고, 온도에 관계없이 안정적이며, 생체 적합성이 있습니다. 이러한 특성 덕분에 티타늄 하이드레이트는 틈새 애플리케이션에 다양하게 활용되고 있습니다.
티타늄 하이드라이드 분말의 응용
우수한 수소 저장 및 방출 특성과 유리한 물리적, 화학적, 전기적, 기계적, 생물학적 특성이 결합된 티타늄 하이드라이드는 다양한 상업 및 산업 용도에 적합합니다:
에너지 저장
- 충전식 고체 수소 저장 물질 - 휴대용 연료 전지, 전기 자동차는 수소 공급원으로 티타늄 하이드레이드를 사용합니다.
- 일부 배터리 화학에서 성능을 향상시키는 음극재 역할을 합니다.
화학 제조
- 상온 및 대기압에서 수소가스를 안전하게 보관하는 데 사용됩니다.
- 화학 합성 또는 반도체 제조를 위한 안정적이고 편리한 수소 공급원으로서 서비스 제공
발포제
- 수산화티타늄의 분해는 용융된 티타늄 금속을 낮은 밀도와 높은 표면적을 가진 다공성 구조로 발포하기 위한 핵 생성 지점을 제공합니다.
분말 야금
- 강화, 경화 또는 열적 특성을 변경하는 합금 원소
- 소결 티타늄 합금의 미세 구조를 제어하는 입자 성장 억제제
- 분말 흐름, 포장 밀도 및 컴팩트성 개선
바이오메디컬
- 이식형 의료 기기, 보철물, 치과 및 정형외과 임플란트
- 바이오 스캐폴드 및 다공성 구조로 조직 내 성장 지원
다음 섹션에서는 사용 가능한 다양한 티타늄 하이드라이드 제품 사양, 크기, 등급 및 표준에 대해 살펴봅니다.
티타늄 하이드라이드 사양
티타늄 하이드라이드는 용도에 따라 분말, 과립, 페이스트, 성형품 형태로 시판되고 있습니다. 다양한 제품 표준, 크기, 등급 및 제조업체는 아래에 요약되어 있습니다:
파우더 크기 및 분포
| 유형 | 입자 크기 범위 |
|---|---|
| 초미세 분말 | 0.1 - 1 μm |
| 미세 분말 | 1 - 10 μm |
| 굵은 가루 | 10 - 100 μm |
최적의 성능을 위해 좁고 맞춤화된 입자 크기 분포가 가능합니다.
순도 등급
- 순도가 낮습니다: 불순물이 포함된 최대 98% 티타늄 하이드라이드
- 중간 순도: 최소 98% 티타늄 하이드라이드 함량
- 고순도: 최대 99.9% 티타늄 하이드레이드 분석 수준
고순도 등급은 비용이 더 많이 들지만 향상된 속성을 제공합니다.
업계 표준
- ASTM B743: 분말 야금 컴팩트에 사용되는 수산화티타늄 분말(등급 R58001-R58003)의 표준 사양
- ASTM C737: 핵 등급 티타늄 하이드라이드 분말에 대한 최소 분석 및 불순물 한계와 샘플링 프로토콜을 지정합니다.
- MIL-T-19504E: 다양한 품질 지표 및 검사 기준을 평가하는 데 사용되는 기술을 표준화하는 군사 규격
이러한 표준은 산업 전반의 표준화된 자격 테스트 및 품질 보증 벤치마크에 적합한 분말 구성을 정의하는 데 도움이 됩니다.
글로벌 공급업체 및 가격
다음과 같은 유명 글로벌 생산업체 및 공급업체가 있습니다. 티타늄 하이드라이드 분말 포함:
| 회사 | 위치 | 가격 견적 |
|---|---|---|
| GfE 메탈레 앤 머티리얼리엔 GmbH | 독일 | $100 - $300 kg당 |
| Micron Metals, Inc. | 미국 | $50 - $250 kg당 |
| 진저우 하이신 금속 재료 Co. | 중국 | $30 - $100 kg당 |
| 에지테크 산업 LLC | UK | $250 - $1500 kg당 |
가격은 주문량, 파우더 등급, 순도 수준, 입자 크기 및 사용자 지정에 따라 달라집니다.
다음 간 비교 티타늄 수소 분말 성적
티타늄 하이드라이드 분말 등급은 생산 방법, 가스 대 금속 비율, 입자 크기 분포, 탭 밀도, 순도 수준 및 분말 모양에 따라 다릅니다.
| 매개변수 | 낮은 순도 | 중간 순도 | 고순도 |
|---|---|---|---|
| 순도 | 최대 98% | 98-99.5% | 99.5-99.9% |
| 수소 함량 | 2-4 wt% | 3-7 wt% | 5-10 wt% |
| 산소 함량 | 0.3-3% | 0.2-1% | <0.1% |
| 탄소 함량 | 0.05-0.5% | <0.05% | <0.01% |
| 철분 함량 | 0.5-3% | 0.1-0.5% | <0.05% |
| 니켈 함량 | 0.1-1% | <0.05% | <0.01% |
| 파티클 모양 | 불규칙하고 벗겨지는 피부 | 세분화된 구형 | 유동성 미세 분말 |
| 입자 크기 | 10-300 μm | 1-100 μm | 0.1-10 μm |
| 탭 밀도 | 0.5-2.5g/cc | 1.5-4g/cc | 2-6 g/cc |
| 겉보기 밀도 | 25-35% 탭 밀도 | 35-45% 탭 밀도 | 45-65% 탭 밀도 |
| 유동성 | Poor | 통과 가능 | 양호 |
| 색상 | 짙은 회색에서 검은색 | 짙은 회색 | 짙은 회색 |
| 비용 | 낮음 | Medium | 높음 |
고순도 등급은 분말 밀도가 높아 혼합 및 반응성이 개선되고 전기적, 기계적 성능이 향상됩니다. 하지만 고순도 등급은 일반 등급에 비해 비용 프리미엄이 붙습니다. 커스터마이징은 애플리케이션 요구 사항과 예산 제약의 균형을 맞추는 데 도움이 됩니다.
티타늄 하이드라이드의 장점
- 높은 중량 대비 강도 비율
- 탄력적인 기계적 특성
- 내식성 및 내마모성
- 넓은 온도 범위에서 작동
- 전기 전도성이 있지만 불활성
- 티타늄 합금보다 낮은 밀도
- 수정 가능한 마이크로 구조
- 제어된 에너지 방출
- 생체 적합성 및 무독성
이러한 유용한 기능은 티타늄 하이드라이드가 가치를 제공할 수 있는 시나리오를 확장합니다.
티타늄 하이드라이드의 한계
- 고온에서의 표면 산화 경향
- 경쟁사 소재보다 높은 비용
- 제한된 성형성으로 인한 컴포넌트 지오메트리의 제약
- 수소 취성을 통해 균열이 느리게 성장하기 쉬움
- 제어되지 않은 거품을 방지하기 위해 냉각 속도를 제어해야 합니다.
- 파우더 등급은 품질과 일관성이 매우 다양합니다.
적절한 파우더 특성화, 환경 제어, 설계 아키텍처 및 공정 파라미터는 이러한 한계를 극복하는 데 도움이 됩니다.
자주 묻는 질문
Q: 티타늄 하이드라이드는 인화성 또는 폭발성이 있나요?
A: 아니요. 티타늄 하이드라이드는 불연성, 비폭발성으로 분류되며 일반적인 취급 프로토콜에 따라 운송 및 보관에 안전합니다. 그러나 극한 조건에서는 국소적인 분말 연소가 발생할 수 있습니다.
질문: 수소 탈착 온도는 얼마인가요?
A: 대부분의 티타늄 하이드라이드 등급은 200°C 이상에서 수소를 방출하기 시작하여 550°C까지 탈착이 완료됩니다. 이 온도는 특정 촉매를 사용하여 낮출 수 있습니다.
Q: 파티클 크기가 성능에 중요한가요?
A: 네. 티타늄 하이드라이드 입자가 작을수록 확산 속도와 반응 표면적이 더 높습니다. 그러나 입자 크기가 클수록 유동성과 포장 밀도가 향상됩니다. 다양한 크기는 다양한 용도에 적합합니다.
Q: 티타늄 하이드라이드 분말을 재활용할 수 있나요?
A: 티타늄 하이드라이드는 우수한 가역성으로 여러 번의 수소 흡수-탈착 사이클을 거칠 수 있습니다. 즉, 이전의 오염 수준에 따라 사용한 분말을 재처리하여 재사용할 수 있습니다.
Q: 티타늄 하이드라이드 수소 저장소의 수명에 영향을 미치는 요인은 무엇인가요?
A: 반복되는 수소화-분해 주기, 작동 온도, 국부적 스트레스, 재료 순도, 환경 노출 조건에 따라 장기적인 수소 저장 안정성과 사용 가능한 수명이 결정됩니다.
