Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (ТИ)"

Автор книги: Большая Советская Энциклопедия

Жанр:

Энциклопедии

сообщить о нарушении

Текущая страница: 17 (всего у книги 26 страниц)

Назад к карточке книги

Титана галогениды

Тита'на галогени'ды, соединения титана с галогенами общей формулы TiX_n (где Х – галоген, n = 2—4). Высшие галогениды TiX₄ более устойчивы и лучше изучены, чем низшие. Тетрагалогениды TiX₄ образуются при взаимодействии титана с сухими галогенами: с фтором при 150 °С, хлором при 300°С, бромом при 360 °С, йодом при 55 °С; наиболее важными из них для практического применения являются хлориды и иодиды. Тетрахлорид титана TiCl₄ – бесцветная тяжёлая жидкость с резким запахом, плотность 1,727 г/см³ при 20 °С, t_кип 136 °С, на воздухе дымит. Получают действием хлора на смесь TiO₂ с углём при 700—800 °С; служит исходным продуктом для промышленного производства металлического титана, а также применяется в военном деле для создания дымовых завес, что можно описать реакцией: TICl₄ + +2H₂ O = TiO₂ +4HCl. Тетраиодид титана Til₄ – красно-бурые кристаллы с металлическим блеском, плотность 4,27—4,40 г/см³, t_пл 150—156 °С, t_кип 377 °С. Используется для глубокого рафинирования загрязнённого примесями титана.

Титана окислы

Тита'на о'кислы, соединения титана с кислородом TiO, Ti₂ O₃ , TiO₂ . Кроме того, в интервале составов TiO₂ ¸ TiO₂ O₃ известен ряд промежуточных окислов. Наиболее распространённым и важным для технических целей Т. о. является двуокись TiO₂ , встречающаяся в природе в виде минералов рутила , анатаза и брукита . В чистом виде TiO₂ представляет собой белый порошок (t_nл 1830—1850 °С). Получают технический TiO₂ из рутила, из комплексных титано-железных руд типа ильменитов сернокислотным методом; окислением TiCl₄ в плазменной струе кислорода при 1500—2000 К или сжиганием TiCl₄ в кислороде. Окисные руды титана используются как сырьё для производства металлического титана (см. Титан ). TiO₂ широко применяется для изготовления высококачественной белой краски (титановые белила), а также в качестве пигмента и наполнителя в резиновой промышленности, в производстве пластмасс, искусственного волокна, в бумажной, кожевенной, металлургической и некоторых др. отраслях промышленности.

С. Г. Глазунов.

Титанаты

Титана'ты, соли титановых кислот; см. Титан .

Титанирование

Титани'рование, покрытие тонким слоем металлического титана какого-нибудь др. материала, обычно стали, для повышения коррозионной стойкости. Т. может осуществляться путём конденсации паров титана на поверхности изделия, для чего металл расплавляют и перегревают с помощью электронного луча в глубоком вакууме. Таким способом наносят титановую плёнку не только на металлы, но и на стекло и др. материалы. Диффузионный метод Т. заключается в нанесении специальной пасты, содержащей порошкообразный титан, и последующем отжиге в вакууме или нейтральной среде. Т. можно производить и путём напыления. Т. позволяет значительно сократить расходы на изготовление крупных автоклавов и др. химического оборудования, работающего в условиях повышенного коррозионного воздействия. К Т. можно отнести также внутреннюю облицовку стальных ёмкостей тонкими листами титана.

Титанит

Титани'т, сфен, минерал из группы островных силикатов ; химическая формула CaTiO [SiO₄ ]. В качестве примеси содержит Fe²⁺, Fe³⁺ , до 12% (Се, Y)₂ О₃ (в кейльгауите – разновидности Т.), Mn, Sn, Nb, Cr. Кристаллизуется в моноклинной системе. Образует обычно одиночные кристаллы в виде уплощённых призм, имеющих в поперечном сечении характерную клиновидную форму, а также зернистые агрегаты. Цвет жёлтый, коричневый, зелёный, иногда чёрный, красноватый. Блеск алмазный. Твёрдость по минералогической шкале 5—6; плотность 3300—3600 кг/м². Т. – широко распространённый акцессорный минерал магматических горных пород (наиболее часто встречается в щелочных породах; иногда – в метаморфических гнейсах и др. породах, а также в гидротермальных образованиях). При значительном скоплении – сырьё для получения Ti.

Титания

Тита'ния, спутник планеты Уран, диаметр около 1800 км, среднее расстояние от центра планеты около 439 тысяч км, открыт в 1787 В. Гершелем . Плоскость орбиты Т. почти перпендикулярна плоскости орбиты Урана. См. Спутники планет .

Титановая керамика

Тита'новая кера'мика, керамические материалы, обладающие свойствами сегнетоэлектриков , на основе соединений титана, главным образом двуокиси титана (TiO₂ ) и титаната бария (BaTiO₃ ). Т. к. на основе TiO₂ характеризуется высокой диэлектрической проницаемостью (e = 20—170), малыми диэлектрическими потерями и широко используется в производстве конденсаторов электрических под названием тиконд (от титан и конденсатор). Тиконды имеют отрицательный температурный коэффициент диэлектрической проницаемости TK_e , колеблющийся от -5 ×10^-5 до -13 ×10^-14 1/°С. У Т. к., в состав которой наряду с TiO₂ входят окислы магния, алюминия и циркония, TK_e может быть также положительным (от -8 ×10^-5 до 3×10^-5 ). Такая Т. к. обладает стабильной диэлектрической проницаемостью в определённом интервале температур (20—80 °С) и называется термоконд (от термостабильный и конденсатор). Изделия из керамических материалов на основе TiO₂ получают прессованием, отливкой и т. д. Обжигают Т. к. при температурах 1250—1350 °С в слабо-окислительной среде, чтобы избежать восстановления TiO₂ .

Из Т. к. на основе BaTiO₂ изготовляют пьезоэлементы (см. Пьезоэлектрическая керамика,Пьезоэлектрические материалы ).

А. И. Булавин.

Титановые руды

Тита'новые ру'ды, природные минеральные образования, содержащие титан в таких соединениях и концентрациях, при которых промышленное использование технически возможно и экономически целесообразно. Главные минералы: ильменит (43,7– 52,8% TiO₂ ), рутил , анатаз и брукит (94,2—99,0%), лейкоксен (56,3—96,4%), лопарит (38,3—41,0%), титанит (33,7– 40,8%), перовскит (38,7—58,9%), титаномагнетит .

Месторождения Т. р. делятся на магматические, экзогенные и метаморфогенные. Магматические месторождения связаны с ультраосновными, основными и щелочными породами, содержат 7—32% TiO₂ . Встречаются вкрапленные и сплошные Т. р., имеющие пластовую или жилообразную форму. Переходы между вкрапленными и сплошными Т. р. обычно постепенные. Наряду с ильменитом в них содержатся титаномагнетит и гематит . Крупные магматические месторождения известны в СССР, Канаде, США, Норвегии, ЮАР, Индии. Среди экзогенных месторождений Т. р. выделяются: ильменитовые и рутиловые в корах выветривания (3—30% TiO₂ ); элювиально-делювиальные и аллювиальные россыпи ильменита (0,5—25% Ti0₂ ); прибрежно-морские (древние и современные) россыпи ильменита, лейкоксена, рутила (0,5– 35% TiO₂ ), а также циркона , монацита и др. Прибрежно-морские россыпи – основной промышленный тип Т. р. Для них характерны пластовые и линзообразные залежи, мощность которых достигает нескольких десятков м, а протяжённость нескольких десятков км при ширине до нескольких тысяч м. Крупные россыпи известны в СССР, Австралии, Индии, Бразилии, Новой Зеландии, Малайзии, Шри-Ланке, Сьерра-Леоне. Среди метаморфогенных месторождений выделяются песчаники с лейкоксеном (8– 10% TiO₂ ); ильменит-магнетитовые в амфиболитах (12,2% TiO₂ ); рутиловые в гнейсах, хлоритовых сланцах и др.

В Т. р., кроме Ti, обычно содержатся Fe, V, Zr, TR, Sc. Для обогащения Т. р. применяются гравитационная и магнитная сепарация, флотация . Общие запасы в капиталистических и развивающихся странах около 660 млн. т. Производство титановых концентратов в 1971 в этих странах составило: 3,6 млн. т ильменитового, 0,42 млн. т рутилового. Основные производители титановых концентратов за рубежом (в млн. т ): Австралия 1,18; США 0,66; Норвегия 0,64. В Канаде произведено 0,77 млн. т титанового шлака, содержащего 70% TiO₂ .

Лит.: Малышев И. И., Закономерности образования и размещения месторождений титановых руд, М., 1957; Борисенко Л. Ф., Месторождения титана, в кн.: Рудные месторождения СССР, т. 1, М., 1974.

Л. Ф. Борисенко.

Титановые сплавы

Тита'новые спла'вы, сплавы на основе титана . Лёгкость, высокая прочность в интервале температур от криогенных (-250 °С) до умеренно высоких (300—600 °С) и отличная коррозионная стойкость обеспечивают Т. с. хорошие перспективы применения в качестве конструкционных материалов во многих областях, в частности в авиации и других отраслях транспортного машиностроения.

Т. с. получают путём легирования титана следующими элементами (числа в скобках – максимальная для промышленных сплавов концентрация легирующей добавки в % по массе): Al (8), V (16), Mo (30), Mn (8), Sn (13), Zr (10), Cr (10), Cu (3), Fe (5), W (5), Ni (32), Si (0,5); реже применяется легирование Nb (2) и Та (5). Как микродобавки применяются Pd (0,2) для повышения коррозионной стойкости и В (0,01) для измельчения зерна. Легирующие добавки имеют различную растворимость в a и b-Ti и изменяют температуру a/b-превращения. Алюминий, а также кислород и азот, предпочтительнее растворяющиеся в a-Ti, повышают эту температуру по мере увеличения их концентрации, что ведёт к расширению области существования a-модификации; такие элементы называются a-стабилизаторами. Sn и Zr хорошо растворяются в обеих аллотропических модификациях титана и очень мало влияют на температуру «a/b-превращения; они относятся к так называемым нейтральным упрочнителям. Все остальные добавки к промышленным Т. с. предпочтительнее растворяются в b-Ti, являются b-стабилизаторами и снижают температуру полиморфного превращения титана. Их растворимость в a и b-модификациях титана меняется с температурой, что позволяет упрочнять сплавы, содержащие эти элементы, путём закалки и старения.

В связи с наличием полиморфизма титана и его способностью образовывать твёрдые растворы и химические соединения со многими элементами диаграммы состояния Т. с. отличаются большим разнообразием. Однако в промышленных Т. с. концентрация легирующих элементов, как правило, не выходит за пределы твёрдых растворов на основе a-Ti и b-Ti и металлидные фазы обычно не наблюдаются.

В нелегированном титане, а также в сплавах титана с a-стабилизаторами и нейтральными упрочнителями нельзя зафиксировать высокотемпературную b-модификацию путём закалки ввиду наличия мартенситного превращения , в результате которого образуется вторичная a-фаза игольчатой формы. В сплавах же с b-стабилизаторами можно, в зависимости от концентрации, зафиксировать любое количество b-фазы вплоть до 100%. На сплошную b-структуру могут закаливаться двойные сплавы, содержащие не менее 4% Fe, 7% Mn, 7% Cr, 10% Mo, 14% V, 35% Nb, 50% Ta; эти концентрации называются критическими. В закалённых сплавах докритического и критического составов (b-фаза является нестабильной и при последующей низкотемпературной обработке (старении) распадается с образованием дисперсных выделений вторичной a-фазы, что даёт эффект упрочнения. В сплавах закритического состава (например, Ti – 30% Mo) образуется стабильная b-фаза и эффекта упрочнения не наблюдается.

Общепринято деление промышленных Т. с. на 3 группы по типу структуры. К сплавам на основе a-структуры относятся сплавы с Al, Sn и Zr, а также с небольшим количеством b-стабилизаторов (0,5—2%). Ввиду незначительного количества или даже отсутствия в их структуре b-фазы они практически не упрочняются термической обработкой и поэтому относятся к категории сплавов средней прочности (s_b = 700—950 Мн/м²; или 70—95 кгс/мм² ). Листовая штамповка этих Т. с. возможна только вгорячую. Достоинства a-сплавов – отличная свариваемость, высокий предел ползучести и отсутствие необходимости в термической обработке, а также отличные литейные свойства, что важно для фасонного литья. Малолегированные a-сплавы, а также относимый к этой группе технический титан, имеющие предел прочности менее 700 Мн/м² (70 кгс/мм²), поддаются листовой штамповке вхолодную. Двухфазные a + b-сплавы – наиболее многочисленная группа промышленных Т. с. Эти сплавы отличаются более высокой технологической пластичностью, чем a-сплавы, и вместе с тем могут быть термически обработаны до очень высокой прочности (s_b = 1500—1800 Мн/м², или 150—180 кг/мм² ); они могут обладать высокой жаропрочностью. К недостаткам двухфазных сплавов следует отнести несколько худшую свариваемость по сравнению со сплавами предыдущей группы, так как в зоне термического влияния возможно появление хрупких участков и образование трещин, для предотвращения чего требуется специальная термическая обработка после сварки. Сплавы на основе b-структуры имеют наиболее высокую технологическую пластичность и хорошо поддаются листовой штамповке вхолодную; после старения приобретают высокую прочность; хорошо свариваются, но сварные соединения нельзя подвергать упрочняющей термической обработке из-за охрупчивания, что ограничивает применение сплавов этого типа. Другим недостатком (b-сплавов является сравнительно невысокая предельная рабочая температура – примерно 300 °С; при более высоких температурах большинство сплавов этого типа становится хрупким.

Химический состав промышленных Т. с., выпускаемых в СССР, приведён в табл. 1 (с разбивкой по типу структуры). По областям применения и виду полуфабрикатов можно приблизительно подразделить сплавы на следующие группы: свариваемые сплавы преимущественно для листов (ВТ5-1, ОТ4-0, ОТ4-1, ОТ4, ВТ20, ВТ6С, ВТ14, ВТ15); сплавы повышенной прочности для штамповок (ВТ5, ВТ6, ВТ14, ВТ16, ВТ22); жаропрочные сплавы для штамповок (ВТЗ-1, ВТ8, ВТ9, ВТ18). Сплав ВТ6С специально рекомендуется для баллонов высокого давления, все жаропрочные сплавы – для дисков, лопаток и других деталей компрессоров газотрубных двигателей, сплав ВТ22 – для массивных нагруженных штамповок, сплав ВТ16 – для болтов. В случае необходимости (например, при изготовлении штампосварных конструкций) все листовые сплавы могут применяться для изготовления штамповок.

Табл. 1. – Химический состав промышленных титановых сплавов СССР

Тип сплава	Марка сплава	Химический состав, % (остальное Ti)
Аl	V	Mo	Mn	Cr	Si	другие элементы
a	ВТ5 ВТ5-1	4,3—6,2 4,5—6,0	– –	– –	– –	– –	– –	– 2—3 Sn
Псевдо-a	ОТ4-0 ОТ4-1 ОТ4 ВТ20 ВТ18	0,2—1,4 1,0—2,5 3,5—5,0 6,0—7,5 7,2—8,2	– – – 0,8—1,8 –	– – – 0,5—2,0 0,2—1,0	0,2—1,3 0,7—2,0 0,8—2,0 – –	– – – – –	– – – – 0,18—0,5	– – – 1,5—2,5 Zr 0,5—1,5 Nb 10—12 Zr
a + b	ВТ6С ВТ6 ВТ8 ВТ9 ВТ3-1 ВТ14 ВТ16 ВТ22	5,0—6,5 5,5—7,0 6,0—7,3 5,8—7,0 5,5—7,0 4,5—6,3 1,6—3,0 4,0—5,7	3,5—4,5 4,2—6,0 – – – 0,9—1,9 4,0—5,0 4,0—5,5	– – 2,8—3,8 2,8—3,8 2,0—3,0 2,5—3,8 4,5—5,5 4,5—5,0	– – – – – – – –	– – – – 1,0—2,5 – – 0,5—2,0	– – 0,20—0,40 0,20—0,36 0,15—0,40 – – –	– – – 0,8—2,5 Zr 0,2—0,7 Fe – – 0,5—1,5 Fe
b	ВТ15	2,3—3,6	–	6,8—8,0	–	9,5—11,0	–	1,0 Zr

Механические свойства Т. с. в отожжённом и термически упрочнённом состоянии приведены в табл. 2. Кроме обычной термической обработки, состоящей из закалки и старения, применяются различные режимы отжига, термомеханическая обработка (например, закалка из-под штампа с последующим старением), а также изотермическая деформация (медленная штамповка в штампах, нагретых до температуры деформации). В последнем случае достигаются очень однородные и высокие механические свойства. Титан и его сплавы могут подвергаться ковке, объёмной и листовой штамповке, прокатке, прессованию, волочению; из них можно получать те же полуфабрикаты, что и из др. конструкционных металлов, с учётом повышенной склонности титана к окислению при нагреве. Рекомендуется применять защитные эмалевые покрытия, которые при обработке давлением одновременно являются технологическими смазками. Термическую обработку следует проводить в печах с нейтральной атмосферой или в вакууме. Большинство промышленных Т. с. имеют довольно узкий интервал кристаллизации и поэтому обладают удовлетворительными литейными свойствами. Для получения фасонных отливок предпочтительнее a-сплавы, которые, кроме хороших литейных свойств, позволяют заваривать дефекты. Наиболее употребительный в СССР литейный Т. с. – сплав ВТ5Л. Для деталей повышенной прочности применяются сплавы ВТ6Л, ВТ9Л, ВТ20Л и др. В качестве материала для форм используются специальные керамические и графитовые смеси а также стальные кокили.

Табл.2. – Механические свойства титановых сплавов (типичные)

Марка сплава	Вид полуфа-бриката	Размеры (диа-метр прутка или толщина листа, мм )	Режим термообра-ботки	Предел прочности, Мн/м² (»0,1 кгс/ мм² )	Относи-тельное удлинение, %
ВТ5 ВТ5-1	Пруток Лист	10—60 0,8—10	Отжиг »	750—950 750—950	10 15—8*
ОТ4-0 ОТ4-1 ОТ4 ВТ20 ВТ18	Лист » » » Пруток	0,3—10 0,3—10 0,5—10 1,0—10 25—35	Отжиг » » » »	500—650 600—750 700—900 950—1150 950—1150	25—20 20—13 20—12 12—8 10
ВТ6С ВТ6 ВТ8 ВТ9 ВТ3-1 ВТ14 ВТ16 ВТ22	Лист Пруток » » » Лист Пруток »	1—10 10—60 10—60 10—60 10—60 0,6—10 4—16 25—60	Отжиг Закалка и старение Отжиг Закалка и старение Отжиг Закалка и старение Отжиг Закалка и старение Отжиг Закалка и старение Отжиг Закалка и старение Отжиг »	850—1000 1050 920—1120 1100 1000—1200 750 (при 450 °C) 600 (при 500 °C) 1200 1050—1250 1200 1000—1200 750 (при 400 °C) 650 (при 450 °C) 1200 850—1070 1100—1200 830—950 1100—1250	12—8 8 10 6 9 6 9 6 8 6 8 6—4 16 10
ВТ15	Лист	1—4	Закалка Закалка и старение	850—1000 1300	12 4

* Первое значение для минимальной толщины, второе – для максимальной.

В стадии промышленной разработки находятся высоколегированные сплавы Ti – Ni, представляющие собой по составу практически чистое химическое соединение никелид титана. Сплавы такого типа, получившие название «нитинол», обладают способностью при определённых условиях восстанавливать свою первоначальную форму после некоторой пластической деформации («эффект памяти»), что используется, например, в автоматическом реле противопожарных устройств и т. п.

К недостаткам Т. с. следует отнести низкие антифрикционные свойства; это требует применения покрытий и смазок трущихся поверхностей.

С. Г. Глазунов.

Титанозухи

Титанозу'хи (Titanosuchoidea), надсемейство вымерших зверообразных пресмыкающихся подотряда дейноцефалов . Жили в поздней перми. Две группы: хищные (титанофонеус и др.) – с сильными клыками и лёгким скелетом, и растительноядные (эстемменозух и др.) – с менее развитыми клыками и массивным скелетом. Остатки скелетов Т. известны из Южной Африки; наиболее многочисленны – на Волге и в Приуралье, особенно в Пермской области, близ г. Очёр, где в результате раскопок была обнаружена так называемая Очёрская фауна, предшествовавшая Северо-двинской фауне .

Лит.: Орлов Ю. А., Хищные дейноцефалы фауны Ишеева (Титанозухи), М., 1958 (Тр. Палеонтологического института АН СССР, т. 72).

Эстемменозух.

Титаномагнетит

Титаномагнети'т, минерал из класса сложных окислов; промежуточный член изоморфной серии твёрдых растворов магнетит (FeFe₂ O₄ ) – ульвешпинель (Fe₂ TiO₄ ) – магнезиальная ульвешпинель (Mg₂ TiO₄ ). Под Т. понимают также магнетит с включениями продуктов распада твёрдых растворов (ульвешнинели, ильменита ) и их последующего замещения (рутила , брукита , перовскита и др.). В природе весьма распространены магнетиты с высоким содержанием (до 37%) ильменитовой компоненты, сохраняющие кубическую структуру при наличии вакансий в тетраэдрических и октаэдрических подрешётках, – титаномаггемиты. Кристаллическая структура типа обращенной шпинели . Параметр элементарной ячейки возрастает в ряду магнетит – ульвешпинель от 8,39 до 8,53 . В качестве примесей в Т. присутствуют Al³⁺ , V⁴⁺ , Gr³⁺ , Mn²⁺ и др. Встречается в виде октаэдрических кристаллов, чаще зернистых агрегатов, масс чёрного цвета. Твёрдость по минералогической шкале 5—5,5, плотность 4800—5300 кг/м³. Т. – ярко выраженные ферримагнетики , хотя собственно ульвешпинель является парамагнетиком . Для Т. наиболее характерны два интервала точек Кюри: 0—100 °C (для ульвешпинели с содержанием FeFe² O⁴ до 20%) и 500—570 °C (для магнетита с содержанием Fe² TiO⁴ до 10%). При частичном распаде твёрдого раствора в Т. наблюдается явление самообращения термоостаточной намагниченности, что используется при палеомагнитных исследованиях.

Месторождения Т. (в основном магматические) связаны с ультраосновными, основными и щелочными горными породами; встречается также в россыпях. Т. – сырьё для получения железа, титана. ванадия. См. также Железные руды , Титановые руды .

Г. П. Кудрявцева.

Титаносиликаты

Титаносилика'ты, титаносодержащие минералы из класса силикатов, в которых Ti⁴⁺ совместно с Si⁴⁺ образует единый анионный радикал, статистически его не замещая и сохраняя при этом октаэдрическую координацию. Отличаются сложным составом, наличием катионов крупного размера (Na⁺ , К⁺ , Cs⁺ , Ca²⁺ , Sr²⁺ , Ba²⁺ ), присутствием в структуре дополнительных анионов О^2-, (OH)^- , F^- , Cl^- . Известно более 20 Т. Наиболее распространены: астрофиллит (K, Na)₃ (Mn, Fe)₇ [Ti₂ (Si₄ O₁₂ )₂ ] O₂ (OH)₅ ; лампрофиллит SrNa₃ Ti [Ti₂ (Si₂ O₇ )₂ ] O₂ F; энигматит Na₂ Fe₅ [Ti (Si₂ O₆ )₃ O₂ ; рамзаит Na₂ [Ti₂ (Si₂ O₆ )] O₃ ; бенитоит Ba [Ti (Si₃ O₉ )]; нарсарсукит Na₂ [Ti (Si₄ O₁₀ )] O; мурманит Na [Ti (SiO₄ )₂ ](OH) H₂ O. Встречаются в виде мелких зёрен, пластинок, чешуек; в пегматитах образуют крупные выделения. Для астрофиллита и лампрофиллита характерны радиально-лучистые агрегаты. Окраска обычно от коричневой и жёлто-коричневой до почти чёрной (энигматит); астрофиллит – с бронзовым отливом, бенитоит – голубой и синий, мурманит – фиолетовый. Блеск стеклянный. Твёрдость по минералогической шкале 3—7. Плотность 2900—3500 кг/м³. Т. – характерные породообразующие минералы щелочных и нефелиновых сиенитов, связанных с ними пегматитов и метасоматитов. Астрофиллит встречается также как акцессорный минерал в щелочных гранитах и окружающих их фенитах.