チタン：神話のネーミングから産業用金属まで

早期の特定と初期の困難

クラプロスが調査した鉱物は、イギリスのコーンウォール産のメナカナイトでした。英国の聖職者でアマチュア地質学者のウィリアム・グレガーは、数年前に同一の鉱物から同じ元素を検出し、その観察結果を発表した。したがって、発見の功績は両者の間で共有されます。グレゴールが最初にそれを報告した。クラプロスが名前を付けました。

二人とも、何か新しいものを発見したことを認識しました。困難はその後にありました。チタンは高温にさらされると酸素や窒素と容易に反応します。金属を溶解または還元しようとする初期の試みでは、一貫して汚染された脆い材料が生成されました。 1 世紀以上にわたり、チタンは研究室の好奇心の対象であり続けました。その強度と密度の低さはわかっていましたが、実用的な製造方法は存在していませんでした。

実用的な生産方法の開発

ルクセンブルク生まれで米国在住の冶金学者ウィリアム ジャスティン クロールは、1940 年にこの問題を解決しました。彼は、マグネシウムを使用して四塩化チタンを還元し、塩素を化学的に除去して金属チタンを得るプロセスを開発しました。この方法は時間がかかり、コストがかかり、かなりのエネルギー投入が必要でした。しかし、それは機能し、それがすべてを変えました。

クロールのアプローチは、今日に至るまでチタン製造の基礎となっています。一般にクロールプロセスと呼ばれるこのプロセスは、スポンジチタン - の工業生産量の主流を占め続けており、その後、溶解、精製され、板、棒、ワイヤー、チューブ、シートに加工される中間形態となります。

歴史的な背景により採用が加速されました。第二次世界大戦と冷戦初期には、高強度、軽量、特にジェット エンジンや機体内部の極端な運用環境に対する耐性を兼ね備えた材料に対する強い需要が生じました。-。チタンはこれらの要件を満たしました。米国の軍事投資は 1950 年代を通じて生産規模の拡大を推進しました。

航空宇宙を超えた拡大

航空宇宙は、チタンの最初の主要な産業用途を提供しました。 SR-71 ブラックバードの前身であるロッキード A-12 偵察機は、機体にチタンを広範囲に組み込んだ最も初期の設計の 1 つでした。 SR-71 自体は、約 85% がチタン合金で作られています。これは構造上の必然でした。運用速度では、空気力学的摩擦により航空機の表面が 300 度を超えて加熱されました。

その後の採用は、化学処理 - に拡大され、チタンの耐食性が非常に価値があることが証明されました - 発電、脱塩、医療用インプラントの製造に使用されました。この金属は生体適合性があります。通常、人体はチタンインプラントを拒否したり、悪影響を及ぼしたりすることはありません。スポーツ用品や宝飾品などの消費者向けアプリケーションも続きました。

中国はその後チタン分野に参入したが、急速に拡大した。陝西省にある宝鶏市は、1960 年代以降、国家の生産地として浮上しました。現在、中国は世界のチタン生産量の半分以上を占めており、宝鶏の産業基盤は依然としてチタンと密接な関係にある。

現状と今後の見通し

チタンはもはやかつてのような非現実的な好奇心ではありません。生産コストは大幅に減少しましたが、クロール プロセスは本質的にバッチ-ベースでエネルギーを大量に消費します-。 FFC Cambridge プロセスやさまざまな電解技術 - を含む代替方法 - の研究により、今後数年間でさらにコストが削減されると予想されます。

チタンの基本的な利点は変わっていません。低密度、高い構造強度、耐食性、生体適合性の組み合わせは、金属の中では珍しいものです。これらすべての特性を同時に満たす単一の代替材料はありません。産業が軽量で耐久性があり、より効率的な材料を求め続ける中、チタンの使用は航空宇宙や医療から建築、自動車工学、家庭用電化製品、その他の分野にまで広がり続けています。{3}}