Zuletzt aktualisiert am 15. Mai 2025
Titan ist ein silberweißes Metall, das in der Metallklassifikation als seltenes Leichtmetall eingestuft wird. Sein Schmelzpunkt beträgt 1668 °C. Es kann von der kubisch-raumzentrierten β-Phase zur hexagonal dichtgestellten α-Phase übergehen oder umgekehrt, wobei der Phasenumwandlungspunkt bei 882 °C liegt. Im Vergleich zu anderen Metallen weist Titan eigene Eigenschaften in Bezug auf chemische und mechanische Leistungsfähigkeit auf.
Geringe Dichte, hohe spezifische Festigkeit
Die Dichte von Metalltitan beträgt 4,51 g/cm³, was höher ist als die von Aluminium, aber niedriger als die von Stahl, Kupfer und Nickel. Die spezifische Festigkeit von Titan ist höher als die von Aluminiumlegierungen und hochfesten Stahllegierungen. Eine hohe spezifische Festigkeit bedeutet, dass das Material sowohl leicht als auch hochfest ist, weshalb Titan ein leichtes und hochfestes metallisches Strukturmaterial ist. Aufgrund dieser Eigenschaft wird Titan umfangreich in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Raketen, Waffen und anderen Spitzentechnologien eingesetzt. In der allgemeinen Industrie findet Titan Verwendung in Komponenten wie schnell rotierenden Generatorhüllen, großen Turbinenblättern, hochwertigen Fahrrädern, Golfschlägern und Hochsprungstangen.
Niedriger Elastizitätsmodul
Der Elastizitätsmodul von Titan beträgt bei Raumtemperatur 106,4 GPa, was nur 57 % von Stahl ist. Dies bedeutet, dass Titan eine geringere Widerstandsfähigkeit gegen elastische Verformung aufweist als Stahl, wodurch seine Verwendung eingeschränkt und es für starre Strukturkomponenten ungeeignet ist. Durch innovative Designs, wie die Verwendung von Schalungsplatten in langen Rohrbündel-Wärmetauschern aus Titan, konnte dieser Nachteil jedoch überwunden werden, sodass Titan auch unter Vibrationsbedingungen effektiv eingesetzt werden kann.
Niedrige Wärmeleitfähigkeit
Der primäre Mechanismus für die Wärmeleitung in Titan ist die elektronische Wärmeleitung, gefolgt von der Gitterwärmeleitung. Praktische Tests haben ergeben, dass die Wärmeleitfähigkeit von Titan etwa 0,1507 W/(m·K) beträgt, was ein Fünftel der von niedriglegiertem Stahl, ein Fünfundzwanzigstel der von Kupfer und in der Nähe der von Edelstahl liegt. Trotz seiner niedrigen Wärmeleitfähigkeit ist Titan ideal für die Herstellung von Klettersteinen, da Titankletterschrauben leicht sind und keine signifikante Reibungswärme erzeugen, was sie zur idealen Wahl für Bergsteiger macht.
Zugfestigkeit nahe der Streckgrenze
Titan hat ein hohes Verhältnis von Zugfestigkeit zu Streckgrenze, was zu einer geringen plastischen Verformung während der Formgebung führt. Zusätzlich führt das hohe Verhältnis der Streckgrenze zum Elastizitätsmodul zu einer erheblichen elastischen Rückfederung bei der Formgebung von Titan. Diese Eigenschaft hat zur Optimierung der Bearbeitungs- und Formgebungsbedingungen durch Warmumformung geführt, wodurch Stress und Rissbildung aufgrund der hohen elastischen Rückfederung und des hohen Streckgrenzenverhältnisses von Titan vermieden werden. Zudem verhindert dies die Wasserstoffaufnahme oberhalb von 400 °C, die zu Wasserstoffversprödung führen kann. Daher ist einer der Gründe, warum bei der Verwendung von Titan in der allgemeinen Industrie die Umgebungstemperatur auf maximal 315 °C festgelegt wird.
Nichtmagnetisch und ungiftig
Titan ist ein nichtmagnetisches Metall und wird auch in starken Magnetfeldern nicht magnetisiert. Titanium-basierte Herzschrittmacher sind von Gewittern unbeeinflusst und weisen eine ausgezeichnete Verträglichkeit mit menschlichem Gewebe und Blut auf, weshalb sie in der Medizin bevorzugt verwendet werden.
Hohe Dämpfungsfähigkeit
Nach mechanischen oder elektrischen Vibrationen hat Titan im Vergleich zu Metallen wie Stahl und Kupfer eine längere Schwingungsdämpfungszeit. Diese Eigenschaft wird bei der Herstellung von Stimmgabeln, Vibrationskomponenten von medizinischen Ultraschallzerkleinerern und hochqualitativen Audiolautsprechermembranen genutzt.
Hervorragende Hitzebeständigkeit
Neue Titanlegierungen können langfristig bei Temperaturen von 600 °C oder höher eingesetzt werden. Mit den Fortschritten in der Luft- und Raumfahrtindustrie werden Komponenten wie Triebwerksplatten, Blätter, Heckrümpfe, Führungsdüsen und Ansaugwicklungen zunehmend aus hitzebeständigen Titanlegierungen gefertigt.
Überlegene Kältebeständigkeit
Tiefkühl-Titanlegierungen wie TA7 (Ti-5Al-2,5Sn), TC4 (Ti-6Al-4V) und Ti-2,5Zr-1,5Mo erhöhen ihre Festigkeit bei sinkenden Temperaturen, während die Plastizität nur geringfügig verändert wird. Im Temperaturbereich von -196 °C bis -253 °C behalten sie eine gute Zähigkeit und Duktilität bei, verhindern die Kaltversprödung des Metalls und sind somit ideale Materialien für Kältebehälter und Lagertanks.
Hohe Gasabsorptionsfähigkeit
Titan ist ein chemisch sehr aktives Metall, das bei hohen Temperaturen mit vielen Elementen und Verbindungen reagieren kann. Die Gasabsorption von Titan bezieht sich hauptsächlich auf Reaktionen mit Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff unter Hochtemperaturbedingungen.
Außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit
Obwohl Titan ein sehr aktives Metall mit einem sehr niedrigen Gleichgewichtspotential ist und eine starke thermodynamische Neigung zur Korrosion in Medien aufweist, ist es in vielen Medien, einschließlich oxidierender, neutraler und schwach reduzierender Medien, bemerkenswert stabil. Dies liegt an der hohen Affinität von Titan zu Sauerstoff, wodurch sich eine dichte, haftende und hochinertische Oxidschicht auf der Oberfläche bildet, die das Titanbasis vor Korrosion schützt. Selbst bei mechanischer Abnutzung heilt diese Oxidschicht schnell selbst oder regeneriert sich erneut, was die starke Passivierungstendenz von Titan verdeutlicht.
Stanford Advanced Materials Company (SAM) bietet eine Vielzahl von Titanprodukten an, einschließlich Titanmetall, Titanlegierungen und Titaniumverbindungen, die den vielfältigen industriellen und medizinischen Anwendungen gerecht werden.