Kuidas titaan avastati?
Inimeste materjalide uurimise pika ajaloo jooksul võib titaani avastamist kirjeldada kui sajandeid kestnud teatevõistlust. 6. jaanuaril 1791 avastas inglise vaimulik ja mineraloog William Gregor Cornwallis Minahani jõe kaldal musta magnetliiva magnetiga sõeludes pruunikas-punase pulbri, mida magnet ei saanud ligi tõmmata. See pulber muutus väävelhappes lahustamisel kollaseks ja andis tsingi, tina või rauaga redutseerimisel purpurse aine; söega redutseerimine jättis purpurse räbu. Gregor mõistis, et tegemist võib olla uue elemendiga, kuid tehnoloogiliste piirangute tõttu ei suutnud ta selle olemust kindlaks teha ja sai selle avastamiskoha järgi ajutiselt nimetada "Minahaniks". Nii süttis selle teadusliku uurimise säde.
Neli aastat hiljem, aastal 1795, avastas saksa keemik Martin Klaprot iseseisvalt sama elemendi rutiilis (titaandioksiidis) Bujnikis, Ungaris. Laenates inspiratsiooni uraani ja kreeka mütoloogiliste hiiglaste (maa poegade) nimetamisest, andis ta sellele nimeks "titaan". See nimi ei immutanud titaani mitte ainult müütilise romantismiga, vaid vihjas ka selle sügavale seosele maaga. Kuigi mõlemad teadlased avastasid titaandioksiidi pulbri, sillutasid nende uuringud teed titaani ametlikule kasutuselevõtule. Alles 1910. aastal tootis Ameerika keemik Hunt, redutseerides titaantetrakloriidi naatriumiga 700–800 kraadi juures, esmakordselt 99,9% puhta metallilise titaani, mis tähistas olulist läbimurret sellel 119-aastasel avastusretkel.
Titaani industrialiseerimine oli sama keeruline. Kuna titaan reageerib kõrgel temperatuuril ägedalt selliste elementidega nagu hapnik, lämmastik ja süsinik, olid traditsioonilised sulatusmeetodid ebaefektiivsed. 1932. aastal redutseeris Luksemburgi teadlane Kroll edukalt titaantetrakloriidi magneesiumiga, muutes selle seejärel ohutumaks magneesiumi redutseerimismeetodiks (Krolli protsess), millest sai kaasaegse titaanitööstuse nurgakivi. 1948. aastal saavutas DuPont Ameerika Ühendriikides Krolli protsessi abil suuremahulise-tootmise, mis tähistas titaani ametlikku jõudmist tööstusajastusse. Hiina titaanitööstus sai alguse Zunyi titaanitehase ja Baoji värviliste metallide töötlemise tehase rajamisest 1958. aastal. Pärast aastakümnete pikkust arengut on selle tootmisvõimsus nüüd maailma tipptasemel ja selle ilmeniidivarud moodustavad 28% kogu maailmast, mis teeb sellest titaanivarude sektoris "varjatud tšempioni".
Titaani tugevus tuleneb selle ainulaadsest kristallstruktuurist ja legeerivast disainist. Puhas titaan eksisteerib tihedalt-pakitud kuusnurkse faasina alla 882 kraadi, muutudes kõrgel temperatuuril-kehakeskseks kuupfaasiks. Elementide, nagu alumiinium ja vanaadium, lisamine loob + kahefaasilise -faasistruktuuri, mis annab titaanisulamitele suurepärased kõikehõlmavad omadused. Võttes näiteks kosmosetööstuses laialdaselt kasutatava TC4 (Ti-6Al-4V), ületab selle tõmbetugevus 1100 MPa, voolavuspiir ületab 1000 MPa, kuid selle tihedus on vaid 60% terase omast. "Tugevuse{17}}tiheduse suhte" ekstreemne optimeerimine võimaldab titaanisulamitel silma paista äärmuslikes keskkondades, nagu süvamere allveelaevade survekered ja lennukimootorite labad. Venemaa Borei-klassi tuumaallveelaevad kasutavad titaanisulamist survekered, mis on võimelised taluma merevee survet 600 meetri sügavusel; Hiina mehitatud sukelaparaat Jiaolong, mis tugineb oma titaanisulamist kerele, suudab sukelduda 7000 meetri sügavusele, mis näitab titaani erakordset tugevust sellistes olukordades.
Alates müütilisest "maa lapsest" kuni "tuleviku metallini" kaasaegses tööstuses esindab titaani avastamine ja rakendamine inimliku tarkuse ja looduse helduse täiuslikku sulandumist. See pole mitte ainult kujundanud ümber tipptasemel-tootmisvaldkondade, nagu lennundus ja süvamere{2}}uuringud, vaid on sisenenud ka igapäevaellu tsiviilrakenduste kaudu, nagu meditsiinilised implantaadid ja 3C elektroonika. Kui tunneme oma telefonides titaanisulamist raamide sujuvat tekstuuri või näeme uudistes süvameresondidest{5}} edastatud pilte, puudutame me võib-olla materjaliteaduse esirinnas-tarkuse kristallisatsiooni, mis tasakaalustab suurepäraselt tugevuse ja kerguse ning on igavene tunnistus inimkonna pidevatest loodusuuringutest.
