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APPROFONDIMENTO SUL TITANIO Il titanio è un metallo sorprendente: scopriamone la storia e le caratteristiche peculiari

Alles über Titan: Titan ist ein erstaunliches Metall: Entdecken Sie seine Geschichte und seine besonderen Merkmale

Historischer Hintergrund und Anwendungsbereiche

Titan wurde vor relativ kurzer Zeit (1791) in Cornwall entdeckt, und zwar von Pastor William Gregor, einem Absolventen des St. John’s College in Cambridge, der zudem auch Hobbychemiker war. Dieser fand im Sand des örtlichen Flusses ein unbekanntes Element, von dem wir heute wissen, dass es sich um Ilmenit handelte, ein Oxid aus Eisen und Titan (FeTiO3). Kurz darauf erkannte der deutsche Chemiker Martin H. Klaproth eine weitere unbekannte Substanz, Rutil (TiO2). Er wies zudem nach, dass Ilmenit und Rutil Mineralien (Oxide) desselben Metalls sind, und nannte es Titan, denn seine außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften erinnerten ihn an die ursprüngliche Kraft des ältesten Göttergeschlechts in der Mythologie: die Titanen.

Titan ist das neunte Element und das vierthäufigste Metall in der Erdkruste (nach Eisen, Aluminium und Magnesium). Reintitan wurde allerdings erst über ein Jahrhundert später hergestellt: Der Herstellungsprozess erwies sich als sehr komplex, denn dieses Metall tendiert dazu, mit Gasen in der Atmosphäre, insbesondere mit Sauerstoff zu reagieren. Ein Faktor, auf dem die hohen Kosten für dieses Material beruhen. Aufgrund seiner hohen mechanischen Beständigkeit, des geringen Gewichts und der Fähigkeit, extremen Temperaturen standzuhalten, wurde Titan ab den 1930er Jahren erstmals industriell in der Luftfahrt eingesetzt.

Das bekannteste Beispiel für die Verwendung von Titan in der Luft- und Raumfahrt ist das berühmte US-amerikanische Aufklärungsflugzeug Lockheed SR-71, auch unter dem Namen „Blackbird“ bekannt, das zu 93 % aus drei verschiedenen Titanlegierungen gebaut war. Das Flugzeug konnte die dreifache Schallgeschwindigkeit (Mach 3) überschreiten. Die Oberflächen waren aufgrund der enormen Einwirkung des Luftdrucks Temperaturen von über 300 °C ausgesetzt: Diese hohen Temperaturen führten sogar dazu, dass sich der Rumpf des Flugzeugs von schwarz zu blau verfärbte. Nicht zu vergessen, die Eroberung des Mondes im Jahr 1969, die ohne den entscheidenden Beitrag von Titan bei den Apollo-Missionen nicht möglich gewesen wäre. Aber nicht nur: Titan ist nach Platin auch das Metall mit der besten Korrosionsbeständigkeit. Bei Kontakt mit Sauerstoff aus der Luft oder dem Wasser bildet es auf der Oberfläche eine widerstandsfähige, schützende Oxidschicht, die auch einen guten Schutz gegen Erosion bietet.

Titan fand von Anfang an auch in der Marine Verwendung und wird auch heute noch in großem Umfang im nautischen Bereich eingesetzt. Dank seiner hohen Korrosionsbeständigkeit fand es auch bald Verwendung in der chemischen und petrochemischen Industrie sowie in Meerwasserentsalzungsanlagen. Aufgrund der Problematik in der mineralgewinnenden Industrie ist Titan immer noch ein teures und exklusives Material. Die Anwendungsbereiche haben sich in letzter Zeit vervielfacht: Heute werden zahlreiche Konsumgüter aus Titan hergestellt: Golfschläger, Fahrräder, Uhren, Brillengläser und -gestelle. Als eine der jüngsten Anwendungen kommt Titan in der Architektur als Gebäudefassade zum Einsatz.

 

Ausschlaggebend war hier das Projekt für das Guggenheim-Museum in Bilbao. Hier hat der Architekt Frank O. Gehry die Fassade mit Titan auf ausgesprochen innovative Weise gestaltet – zum einen, weil dieses Material zum ersten Mal für diesen Zweck zur Anwendung kam, zum anderen, weil er auf eine IBM-Softwaretechnologie zurückgriff, das Programm CATIA 3D (lies CATIAí), das bis zu diesem Zeitpunkt nur in der Luft- und Raumfahrt Verwendung fand.

Titan ist nicht nur ein Material mit erstaunlichen mechanischen und chemischen Eigenschaften, sondern auch ein Freund der Menschheit, denn es ist eines der wenigen Metalle, das völlig biokompatibel und ungiftig ist. Letztes Merkmal führte zusammen mit der guten biologischen Verträglichkeit mit menschlichem Gewebe und Knochen dazu, dass Titan heute in der Biomedizin und Chirurgie für Prothesen, Zahnimplantate, Herzschrittmacher und chirurgische Instrumente verwendet wird.

Eigenschaften von Titan im Überblick

  • Hervorragende Korrosionsbeständigkeit, vergleichbar mit Platin
  • Hohe Abriebfestigkeit und Schlagzähigkeit
  • Leichtigkeit (seine Dichte beträgt ca. 50 % von Kupfer und 60 % von Stahl)
  • Hohe Wärmeträgheit und gute Hitzebeständigkeit
  • Gute Verarbeitbarkeit
  • Amagnetisch
  • Ungiftig
  • Nicht umweltschädlich

Derzeit ist China der wichtigste Produzent von Titan und auch das Land mit den weltweit größten Titan-Reserven, die sich hauptsächlich auf die Provinz Szechuan konzentrieren, wo sich die größten Ilmenit-Vorkommen befinden. Weitere Erzeugerländer sind Russland, Japan, Kasachstan, Ukraine, Indien und die Vereinigten Staaten.

Warum sollte Titan in der Küche eingesetzt werden?

Aufgrund seiner langjährigen Erfahrung mit Kochgeschirr und seiner fundierten Kenntnisse der Werkstoffe hat sich Ingenieur Lucidi schon seit vielen Jahren überlegt, für die Produktion von Kochwerkzeug Titan zu verwenden. Während des Garprozesses des Kochguts sind Töpfe und Pfannen einem starken chemischen und physikalischen Stress ausgesetzt.


Aufgrund seiner hohen Korrosions- und Hitzebeständigkeit sowie seiner Ungiftigkeit ist Titan das ideale Material für den Kontakt mit dem Kochgut:

  • Es hält der aggressiven Wirkung sowohl saurer als auch basischer Lebensmittel stand, ohne mit ihnen zu interagieren,
  • es verträgt auch sehr hohen Temperaturen (z. B. beim trockenen Erhitzen einer Pfanne vor dem Braten eines Steaks), ohne sich zu zersetzen und Gas freizusetzen.

Die Kombination mit einer inneren Lage aus Aluminium – ein Leichtmetall mit ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit – verleiht den Tritania-Pfannen ein optimales Wärmeverhalten und eine gleichmäßige Hitzeverteilung auf der gesamten Fläche der Pfanne bis zum Rand.

Das für das Tritania-Kochgeschirr verwendete Titan

Titan wird in Reinheitsgraden klassifiziert. Die Grade 1 bis 4 werden als Reintitan gehandelt und unterscheiden sich nur im Sauerstoffgehalt, die dem Werkstoff eine höhere bzw. geringere Verformbarkeit verleiht.


Für die Oberfläche des Tritania-Kochgeschirrs wurde Titan mit Reinheitsgrad 1 verwendet, also der duktilste und reinste, der sich am besten verformen lässt und eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und hohe Resilienz aufweist.


Die Firma Aretè wird von verschiedenen Herstellern auf der ganzen Welt mit Titan beliefert. Alle Titanlieferanten sind von Boeing und Airbus zertifiziert, dadurch wird ein hoher Qualitätsstandard garantiert.
Anschließend wird das Titan in einem metallverarbeitenden Unternehmen zu Trilaminat verarbeitet, dem Rohmaterial des Tritania-Kochgeschirrs. Trilaminat entsteht, indem Titan, Aluminium und Edelstahl erhitzt und miteinander laminiert werden, so dass sie einen einzigen Körper bilden.


Die Trilaminat-Scheiben durchlaufen schließlich die verschiedenen Phasen des Verarbeitungsprozesses, in dem sie zu Kochgeschirr unterschiedlicher Form und Größe werden: Tiefziehen, Kalibrierung, Beschnitt, Satinieren der Außenseite, Sandstrahlen der Innenseite, Anbringen der Griffe und Lasern werden von Fachbetrieben in der Lombardei und im Piemont durchgeführt.

Bibliografie

Monica Cariola, Il titanio. Un metallo dalle molteplici applicazioni. Analisi tecnologica e valutazioni economiche, Franco Angeli Editore, 1997 - Aurelio Burdese, Metallurgia e tecnologia dei materiali metallici, UTET,1992