Получение особо чистого титана.

Для исследования свойств титана и для использования его в специальных целях (например, в полупроводниках) требуется титан особой чистоты, содержание примесей в котором не превышает 0,1%. Такой титан получают из титановой губки йодным методом. Этот метод осуществляют следующим образом (рис.3): титановую губку 1 помещают на дно стеклянного сосуда 5, либо стального реактора, облицованного изнутри молибденовыми листами.

Рис. 3. Получение особо чистого титана

В верхнюю часть сосуда пропущены электроды 4, соединенные со стержнем из вольфрама или титана 3, служащим электрическим сопротивлением. Сбоку сосуда имеется ампула 6, наполненная йодом, откуда он может поступать внутрь сосуда-реактора. Сосуд подогревают до 400…450 ⁰С, по трубке 2 выкачивают воздух и пары йода заполняют сосуд.

Они взаимодействуют с титаном 6 по реакции:

Ti +4 I = Тi I₄.

Пары четырехйодного титана оседают на стержне-сопротивлении 3, соединенным с электродами, и при высокой температуре этого раскаленного стержня разлагаются на титан и йод.

Таким образом, на стержне постепенно накапливается слой чистого титана. Пары йода снова вступают в реакцию с титановой губкой и переносят титан на стержень. В стеклянном сосуде получают титан, количество которого выражается сотнями граммов, а в металлическом реакторе можно получать чистый титан в килограммах.

Другим способом получения особо чистого титана является метод зонной плавки (рис.4).

Рис. 4. Схема метода зонной плавки

Метод зонной плавки основан на том, что из жидкого расплава металла, загрязненного примесями, сначала кристаллизуется чистый металл, а затем жидкость, содержащая примеси, понижающие температуру плавления основного металла. Стержень 2, изготовленный из технического титана, в узкой зоне охватывают индуктором 1, по которому проходит ток высокой частоты. Под влиянием тока стержень плавится внутри, а наружная оболочка его вследствие потерь тепла в пространство, остается твердой. Таким образом, жидкий металл удерживается твердым каркасом. Индуктор медленно (со скоростью 2-3 мм/мин.) передвигают вдоль стержня (или передвигают стержень внутри индуктора) в одном направлении.

По мере такого перемещения передвигается узкая расплавленная зона с одного конца стержня к другому, и за ней остается чистый выкристаллизовавшийся титан. Все загрязняющие титан примеси перемещаются к концу стержня. Повторяя операцию несколько раз, можно довести количество примесей, остающихся в металле, до стотысячных долей процента. Загрязненный металл (конец стержня и оболочку) удаляют.

Процесс зонной плавки осуществляют на автоматически работающих установках.