Sut cafodd titaniwm ei ddarganfod?
Yn hanes hir archwilio dynol o ddeunyddiau, gellir disgrifio darganfod titaniwm fel ras gyfnewid sy'n rhychwantu canrifoedd. Ar Ionawr 6, 1791, darganfu William Gregor, clerigwr a mwynolegydd o Loegr, bowdr coch brown na ellid ei ddenu gan fagnet wrth hidlo tywod magnetig du gyda magnet ar lannau Afon Minahan yng Nghernyw. Trodd y powdr hwn yn felyn pan y'i toddodd mewn asid sylffwrig, a chynhyrchodd sylwedd porffor wrth ei leihau â sinc, tun, neu haearn; gostyngiad gyda siarcol gadael slag porffor. Sylweddolodd Gregor y gallai hyn fod yn elfen newydd, ond oherwydd cyfyngiadau technolegol, ni allai bennu ei natur a dim ond dros dro y gallai ei enwi ar ôl y man darganfod, "Minahan." Felly taniwyd gwreichionen yr archwiliad gwyddonol hwn.
Bedair blynedd yn ddiweddarach, ym 1795, darganfu'r cemegydd Almaeneg Martin Klaprot yn annibynnol yr un elfen mewn rutile (titaniwm deuocsid) yn Bujnik, Hwngari. Gan fenthyca ysbrydoliaeth o enwi wraniwm a chewri chwedlonol Groeg (meibion y ddaear), fe'i henwodd yn "Titanium." Roedd yr enw hwn nid yn unig yn trwytho titaniwm â rhamantiaeth chwedlonol ond hefyd yn awgrymu ei gysylltiad dwfn â'r ddaear. Er bod y ddau wyddonydd wedi darganfod powdr titaniwm deuocsid, roedd eu hymchwil yn paratoi'r ffordd ar gyfer cyflwyno titaniwm yn ffurfiol. Nid tan 1910 y cynhyrchodd y fferyllydd Americanaidd Hunt, trwy leihau tetraclorid titaniwm â sodiwm ar 700-800 gradd, titaniwm metelaidd pur 99.9% am y tro cyntaf, gan nodi datblygiad hollbwysig yn y daith ddarganfod 119 mlynedd hon.
Roedd diwydiannu titaniwm yr un mor heriol. Oherwydd bod titaniwm yn adweithio'n dreisgar ag elfennau megis ocsigen, nitrogen a charbon ar dymheredd uchel, roedd dulliau mwyndoddi traddodiadol yn aneffeithiol. Ym 1932, llwyddodd y gwyddonydd Kroll o Lwcsembwrg i leihau tetraclorid titaniwm â magnesiwm, gan ei wella wedyn i'r dull lleihau magnesiwm mwy diogel (proses Kroll), a ddaeth yn gonglfaen y diwydiant titaniwm modern. Ym 1948, cyflawnodd DuPont yn yr Unol Daleithiau gynhyrchiad ar raddfa fawr gan ddefnyddio'r broses Kroll, gan nodi mynediad ffurfiol titaniwm i'r oes ddiwydiannol. Dechreuodd diwydiant titaniwm Tsieina gyda sefydlu Planhigyn Titaniwm Zunyi a Gwaith Prosesu Metelau Anfferrus Baoji ym 1958. Ar ôl degawdau o ddatblygiad, mae ei allu cynhyrchu bellach ymhlith y gorau yn y byd, ac mae ei gronfeydd wrth gefn ilmenite yn cyfrif am 28% o'r cyfanswm byd-eang, gan ei wneud yn "hyrwyddwr cudd" yn y sector adnoddau titaniwm.
Mae cryfder titaniwm yn deillio o'i strwythur grisial unigryw a'i ddyluniad aloi. Mae titaniwm pur yn bodoli fel-cyfnod hecsagonol llawn agos o dan 882 gradd , gan drawsnewid yn-gyfnod ciwbig corff-ganolog ar dymheredd uchel. Mae ychwanegu elfennau fel alwminiwm a vanadium yn creu strwythur cyfnod + deuol, sy'n rhoi priodweddau cynhwysfawr rhagorol i aloion titaniwm. Gan gymryd TC4 (Ti-6Al-4V), a ddefnyddir yn eang yn y maes awyrofod, er enghraifft, mae ei gryfder tynnol yn fwy na 1100MPa, mae ei gryfder cynnyrch yn fwy na 1000MPa, ond dim ond 60% o ddwysedd dur yw ei ddwysedd. Mae'r optimeiddio eithafol hwn o'r "gymhareb cryfder-dwysedd" yn caniatáu i aloion titaniwm ragori mewn amgylcheddau eithafol megis cyrff pwysau tanfor dwfn a llafnau peiriannau aero. Mae llongau tanfor niwclear dosbarth Borei Rwsia yn defnyddio cyrff pwysedd aloi titaniwm, sy'n gallu gwrthsefyll pwysedd dŵr y môr ar ddyfnder o 600 metr; Mae llong danddwr Jiaolong Tsieina, gan ddibynnu ar ei gragen aloi titaniwm, yn plymio i ddyfnderoedd o 7,000 metr, gan arddangos cryfder eithriadol titaniwm mewn senarios o'r fath.
O "blentyn y ddaear" chwedlonol i "fetel y dyfodol" mewn diwydiant modern, mae darganfod a chymhwyso titaniwm yn cynrychioli cyfuniad perffaith o ddoethineb dynol a haelioni natur. Mae nid yn unig wedi ail-lunio tirwedd meysydd gweithgynhyrchu pen uchel fel awyrofod ac archwilio môr dwfn, ond mae hefyd wedi dod i mewn i fywyd bob dydd trwy gymwysiadau sifil fel mewnblaniadau meddygol ac electroneg 3C. Pan fyddwn yn teimlo gwead llyfn fframiau aloi titaniwm ar ein ffonau, neu'n gweld delweddau a drosglwyddir o chwilwyr môr dwfn yn y newyddion, efallai ein bod yn cyffwrdd â churiad y blaen mewn gwyddor deunyddiau-crisialu doethineb sy'n cydbwyso cryfder ac ysgafnder yn berffaith, ac yn destament tragwyddol i archwiliad parhaus y ddynoliaeth o ddirgelion natur.
