타이타늄 문서 원본 보기

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{{원소 정보/타이타늄}}
'''타이타늄''',(←{{llang|en|Titanium|타이테이니엄}}) 또는 '''티탄'''(←{{llang|de|Titan|티탄}})은 [[화학 원소]]로 기호는 '''Ti'''(←{{llang|la|Titanium|티타니움}})이고 [[원자 번호]]는 22이다. 가볍고 단단하며, 거의 부식되지 않는다. [[전이 금속]] 원소로 은백색의 금속 광택이 있으며, 순수한 타이타늄은 낮은 물성치로 인해 강한 [[내식성]]이 요구되는 곳을 제외하고 대부분 [[합금]]으로 많이 쓰인다. 또한 [[이산화 타이타늄]]은 흰색 안료의 재료로, 페인트 등에 쓰인다.

타이타늄은 여러 광물에 널리 분포하는데, 주로 [[티탄철석]]과 [[금홍석]]에서 얻는다. 두 가지 [[동소체]]와 다섯 가지 자연 [[동위 원소]]로 발견되며, 가장 흔한 것은 <sup>48</sup>Ti이다. 타이타늄의 가장 중요한 성질은 뛰어난 [[내식성]]과 [[비중]]이 낮아 [[강철]] 대비 무게는 60% 밖에 되지 않는다는 것이다. 타이타늄의 물리적, 화학적 성질은 [[지르코늄]]과 비슷하다.

== 발견 ==
* 1791년 영국 아마추어 지질학자이자 목사인 William Gregor는 강가의 하천에서 타이타늄을 발견하고 ‘Manaccanite’로 명명하였다.
* 1795년 독일의 Martin H. Klaproth가 Rutile([[금홍석]])에서 타이타늄을 따로 추출해 ‘Titan’으로 명명하였다.
* 1797년 두 사람이 발견한 원소가 동일한 것으로 밝혀졌으며 영국에서는 ‘Titanium’ 독일에서는 ‘Titan’ 이라고 표기한다.

== 상용화 ==
타이타늄은 지각을 구성하는 금속원소 중 9번째를 차지(지각 질량의 0.63%/출처:Google) 할 정도로 매장량이 풍부한 것에 비해 사용량이 적은 주요 원인은 [[이산화 타이타늄|TiO<sub>2</sub>]]가 주성분인 타이타늄 광물을 [[제련]]하기가 어렵기 때문이다. 즉, TiO<sub>2</sub>는 열역학적으로 매우 안정하여 환원하기가 어려우며 또한 타이타늄은 산소, 탄소, 질소, 수소 등과 친화력이 매우 크기 때문에 순수한 금속을 얻기도 어렵다. TiO<sub>2</sub>를 직접 환원하여 순수한 타이타늄 비금속을 얻는 것이 불가능하였기 때문에 발견된 이후 한참이 지나서야 타이타늄의 제련이 가능하게 되었다.

* 1910년에 미국의 M.A. Hunter는 철제 용기 내에서 TiCl<sub>4</sub>를 [[나트륨]](Na)으로 환원하여 타이타늄을 제련하는데 성공하였으며 이는 [https://en.wikipedia.org/wiki/Hunter_process Hunter Process] 로 불리고 있다.
* 1932년에 룩셈부르크의 W.J. Kroll은 TiCl<sub>4</sub>와 [[칼슘]](Ca)을 반응시켜 상당량의 타이타늄을 얻었으며,
* 1937년에는 TiCl<sub>4</sub>를 [[아르곤]](Ar) 기체 속에서 [[마그네슘]](Mg)으로 환원하여 스폰지 형태의 타이타늄을 얻는데 성공하였고 이것이 오늘날 Kroll법의 시초다.

그 후 미국 광산국의 추진으로 Kroll법의 상용화가 이루어졌으며 마침내 1948년에 [[듀폰]]사에서 최초로 타이타늄을 상업적으로 생산하게 되었다. 현재에도 상업용 타이타늄은 거의 독점적으로 Kroll법에 의해 생산되고 있으며 지난 60년 동안 생산성 및 품질 측면에서 많은 개선을 이루어 왔다.

== 합금 종류 ==
타이타늄 합금은 실온의 결정 구조에 의해 4가지 종류로 나뉘며, 시중에서는 [[미국재료시험협회|ASTM]] 기준 등급으로 구분된다.

=== 결정 구조에 따른 종류 ===
* 순수타이타늄: 낮은 강도로 인해 강한 내식성이 요구 되는 곳 에서만 쓰인다.
* α 합금: 다름 합금보다 상온 강도가 낮으나 저온 안정상이므로 수 백도의 고온이 되어도 취약한 상을 석출할 염려가 없어서 내열 티탄합금의 기본이 된다. [[알루미늄]](Al), [[주석 (원소)|주석]](Sn), [[지르코늄]](Zr) 등을 첨가하여 α상을 고용 강화한 단일상이며
* α-β 합금: 가장 널리 사용되는 합금으로 Ti-6Al-4V 합금이 대표적인 합금이다. 강도는 122 ~ 97kgf/mm<sup>2</sup> 정도이고 높은 인성을 가지며, 소성 가공성, 용접성, 주조성도 좋아서 사용하기 쉽고 신뢰성이 큰 합금이다.
* β 합금: β형 합금은 V, Mo등의 β안정화 원소가 다량으로 첨가되는 합금으로 용체화 처리와 시효에 의해 130 kgf/mm<sup>2</sup>을 넘는 고강도를 얻을 수 있는 특징이 있지만 가공은 곤란해진다.
* 나노 타이타늄은 의학적인 목적으로 쓰인다.<ref>{{뉴스 인용 |제목 = 냉전시대 무기 개발기술, 치료목적 재탄생 |url = http://www.yonhapnews.co.kr/economy/2010/10/18/0303000000AKR20101018003300091.HTML |출판사 = 연합뉴스 |저자 = 임상수 |날짜 = 2010-10-18 |확인날짜 = 2010-10-21}}</ref>

=== 미국재료시험협회 기준 등급 ===
{| class="wikitable"
|-
| Grade1|| 순수타이타늄|| pure titanium
|-
| Grade2|| ``|| ``
|-
| Grade3|| ``|| ``
|-
| Grade4|| ``|| ``
|-
| Grade5|| 합금|| Ti-6Al-4V
|-
| ...|| ``|| ...
|-
| ...|| ``|| ...
|-
| Grade28|| ``|| Ti-3Al-5V-0.1Ru (Grade 9 with Ru)
|-
| ...|| ``|| ...
|-
| ...|| ``|| ...
|}

== 일반적 특징 ==
* 비중이 작아 가볍다: 철의 절반 정도의 무게만으로도 철과 유사한 수준의 강도를 낼 수 있다.
* 뛰어난 내식성을 가진다: 상온 부근의 물 또는 공기 중에서는 [[부동태 피막]]이 형성되어 금이나 백금 다음 가는 우수한 내식성을 가진다.
* 녹는점이 약 1670&nbsp;°C 정도로 매우 높아서 완전한 주괴 제작이 곤란하다.
* 고온에서는 급격히 산화되어 본래 요구되는 성질이 없어지기 때문에 [[열간 가공]]과 용접이 곤란하다.
* 높은 [[항복 응력]] 때문에 [[냉간 가공]] 또한 어렵다.
* 상온에서 안정한 산화피막이 생겨서 부식을 방지하지만 600&nbsp;°C 이상의 고온에서는 반응성이 아주 좋아서 O<sub>2</sub>, N<sub>2</sub>, H<sub>2</sub> 등의 원소로 오염되어 내식성을 저하시키거나 용착 금속내부에 [[다공성]] 등의 결함을 발생시키게 되어 내식성 뿐만 아니라 기계적 성질까지 모두 저하시킨다.

== 대한민국 ==
{{본문|면산층}}
[[한국지질자원연구원]]은 2012∼2015년 [[강원도]] [[태백시]]-[[삼척시]]-[[경상북도]] [[봉화군]]의 경계에 위치한 면산(綿山, 1246.2 m) 일대를 탐사한 결과 [[조선 누층군]] '''[[면산층]]'''에 대규모 타이타늄과 [[철]]이 있을 것으로 예상한 바 있다. 타이타늄의 예상 자원량은 8500만 t 이상일 것으로 추정된다.<ref>{{웹 인용|url=https://www.sciencetimes.co.kr/news/%EC%A7%80%EC%A7%88%EC%97%B0-%EB%AF%BC%EA%B0%84-%EA%B8%B0%EC%97%85%EA%B3%BC-%ED%83%9C%EB%B0%B1%C2%B7%EC%82%BC%EC%B2%99%C2%B7%EB%B4%89%ED%99%94-%ED%83%80%EC%9D%B4%ED%83%80%EB%8A%84%C2%B7%EC%B2%A0/|제목=지질연, 민간 기업과 태백·삼척·봉화 타이타늄·철 광산 개발|출판사=The Science Time|날짜=2022년 4월 1일}}</ref><ref>{{웹 인용|url=https://www.ytn.co.kr/_ln/0134_202301161021575122|제목=무려 8,500만 톤! 대규모 티타늄 광맥 발견|출판사=[[YTN]]|날짜=2023년 1월 16일}}</ref> 이곳의 지질은 면산을 중심으로 그 주변에 [[고생대]] 초기의 퇴적층 [[조선 누층군]] [[조선 누층군#태백층군|태백층군]]이 하부로부터 [[캄브리아기]]의 [[조선 누층군]] [[면산층]], [[묘봉층]], [[대기층 (암석)|대기층]], [[세송층]], [[화절층]]과 [[오르도비스기]]의 [[동점층]], [[두무골층]], [[막골층]], [[직운산층]], [[두위봉층]]의 순서로 놓이며 이중 '''[[면산층]]'''에 타이타늄 광상(鑛床)이 분포한다. [[면산층]]은 태백시 동점역 부근에 있는 동점 단층의 동쪽에 분포하는 지층으로 7 m 두께의 역암으로 이루어진 하부와 그 상위에 약 100 m 두께의 암회색 사암 및 실트암으로 이루어진 상부의 지층을 가리키며 이 지층은 조류가 우세한 조간대 환경에서 퇴적된 것으로 해석된다. 면산층의 타이타늄 함량을 조사한 결과 [[면산층]]의 평균 타이타늄 함량은 4.3%로 조선 누층군의 다른 지층에 비해 최소 10배 이상의 함량을 보인다. 그러나, 면산층의 타이타늄 함량은 최소 함량 0.51%에서 최대 함량 21.36%로 변이가 심하게 나타났으며, 이는 면산층 내의 타이타늄이 함유되는 사질(沙質) 암석과 이질(泥質) 암석이 교호 반복되는데 사질 부분은 이질 부분보다 타이타늄의 함량이 상대적으로 높기 때문이다.<ref>{{웹 인용|url=https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO202212662094416|제목=분광분석과 기계학습기법을 활용한 조선누층군 타이타늄 함유 면산층 탐지|출판사=자원환경지질학회|날짜=2022년}}</ref>

아래 표는 강원도 [[영월군]]과 [[태백시]]지역에 분포하는 [[조선 누층군]] 최하부 지층인 [[삼방산층]]과 [[면산층]]의 화학 성분표이다.<ref>{{웹 인용|url=http://www.riss.kr/search/detail/DetailView.do?p_mat_type=be54d9b8bc7cdb09&control_no=6a44f1875cd1ccd6ffe0bdc3ef48d419&outLink=K|제목=강원도 영월과 태백지역에 분포하는 조선누층군 최하부층(삼방산층과 면산층)의 암석학적-지구화학적 비교분석|저자=황미경|날짜=2011년}}</ref> 삼방산층에 비해, 면산층에 [[이산화 티타늄]]의 함량이 더 높은 것을 볼 수 있다. 주요 원소 분석 결과, 철과 [[티타늄]] 산화광물(Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, TiO<sub>2</sub>)들의 함량이 면산층 시료에서 삼방산층 시료보다 높게 나타났다. 이는 박편 관찰시에 마그네타이트(magnetite)와 티탄철석(ilmenite) 등이 면산층에서 더 많이 관찰되었기 때문으로 보인다.
; 면산층과 삼방산층의 원소 함량 비교도
{| class="wikitable"
|-
! 지층
! colspan = 4 | [[태백시]] [[면산층]]
! colspan = 4 | [[영월군]] [[삼방산층]]
|-
! 시료 
| MS 1
| MS 2
| MS 3
| MS 4
| SM 1
| SM 3
| SM 4
| SM 8
|-
! colspan = 9 | 주요 성분 (%)
|-
! [[이산화 규소]]
| 76.52
| 51.97
| 63.89
| 68.74
| 66.84
| 58.27
| 82.34
| 73.02
|-
! [[산화 알루미늄]]
| 5.57
| 5.61
| 6.75
| 6.66
| 14.21
| 16.13
| 7.11
| 9.81
|-
! style="background-color: #ffcc00;" | '''[[이산화 티타늄]]'''
| style="background-color: #ffcc00;" | 2.88
| style="background-color: #ffcc00;" | 10.84
| style="background-color: #ffcc00;" | 5.43
| style="background-color: #ffcc00;" | 2.96
| style="background-color: #ffcc00;" | 0.87
| style="background-color: #ffcc00;" | 1.14
| style="background-color: #ffcc00;" | 0.50
| style="background-color: #ffcc00;" | 0.50
|-
! [[산화 철(III)]]
| 7.97
| 24.26
| 15.92
| 12.88
| 7.30
| 10.98
| 4.44
| 7.85
|-
! [[산화 망가니즈]]
| 0.28
| 0.30
| 0.09
| 0.14
| 0.02
| 0.03
| 0.08
| 0.05
|-
! [[산화 마그네슘]]
| 1.52
| 2.41
| 3.29
| 4.07
| 2.24
| 2.94
| 0.81
| 2.78
|-
! [[산화 칼슘]]
| 2.15
| 0.65
| 0.31 
| 0.71
| 0.06
| 0.20
| 0.06
| 0.14
|-
! [[산화 나트륨]]
| 0.00
| 0.36
| 0.42
| 0.70
| 0.01
| 0.04
| 0.00
| 0.00
|-
! [[산화 칼륨]]
| 0.59
| 0.96
| 1.40
| 0.68
| 4.52
| 5.01
| 2.92
| 2.27
|-
|}
{{조선 누층군}}

== 같이 보기 ==
* [[아산화물]]
== 각주 ==
{{각주}}

== 외부 링크 ==
{{위키공용과 분류|Titanium}}
* {{네이버캐스트|7348}}
* {{언어링크|en}} [http://www.webelements.com/titanium/ 타이타늄 - WebElements.com]
* {{언어링크|en}} [http://www.nssmc.com/en/product/trantixxii/ Trantixii - Designiging Titanium] {{웨이백|url=http://www.nssmc.com/en/product/trantixxii/ |date=20171112203537 }}

{{원소 주기율표}}

{{전거 통제}}

[[분류:타이타늄| ]]
[[분류:전이 금속]]
[[분류:화학 원소]]
[[분류:생체 재료]]
[[분류:가상 인물의 이름이 포함된 화학 원소]]