티타늄 Titanium Ti

티타늄은 금속 중 가장 단단한 금속중의 하나입니다. 철보다 가볍고, 단단하고, 부식이 되지 않으며 인체 친화도가 높아 임플란트등에도 사용 됩니다. 형상기억합금에도 티타늄이 사용되고 있기 때문에 산업이 발전 하면서 더욱더 많은 티타늄을 사용하고 있습니다.

티타늄 강판

티타늄 제련 과정

티타늄은 지각에 매우 풍부하게 존재하는 금속이지만, 자연 상태에서는 산소나 철과 결합된 산화물 형태로만 존재하여, 순수한 금속으로 얻기 위해 복잡하고 정교한 제련 과정을 필요로 합니다. 오늘날 가장 널리 사용되는 제련 방식은 크롤 공정(Kroll process)이라고 불리는 방법이며, 이 과정은 여러 단계로 나뉘어 매우 정밀하게 진행됩니다. 가장 먼저 진행되는 단계는 티타늄 광석의 화학적 처리입니다. 일반적으로 루틸(TiO₂) 또는 일메나이트(FeTiO₃)와 같은 광물이 원료로 사용되며, 이들을 고온에서 염소(Cl₂)와 탄소(C)와 반응시켜 티타늄 테트라클로라이드(TiCl₄)라는 휘발성 기체 화합물로 전환합니다. 이 반응은 약 900도 이상의 고온에서 이루어지며, TiCl₄는 이후 정제 과정을 거치게 됩니다. 티타늄을 순수하게 얻기 위해서는 이 TiCl₄에 섞여 있는 철이나 바나듐 등의 불순물 염화물을 제거해야 하므로, 증류 과정을 통해 정제된 TiCl₄를 확보합니다. 정제된 TiCl₄는 이후 마그네슘(Mg)을 환원제로 사용하는 크롤 공정을 통해 순수한 금속 티타늄으로 환원됩니다. 이 과정은 진공 상태나 불활성 기체인 아르곤(Ar) 환경에서 약 900도 이상의 온도에서 이루어지며, 마그네슘이 염소와 결합하여 염화마그네슘(MgCl₂)을 형성하고, 티타늄은 금속 형태로 분리되어 남게 됩니다. 이때 생성된 티타늄은 다공성 형태로, '스폰지 티타늄'이라고 불립니다. 이 스폰지 티타늄은 고순도로 얻어진 티타늄 금속의 원료로 사용됩니다. 스폰지 티타늄은 그대로 사용되지 않고 다시 녹여서 덩어리 형태의 금속 주괴로 가공됩니다. 이 융해 공정에서는 고온 아크를 이용한 진공 아크 재용해(VAR) 또는 전자빔 용해(EBM) 방식이 사용되며, 이를 통해 균일한 품질의 티타늄 덩어리를 만들어냅니다. 이 주괴는 이후 단조, 압연, 압출 등의 기계 가공 과정을 거쳐 다양한 산업 분야에서 사용될 수 있는 형태로 생산됩니다. 최근에는 크롤 공정 외에도 전기분해를 이용한 FFC 캠브리지 공정이나 나트륨을 환원제로 사용하는 헌터 공정 같은 차세대 제련 기술도 연구되고 있습니다. 이러한 기술은 에너지 효율성과 친환경성을 높이면서도 생산 비용을 절감할 수 있는 가능성을 보여주고 있어, 앞으로 티타늄 제련의 새로운 대안으로 자리 잡을 수 있습니다. 이처럼 티타늄의 제련 과정은 매우 복잡하고 높은 기술 수준을 요구하는 공정이지만, 이를 통해 얻어진 순수한 티타늄은 우수한 강도와 내식성을 지니고 있어 항공우주, 군수, 의료, 화학 산업 등에서 폭넓게 활용되고 있습니다.

티타늄이 이용 되는 곳

티타늄은 가벼우면서도 강한 기계적 특성, 탁월한 내식성, 생체 적합성 등의 장점을 지닌 금속으로서 다양한 산업에서 매우 폭넓게 활용되고 있습니다. 이 금속은 특히 극한의 환경에서도 안정된 성능을 유지할 수 있는 특징 덕분에, 고급 금속으로 분류되며 수많은 분야에서 핵심 재료로 사용됩니다. 가장 대표적인 용도는 항공우주 산업입니다. 티타늄은 철보다 가벼우면서도 비슷한 수준의 강도를 가지며, 고온에서도 물리적 성질이 잘 유지되고 산화에도 강한 특성을 보입니다. 이러한 특성으로 인해 항공기의 동체, 날개, 엔진의 각종 부품에 널리 쓰이며, 군용 항공기에서는 성능과 무게 사이의 균형을 맞추기 위해 티타늄의 사용이 특히 두드러집니다. 우주항공 분야에서도 로켓, 위성, 우주선 등의 구조체와 추진 시스템에 필수적으로 사용되며, 극한 온도와 진공 조건에서도 안정적인 기능을 발휘합니다. 또한 해양 산업에서도 티타늄은 매우 중요한 소재입니다. 바닷물은 일반 금속을 빠르게 부식시키는 특성을 가지고 있지만, 티타늄은 염분에 매우 강한 내성을 보입니다. 이로 인해 해양 구조물, 선박 부품, 잠수함 외장, 해저 파이프라인, 해수 펌프 등 부식에 민감한 장비에 이상적인 소재로 사용됩니다. 특히 오랜 시간 동안 유지보수가 어려운 해저 환경에서 티타늄의 사용은 경제성과 안정성을 동시에 제공합니다. 화학 공업과 석유화학 산업에서도 티타늄은 강산과 염기, 유기 용매 등 다양한 부식성 화학물질에 대한 저항성을 이유로 널리 쓰입니다. 예를 들어 황산, 염산 등을 사용하는 플랜트의 반응기, 배관, 열교환기 등에 티타늄이 적용되어 높은 내구성과 장기적인 운영 효율을 제공합니다. 염소계 공정과 같이 부식성이 극도로 높은 환경에서도 안정적인 성능을 유지하기 때문에, 티타늄은 화학 공정 설비에서 거의 필수적인 금속으로 여겨집니다. 에너지 분야에서도 티타늄의 존재감은 뚜렷합니다. 특히 원자력 발전소의 열교환기, 냉각수 시스템, 응축기 등에는 고온, 고압, 고방사능 환경에서도 안정된 성능을 발휘하는 티타늄이 사용됩니다. 해양 발전이나 지열 발전소 같은 재생에너지 설비에서도 티타늄은 오랜 내구성과 부식 저항성으로 인해 주요 부품 소재로 채택됩니다. 자동차 산업에서는 고성능 차량과 스포츠카에서 무게를 줄이고 엔진 출력을 극대화하기 위해 티타늄이 사용됩니다. 예를 들어 티타늄으로 만든 배기 시스템은 내열성이 뛰어나면서도 가벼워 주행 성능을 높이고, 엔진 부품이나 서스펜션 부품에도 일부 적용되어 고성능을 실현합니다. 의료 산업에서 티타늄은 독보적인 소재입니다. 인체 내에서 화학 반응을 일으키지 않으며 알레르기를 유발하지 않고 생체 조직과의 적합성도 높기 때문에, 인공 관절, 임플란트, 두개골 보형물, 치과용 스크류 등에 매우 광범위하게 사용됩니다. 특히 MRI 촬영 시에도 자기장 간섭이 없기 때문에 의료 영상 진단에서도 안전합니다. 반도체 및 전자 산업에서도 티타늄은 중요한 역할을 합니다. 반도체 제조 공정 중 증착 공정에 사용되는 스퍼터링 타겟으로 활용되며, 티타늄 질화물(TiN)은 트랜지스터의 배선 및 방산층에 쓰입니다. 또한 이산화티타늄(TiO₂)은 전기 절연성과 광학적 특성 덕분에 태양전지, 광촉매, 광학 코팅 등 다양한 광전자 장치에 사용됩니다. 소비재 및 스포츠 분야에서도 티타늄은 고급 소재로 자리 잡고 있습니다. 티타늄으로 만든 자전거 프레임, 골프 클럽, 테니스 라켓, 등산 장비, 고급 시계, 안경테 등은 가벼우면서도 튼튼하고, 부식되지 않으며, 피부 자극도 없기 때문에 오랜 시간 사용하기에 적합합니다. 마지막으로 군수 산업에서도 티타늄은 중요한 금속입니다. 방탄 차량, 군용 항공기, 전차, 함선, 미사일 부품 등에서 경량화와 방어력을 동시에 확보해야 할 때 티타늄이 채택됩니다. 높은 기동성과 내구성이 요구되는 현대 전장에서 티타늄은 무기 체계의 핵심 소재 중 하나로 자리 잡고 있습니다. 이처럼 티타늄은 매우 다양한 산업 분야에서 고강도, 경량화, 내식성, 생체 적합성 등의 이유로 폭넓게 활용되고 있으며, 앞으로도 첨단 기술 산업의 발전과 함께 그 수요는 더욱 증가할 것으로 예상됩니다.