チタンフォーム

フォームチタン (多孔質チタンとも呼ばれます) は、軽量で多孔質の高度な金属材料です。

粉末冶金、スペースホルダー焼結、または3Dプリンティングプロセスによって製造され、気孔率は40〜90%に達し、細孔径は通常100〜1000ミクロンの範囲です。この構造により、チタンの耐食性、高強度、生体適合性を維持しながら、重量が大幅に軽減されます。

従来の高密度チタンと比較して、チタンフォームは比表面積が大きく、弾性率が人間の骨に近いです。新エネルギー電解電極で高い触媒効率を示すだけでなく、医療用インプラント、熱交換と冷却、濾過、エネルギー吸収構造にも広く応用されています。

チタンフォームの専門サプライヤーとして、当社は Gr1、Gr2、Gr23 (ELI) などのさまざまなグレードの製品を、お客様の要件に応じてカスタマイズ可能な気孔率、細孔サイズ、寸法、表面コーティング (Pt、Ir、TiN) で提供しています。標準在庫仕様で短納期に対応しており、小規模サンプリングと大規模工業供給の両方に対応しています。

フォームチタンの主な利点

超軽量

チタンフォームの密度はわずか0.5〜1.0 g/cm³(MSE Supplies LLCデータ)ですが、高密度チタンの密度は4.5 g/cm³で、70%以上の軽量化を実現しています。この軽量特性により、システムの重量が大幅に軽減され、航空宇宙およびポータブル デバイスの比電力と全体的な効率が向上します。

超高比表面積

75〜95%の気孔率と100〜1000μmの開孔サイズ(Techinstroデータ)を持つチタンフォームは、固体チタンよりもはるかに大きな表面積を提供します。拡張された反応性表面により、より高い電気化学活性とより速い物質移動効率が可能になり、電解電極や触媒担体に最適です。

調整可能な機械的特性

チタンフォームは気孔率を調整することで、構造的なサポートとエネルギー吸収のバランスをとることができます。研究によると、気孔率が 60% の場合、圧縮強度は約 80 MPa、弾性率は約 2.7 GPa です (ACS Publications データ)。気孔率が78%の場合、圧縮強度は約35MPa、弾性率は約5.3GPaです(ノースウェスタン大学のデータ)。これは、機械的性能をさまざまなアプリケーションのニーズに柔軟に適合させる能力を示しています。

生体適合性とストレスシールドの低減

チタンフォームの弾性率は、人間の骨の7〜30 GPaの範囲に近い0.5〜5 GPa(PMCデータ)に調整できます。この類似性により応力シールドが効果的に軽減され、骨の内成長と血管新生が促進されるため、医療用インプラントに理想的な材料となります。

優れた耐食性

チタンの天然の不動態酸化膜のおかげで、チタンフォームは塩化物環境、海水、酸性媒体中でも安定した状態を保ちます (ウィキペディアのデータ)。この特性により、過酷な化学条件、電解条件、海洋条件での長期使用に適しています。

優れた電気伝導性と熱伝導性

チタンフォームは、チタン固有の電気伝導性と熱伝導性を保持します。その 3D 多孔質構造により、より均一な電流分布が実現し、熱抵抗が大幅に低減され、電極触媒効率と熱交換器およびラジエーターの性能の両方が向上します。

Chalco Titaniumから入手できるチタンフォームの種類

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  オープンセルチタンフォーム

  特徴:最大40〜90%の気孔率、100〜1000μmの孔径、わずか0.5〜1.0 g/cm³の密度で、大幅な軽量化を実現します。

  用途: ヒートシンク、触媒担体、エネルギー吸収構造、フィルターによく使用されます。

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  独立気泡チタンフォーム(エネルギー吸収タイプ)

  特徴:プラトー応力の高い密閉気泡構造で、断熱性と遮音性を提供します。

  用途: 航空宇宙用クラッシュパッド、自動車用クラッシュビーム、音響減衰材に一般的に使用されます。

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  医療グレードのTi-6Al-4V ELIチタンフォーム

  特徴:0.5〜5GPaの弾性率で、人間の骨に近い弾性率で、生体適合性に優れています。

  用途: 歯科インプラント、椎間固定装置、骨修復インプラントに使用されます。

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  積層造形格子チタンフォーム(カスタム構造)

  特徴:3Dプリンティングによって実現される複雑な格子および勾配気孔率設計。

  用途: 軽量熱交換器、航空宇宙用エネルギー吸収部品、カスタマイズされたインプラントに適しています。

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  白金コーティングチタンフォーム(電極触媒グレード)

  特徴:表面に2〜5μmのPt層がコーティングされており、電気化学活性を高め、10,000時間以上の耐用年数を達成します。

  用途:主にPEM/アルカリ水の電気分解、電気塩素化、電気めっき陽極に使用されます。

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  イリジウムコーティングチタンフォーム(高耐食グレード)

  特徴:表面は約1μmのIr層で覆われており、強酸や高塩化物環境でも安定して耐久性があります。

  用途:海水電気分解、過酷な化学電極、燃料電池に適しています。

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  チタン繊維フェルト(柔軟な多孔質チタン)

  特徴:細いチタン線を焼結して作られ、気孔率は70〜80%。シートは柔軟性があり、曲げることができます。

  用途: PEM 電解槽輸送層、ガス拡散層、高温ろ過に一般的に使用されます。

フォームチタンの仕様とカスタマイズオプション

合金グレード

サイズ範囲

気孔率と細孔サイズ

• 気孔率:40%、60%、75%、90%の4つの標準レベルが利用可能です。5%刻みでカスタマイズ可能。
• 細孔径:100μmから2mmまで連続的に選択可能。≥放熱とろ過に500 μmを推奨≤、電極とインプラントに300 μmを推奨します。

表面処理とコーティング

フォームチタンの代表的な用途

水電解用水素・酸素電極

顔立ち： チタンフォーム基板上のPtまたはIrコーティングは、過電位を低減し、電気分解効率を大幅に向上させます。

利点： オープンポロシティにより、気泡の迅速な放出が保証されます。サイクル寿命は10,000時間を超えます。PEMおよびアルカリ電解槽に適用できます。

医療用インプラントと骨修復

顔立ち： 医療グレードのTi-6Al-4V ELIチタンフォームは、相互接続された多孔性と人間の骨に近い弾性率(0.5-5 GPa)を備えています。

アプリケーション： 歯科インプラント、椎間固定ケージ、カスタマイズされた骨欠損足場。骨の内成長を促進し、ストレスシールドを軽減します。

熱交換器とLEDヒートシンク

顔立ち： 高い気孔率 (≥75%) とマルチチャネル構造により、対流熱伝達と伝導熱伝達が強化されます。

利点： 重量を50%以上削減します。航空宇宙エレクトロニクスの冷却、EV バッテリー パック、高出力 LED モジュールに適用されます。

ろ過および触媒サポート

顔立ち： 優れた耐食性を備えたオープン多孔質ネットワーク。

アプリケーション： VOC触媒燃焼、海水ろ過、廃水処理、化学プロセスなど、長期安定稼働。

エネルギー吸収と音響減衰

顔立ち： プラトー応力が30〜50%高い独立気泡またはオープンセルチタンフォーム。多孔質構造により、二重の保護が可能です。

アプリケーション： 航空宇宙および自動車の衝突システム、遮音材、および熱減衰材。

フォームチタンの機械的特性

チタンフォームは、軽量、異方性、骨のような弾力性の利点を兼ね備えています。その低密度は大幅な軽量化の可能性をもたらし、非球状スペースホルダー焼結によって形成された三次元構造は、特定の異方性挙動を示す可能性があります。これらの特徴により、チタンフォームは人間の骨の機械的挙動をより忠実に模倣しながら機械的強度を維持することができ、それによって応力遮蔽効果が軽減され、医療用インプラントやエネルギー吸収構造用途に特に適しています。

フォームチタンの一般的な製造方法

粉末冶金ルート

これは最も一般的な方法であり、通常はスペースホルダー手法を使用します。チタン粉末は、NaCl、尿素、キャッサバデンプンなどの取り外し可能なスペースホルダー粒子と混合され、圧縮され、焼結されます。次に、スペースホルダーを溶解することによって気孔性が作成されます。

利点: 気孔率、細孔サイズ、接続性は制御可能であり、さまざまなグレードのフォームチタンのバッチ生産に適しています。

用途: 正確な細孔構造制御が必要な電極、触媒担体、医療用インプラントに広く使用されています。

鋳造と浸透

多孔質構造は、溶融または凍結鋳造プロセス、または電気化学的脱合金によって作成され、合金から元素を選択的に溶解して細孔を形成します。

利点: 強力な相互接続性を備えた異方性または細長い細孔構造を実現できます。

用途: 方向性輸送または特殊な細孔構造を必要とするろ過および熱伝達コンポーネントに適しています。

ガス膨張法

多孔質構造は、高温でのガス膨張(水素、窒素など)またはα-β相変態を伴う超塑性膨張によって生成されます。

利点:スペースホルダーが不要で、気孔率が比較的均一で、プロセスが簡単です。

用途:主に研究開発や小ロットの実験室生産、および均一な細孔分布が必要なサンプルに使用されます。

FAQ – よくある質問

チタンフォームにはニッケルフォームに比べてどのような利点がありますか?

チタンフォームは耐食性と耐熱性が高く、強酸、塩化物環境、高温 (≤ 600 °C) でも長期安定して動作できます。弾性率は人間の骨に近いため、医療用インプラントに適しています。コストは若干高くなりますが、電極の寿命、構造強度、生体適合性において全体的なメリットが大きくなります。

気孔率が高いことは常に良いですか?気孔率と細孔サイズの選び方は?

強ち。気孔率が高いほど、比表面積は増加し、重量は減少しますが、機械的強度は低下します。

• 60%:強度と活性のバランスが取れており、電極基板に適しています。
• 75%: 高活性、またはインプラントの骨内成長に適しています。
• 90%:最大比表面積、触媒担体や断熱材/防音材に最適です。

推奨細孔径:電極/インプラントの場合は≤300μm。ろ過/放熱用の≥500μm。

フォームチタンは溶接または機械加工できますか?

はい。レーザー溶接または真空ろう付けをお勧めします。加工は、浅い切削、高い主軸速度、圧縮空気冷却を備えた超硬工具を使用して行うことができます。残留応力と酸化層を除去するために、機械加工後の酸洗と不動態化が推奨されます。

Pt/Irコーティングの耐用年数はどれくらいですか?

10 A・cm⁻² および 80 °C の連続水電気分解下で、当社の Pt コーティングされたチタンフォームは 10,000 時間のテストに合格しました。IRコーティングされたフォームは腐食速度を維持します < 0.02 mm/y in 3 M HCl. Actual lifespan depends on current density, temperature, and electrolyte composition; accelerated aging curves can be provided per project.

最小注文数量 (MOQ) とリードタイムはどのくらいですか?

• 無料サンプル:100×100mm≤シート、または100×50mm≤ロール。
• MOQ: 標準シート – 5 枚。ロール – 1ロール;3D格子–1個。
• リードタイム:在庫あり7〜10日。カスタム3〜4週間。コーティング付き+1〜2週間。