Titan – Gehäuse-Material des Apple iPhone 15 Pro unter der Lupe

Aktuell wird eine große Sache daraus gemacht, dass Apple für das Gehäuse seiner neuen Pro-Smartphones das Material Titan gewählt hat. Dass die Entwicklung in diese Richtung geht, haben in den letzten Jahren nicht nur mehrere Apple zugesprochene Patente gezeigt. Auch die Apple Watch Series 5 hat bereits in 2019 den Weg für Titangehäuse an Apple-Geräten geebnet. Oder sollte man hier besser das PowerBook G4 von 2001 anführen? Ihr seht, es gibt viel zu Apples Nutzung von Titan zu sagen. Im Folgenden findet ihr geordnet und erklärt alles von Materialinformationen über Apple-Patente hin zu Angaben zur Nachhaltigkeit von Titan.

Die Grundlagen: Was ist Titan?

Fangen wir bei den Grundlagen an: Titan ist ein chemisches Element mit der Ordnungszahl 22. Es steht im Periodensystem an erster Stelle der 4. Nebengruppe, welche auch „Titangruppe“ genannt wird. Weiterhin gehört Titan zu den Übergangselementen bzw. Übergangsmetallen, welche sich auch noch über andere Gruppen erstrecken und von denen einige in Titanlegierungen Einsatz finden. Das ist aber alles kleinteilige Theorie, die ihr euch auch bei Wikipedia oder in einem Chemie-Lehrbuch durchlesen könnt. Deshalb höre ich hier direkt auf damit.

Für die hiesige Betrachtung ist der Umstand viel wichtiger, dass Titan ein robustes und gegen Korrosion sowie gegenüber einigen Chemikalien stabiles Metall ist. Zudem ist es, vor allem im Vergleich mit Stahl, relativ leicht. Jedoch nicht so leicht wie Aluminium. In Legierungen sorgt Titan bereits in kleinen Mengen für mehr Stabilität und Schutz. Stahl wird schon bei einer Titankonzentration von 0,01% bis 0,1% zäher und fester. In Edelstahl-Legierungen beugt es der interkristallinen Korrosion vor.

Titan sorgt also vor allem für ein geringeres Gewicht des damit hergestellten Objekts (im Vergleich zu Edelstahl und dessen Legierungen) sowie für die reine Nutzung der weiteren Vorteile Titans. Es erreicht bei relativ geringer Dichte eine hohe Festigkeit und ist korrosionsbeständig. Jedoch ist es auch duktil, kann sich also verformen bevor es bricht. Das ist möglicherweise der Grund für die Aluminium-Substruktur, die im iPhone 15 Pro (Max) zum Einsatz kommt. Diese könnte das Gehäuse weiter versteifen und vor Verformungen schützen.

Dichte-Vergleich von Titan, Edelstahl und Aluminium

Auch wenn Titan eine signifikant geringere Dichte als Stahl hat und die Substruktur im iPhone 15 Pro (Max) aus dem noch leichteren Aluminium besteht, sind die Pro-Modelle der iPhone-15-Reihe nur 19 Gramm leichter als die Vorgänger. Das kann aber auch an zusätzlicher Hardware im Inneren der Geräte liegen. Denn schaut man sich den Dichte- und damit Gewichtsvergleich verschiedener Ausgangsmaterialien an, ist ein durchaus beachtlicher Unterschied zu sehen:

• Eisen: 7,87 g/cm³
• Stahl: 7,85 bis 7,87 g/cm³
• Edelstahl: 7,7 bis 8,2 g/cm³
• Titan: 4,5 g/cm³
• Aluminium: 2,7 g/cm³

Was ist „Grade 5“-Titan?

So einleuchtend der Vergleich aber auch sein mag, Apple macht das Verständnis von Titan und dessen Nutzung für Laien nicht einfacher, wenn es von „Grade 5“-Titan spricht. Dieses wurde in der Präsentation der neuen Geräte hervorgehoben und neben dem iPhone 15 Pro auch als Ausgangsmaterial genannt, das für Mars-Rover verwendet wird. Die technischere Bezeichnung ist laut dem Titanzulieferer Titanium Processing Center übrigens Ti 6AI-4V. 

Ti 6AI-4V (Grade 5) ist die am häufigsten genutzte Titanlegierung und wird entsprechend als das „Arbeitspferd“ unter den Titanlegierungen bezeichnet. Es wird angenommen, dass Grade 5 Titan die Hälfte der Titannutzung weltweit ausmacht. Es kommt neben Flugzeugturbinen, Motoren, Raumfahrt und Schifffahrt auch in Sportausrüstung, elektronischen Geräten und weiteren Endverbraucherprodukten zum Einsatz. Ohne auf die genauen Zugaben für Grade-5-Titan einzugehen, wird angegeben, dass Titanlegierungen im Allgemeinen Spuren von Aluminium, Molybdän, Vanadium, Niob, Tantal, Zirconium, Mangan, Eisen, Chrom, Kobalt, Nickel und Kupfer enthalten können.

Was macht Titan als Gehäusematerial so besonders?

Die für das iPhone verwendete Titanlegierung ist also die am häufigsten eingesetzte. Auch und vor allem, weil sie das größte Stärke-zu-Gewicht-Verhältnis unter den Titanlegierungen bietet. Aufgrund der zahlreichen Verwendung und der damit auch großflächigen Herstellung spielt aber sicher auch der vergleichsweise stabile Kostenpunkt des Materials eine Rolle. Titan als Material für das iPhone-Gehäuse sowie für die Gehäuse verschiedener Apple Watch-Modelle bietet also das Beste aus unterschiedlichen Bereichen.

Wirklich besonders ist Titan als Gehäusematerial allerdings nicht. Wie bereits aufgezeigt, ist das verwendete Material ziemlich oft auf dem Markt zu finden und bei Apple auch schon länger im Einsatz. Es wird nicht nur in der Raumfahrt und in industriellen Formen, sondern überdies in Endverbraucher-Technik – etwa Armbanduhren, Lautsprecher, Sportgeräte, etc. – genutzt. Besonders ist lediglich, dass sich Apple einige Patente für die Aufarbeitung von Grade 5 Titan gesichert hat, um dessen Oberfläche und Optik ansprechender zu gestalten.

Apples Patente rund um Titan als verschönertes Material für Gerätegehäuse

Apple hat sich bereits in 2021 ein Patent sichern können, dank welchem dem iPhone-Hersteller die Rechte an der Aufarbeitung von Titanmaterial zu einer halbglänzenden Oberfläche zugesprochen wurde. Dabei ging es aber nicht nur um das iPhone, sondern auch um das iPad, die Apple Watch und das MacBook. Ob diese Geräte ebenfalls das gebürstete und polierte Titan als Außenhülle bekommen werden, das ist jedoch noch nicht klar.

Im Jahr 2022 wurde Apple dann ein weiteres Patent zugesprochen, welches sich nochmals mit der Bearbeitung von Metalloberflächen auseinandersetzt. Es geht darin speziell um starke und stabile Metalle, deren ursprüngliche Oberfläche nicht sehr ansprechend ist und für den Verkauf aufgehübscht werden muss. Das Patent beschreibt die Schaffung einer texturierten Oberfläche. Diese wäre zwar matt, kann aber durch zusätzliche Beschichtungen glänzender werden.

Nachhaltigkeit: Titan soll in vielen Bereichen besser sein

Große Themen bei den neuen Apple-Produkten in 2023 sind neben Hardware-Upgrades und den Gehäusen die Nachhaltigkeit und die Umweltverträglichkeit. Auch hier kann Titan im Vergleich zu anderen Materialien überzeugen. Laut einigen Quellen gibt es gleich mehrere Vorteile, die neben der Umweltverträglichkeit auch den ethischen Aspekt der Bergung und Verarbeitung der Ausgangsmaterialien betreffen. Genannt werden dabei u. a. diese Argumente:

• Langlebigkeit des Materials: Das iPhone kann länger genutzt werden, da es sich weniger in der alltäglichen Nutzung abwetzt. Wird das Gerät in weniger kurzen Abständen ersetzt, ergibt sich theoretisch weniger Elektroschrott. Hier wird aber vorausgesetzt, dass iPhones nur ihres Aussehens wegen ersetzt werden und nicht wegen den jährlichen Chip- und Kamera-Upgrades.
• Förderung des Rohmaterials: Im Vergleich zur Bergung von Aluminium soll der Abbau von Titan aus der Erdkruste weniger Energie verbrauchen. Das heißt, dass die aktuellen Pro-Modelle des iPhones einen geringeren CO2-Fußabdruck haben. Zu beachten ist allerdings die Alu-Substruktur, deren Einfluss die Titanhülle nicht überspielen kann. Außerdem sind in der Titanlegierung weitere Metalle enthalten.
• Ethische Bedenken: Titan wird anscheinend vor allem in sicheren und regulierten Teilen der Welt gefördert. So können Bedenken rund um gefährliche Arbeitsbedingungen, Kinderarbeit und ähnliches verringert werden. Wie im letzten Punkt erwähnt, so muss aber im Hinblick auf Grade 5 Titan über den Namensgeber hinaus auch auf die Legierungsmetalle geachtet werden.
• Recycling-Möglichkeiten: Titan kann sehr gut recycelt werden. Das heißt, dass durch die großflächige Verwendung des Materials als Alternative zu weniger gut wiederverwendbaren Materialien weniger Elektroschrott entsteht.
• Sinkender Preis: Angeblich soll auch der Preis für Titan und Legierungen immer weiter sinken, sodass es zu einem guten Verhältnis von Gewicht, Stärke und Preis kommt, welches sich irgendwo zwischen Aluminium und Stahl ansiedelt.

Wann hat Apple das erste Mal ein Titangehäuse verwendet?

Wie eingangs schon erwähnt, so hat Apple bereits im Januar 2001 das Experiment gewagt, ein Gerät mit Titanhülle anzubieten. Es handelt sich dabei um die erste Generation des Apple PowerBook G4, das bis ins Jahr 2003 verkauft wurde. Ab Januar 2003 wurden die verschiedenen Größen (12 Zoll, 15 Zoll, 17 Zoll) dann gegen Geräte mit Aluminiumgehäuse ersetzt. Noch heute setzt Apple beim MacBook auf Aluminium als Gehäusematerial (was sich aber den oben erwähnten Patenten nach zukünftig wieder ändern könnte).

Der erste Ausflug in die Nutzung von Titan, nach Plastikgehäusen für das PowerBook G3, war für Apple kurz, da er gleich mehrere Probleme mit sich brachte. So bestanden zum Beispiel die Scharniere des Displays aus Titan, welches zwar stabil, aber nicht auf Dauerbelastung ausgelegt war. Auch bei regulärer Nutzung ohne Überanstrengung dieser Bauteile gab es häufig den Fall, dass sie brachen. Zudem nahmen die an den Titan-Scharnieren vorbeigeführten Displaykabel oft Schaden. Es gab sogar Dritthersteller, die stabilere Bauteile herstellten, um die Probleme zu beheben.

Plastikteile, die mit dem Titangehäuse verbunden waren, konnten überdies beschädigt werden, da sie den Belastungen, welche Titan durchaus aushielt und auf sie übertragen hat, nicht standhalten konnten. Außerdem reichten die Plastikaussparungen für die WLAN-Antennen nicht aus, sodass die Funkverbindung zum Internetrouter aufgrund der metallenen Abschirmung schlecht war. Und die Farbe auf den Rändern der Titanbasis nutzte sich ab, blätterte ab und warf Blasen – vor allem dort, wo die Handballen bei der Nutzung des Laptops auflagen.

Diese aktuellen Apple-Geräte haben ein Titangehäuse

• Einige Modelle der Apple Watch Series 5 (2019)
• Einige Modelle der Apple Watch Series 6 (2020)
• Einige Modelle der Apple Watch Series 7 (2021)
• Apple Watch Ultra (2022)
• Apple Watch Ultra 2 (2023)
• iPhone 15 Pro (2023)
• iPhone 15 Pro Max (2023)

Wird Apple komplett von Edelstahl und Aluminium zu Titan wechseln?

Zwar deuten die oben erwähnten Patente aus 2021 und 2022 darauf hin, dass nicht nur die Pro-Modelle des iPhones, sondern auch das iPad, das MacBook und abermals die Apple Watch einen Wechsel zu Titan als Gehäusematerial erfahren werden. Jedoch sollte man hier das Gleiche wie bei allen anderen Patenten im Hinterkopf behalten: Apple verfährt nach dem Motto „Besser man hat als man hätte“. Die Patentschriften sagen also noch nichts über die kommenden Entwicklungen aus und könnten, wie viele andere auch, über die Jahre im Giftschrank des Unternehmens versauern.

Weitere Informationen in den Beitragsquellen

In diesem Beitrag habe ich euch die unterschiedlichsten Informationen und Daten aufgeführt. Natürlich habe ich diese nicht alle im Kopf und auch nicht alle selbst ermittelt. Oder anders ausgedrückt: Ich habe eine Menge Quellen verwendet. Falls ihr diese für die eigene Recherche nutzen wollt, bedient euch gern an der folgenden Liste:

• Infos zu einzelnen Metallen: Wikipedia-Seiten der Elemente und Legierungen
• Dichte-Bereich von verschiedenen Edelstahl-Varianten: Weltstahl
• Informationen zu Grade 5 Titan (Ti 6AI-4V): Titanium Processing Center
• Informationen zu den Apple-Patenten rund um Titanoberflächen: 9to5Mac
• Angaben zu Nachhaltigkeit und anderen Vorteilen von Titan am iPhone: Medium-Beitrag
• Details zum Apple Titan-PowerBook G4: Apple-Webseite von 2001 / MacTracker / Wikipedia
• Angaben zu aktuellen Geräten mit Titangehäuse: Sir Apfelot / MacTracker

Johannes Domke

Johannes hat nach dem Abitur eine Ausbildung zum Wirtschaftsassistenten in der Fachrichtung Fremdsprachen absolviert. Danach hat er sich aber für das Recherchieren und Schreiben entschieden, woraus seine Selbstständigkeit hervorging. Seit mehreren Jahren arbeitet er nun u. a. für Sir Apfelot. Seine Artikel beinhalten Produktvorstellungen, News, Anleitungen, Videospiele, Konsolen und einiges mehr. Apple Keynotes verfolgt er live per Stream.