Bor Nitrür ve Kristal Yapıları

Her geçen gün üzerinde yapılan çalışmaların sayısının arttığı ve kullanım alanı genişleyen borun dünyadaki en büyük rezerv kaynağı ülkemizdir. Kendine has karakteristik özellikleri bulunan ve kullanıldığı alanlarda avantajlar sağlayan bor ürünlerinden önemli bir tanesi ise bor ve azot atomlarının bileşiği olan bor nitrürdür.

Bor ve azot, her biri periyodik tabloda karbonun iki yanında bulunduğu için, bu elementlerin bileşiği karbon ile izoelektroniktir. Başka bir deyişle, bor ve azot birleşmesinde karbon-karbon oluşumundaki sayıda elektron bulunur.

Bor nitrür bileşikleri karbonun polimorfları ile aynı kristal yapılara sahiptir ve taşıdığı özellikler sahip olduğu kristal yapıya göre değişkenlik gösterir. En yaygın bilinen iki formu kübik ve hegzagonal bor nitrürdür.

Kübik bor nitrür (c-BN), doğada elmastan sonra en sert malzeme olup ‘suni elmas’ olarakta adlandırılmakta ve günümüzde kesici ve aşındırıcı madde olarak kullanılan elmasın yerini almaktadır. Elmasın aksine yüksek sıcaklıklara dayanıklı olup 1370°C’ ye kadar yapısı bozulmamaktadır. Yüksek termal ve kimyasal dayanımı sayesinde kullanım alanı her geçen gün genişlemektedir.

Hegzagonal bor nitrür (h-BN), kristal yapısının grafite benzer şekilde tabakalı yapıda ve beyaz renkte olmasından dolayı ‘beyaz grafit’ adı ile anılmaktadır.

Hegzagonal bor nitrürde, bor ve azot atomları arasında kuvvetli kovalent, tabaklar arasında ise arasında zayıf Wan der Waals bağları vardır. Hava ortamında 1000°C ‘ ye, asal gaz ortamında 2800°C’ ye kadar kararlılığını koruyabilen h-BN seramik malzemeler içinde en düşük yoğunluklu olanıdır (2.27 g/cm³) . Yüksek sıcaklıklara dayanıklı oluşu, oksidasyon direncinin yüksekliği ve ıslanmazlık gibi özelliklerinden dolayı refrakter malzeme olarak kullanılmaktadır. Diğer bir kullanım alanı ise yağlayıcı özelliği ve yüksek sıcaklıkta kararlılığı nedeniyle yüksek sıcaklıkta yağlama uygulamalarıdır.

Kaynaklar
1) N. Acarkan, Bor Ürün Çeşitleri ve Kullanım Alanları, İTÜ Maden Fakültesi Cevher ve Kömür Hazırlama ABD
2) Eti Holding A.Ş. Genel Müdürlüğü, Bor Nitrür Ön Fizibilite Etüdü, Mayıs 2013
3) Ö. Telli, Bor Uç Ürünleri ve Üretim Yöntemleri, Dokuz Eylül Üniversitesi Maden Mühendisliği Bölümü Cevher Hazırlama ABD