Kapat

Titanyum Diborür Nedir? Nerelerde Kullanılır? Özellikleri Nelerdir?

Titanyum Diborür (TiB2) Nedir?

Malzeme Bilimi ve Teknolojisindeki en önemli gelişmeler “İleri Teknoloji Malzemeleri” olarak tanımlanan ve genellikle elektronik ve uzay endüstrisinde kullanılan malzemelerde görülmektedir. Bu malzemeler arasında Titanyum Diborür (TiB2)’de bulunmaktadır. Günümüzde TiB2 üretiminde son yıllarda hızla pek çok üretim yöntemleri ve farklı prosesler denenmiştir. Yapılan üretimlerin sonucunda kimyasal ve fiziksel özellikleri belirlenmiş (yoğunluğu, tane boyutu, saflık gibi) ve bu özelliklerini daha iyiye götürmek için çalışmalara başlanmıştır.

Titanyum Diborür Özellikleri

TiB2 kovalent bağlı bir geçis metali borürü olup, Ti-B sistemine (Şekil 1) ait ağırlıkça % 31,1 bor içeren bir titanyum borürdür. Ti-B sistemindeki en kararlı bileşiktir. TiB2 dışında TiB ve Ti3B4 gibi iki titanyum borür daha mevcuttur. TiB2, hafniyum ve zirkonyumun seramik bileşikleri gibi metalik bağlı bir seramiktir. Bundan dolayı ileri teknoloji sert seramik malzemeler grubuna dahil edilen bir malzeme olmuştur. TiB2, yüksek sertlik, yüksek aşınma direnci, yüksek ergime sıcaklığı, yüksek elektriksel iletkenliği ile ergimiş metallere ve asitlere karşı yüksek korozyon direncine sahiptir.


Şekil 1: Titanyum – Bor Faz Denge Diyagramı

Genel olarak metal diborür bileşikleri yüksek sertliğe, yüksek ergime sıcaklığına, yüksek aşınma dayanımına, yüksek mukavemete ve kimyasallara karşı yüksek dirence sahiptir. Sinterlemeye karşı dirençleri yüksektir. Genellikle izostatik presleme veya sıcak press ile yoğunlaştırılır. TiB2’nin yüksek saflıkta elde edilmesi için basınçsız sinterleme yöntemi kullanılır. Fakat sıvı formda krom, demir ve karbon gibi yardımcılara ihtiyaç vardır. TiB2 1000°C nin üstünde hava ile oksidasyona karşı dirençlidir. HF ve HCl karşı dirençli olsa da HNO3 ve H2SO4 ile etkileşir. Alkaliler ile kolay bir şekilde etkileşir. Ayrıca TiB2 oksit olmayan (nan-oksit) seramik olarak da kullanılır.

Aşınma plakaları, kesici takımı, nozüller, contalar, yüksek sıcaklıkta bağlantı parçaları olarak kullanım yerleri vardır. Yüksek sertliğinden dolayı pek çok sanayi alanında tercih edilir. Fakat buna karşın şekil vermedeki işlenebilirliğini zorlaştırdığı için TiB2’nin tek başına kullanılmasından ziyade kompozit olarak kullanılmaya itmektedir.

Titanyum Diborür Fiziksel Özellikleri

TiB2 hegzagonal yapıda (Şekil 2) kristalleşen bir metalik bağlı seramik bileşiktir. TiB2’nin mekaniksel ve diğer fiziksel özellikleri Tablo 1’de verilmiştir.

Şekil 2: TiB2’nin Kristal Yapısı
Tablo 1: TiB2 nin tipik fiziksel ve mekaniksel özellikleri

Sanayinin bütün alanılarında kullanılan demir ve alaşımlarının yoğunlukları 7-9 g/cm3 arasındadır. Buna karşın TiB2’nin yoğunluğu 4,52 dir. Yoğunluğunun düşük olması da pek çok sanayi alanında kullanımı için avantaj sağlamaktadır.

Kullanım alanları

  • Yüksek sıcaklığa maruz kalan kısımlarda kaplama veya parça olarak (örneğin; motor parçalarında, roket motor parçalarında, metal ergitme nozülleri ve jet motoru parçalarında) kullanılmaktadır.
  • Silisyum karbür (SiC) kompozitlerinin mukavemetlerinin arttırılmasında kullanılır.
  • Korozyon ve aşınmaya dayanıklı yerlerde kullanılır.
  • Yüksek sıcaklıklarda elektrik kontak malzemesi olarak kullanılır.
  • Alüminyum fırınlarda elektrot olarak kullanılır.
  • Kompozit malzeme üretiminde (Al, Cr, Cu v.b) kullanılır.
  • Askeri zırh, kesici takımlar, refrakter malzemesi olarak kullanılır.
  • TiB2’nin ergimiş alüminyum ve kriyolite karşı inert olmasının yanı sıra yüksek elektrik iletkenliğine sahip olmasından dolayı alüminyum metalurjisinde katot olarak, elektrod ve termoçift kılıfı olarak kullanılmaktadır.
  • Alüminyumun vakum altında buharlaştırılmasında kullanılan sıcak preslenmiş TiB2-BN-AlN kompozitinden yapılan kayıkçıkların hammaddesi olarak kullanılır.
  • Amerika Birleşik Devletleri TiB2 kompozitlerini balistik zırh olarak silahlı kuvvetlerinin envanterinde bulunan zırhlı araçların bazılarında kullanılmaktadır.
  • Fiber optik kabloların koruma altlığı ve nükleer reaktörlerde kontrol çubuğu olarak kullanılmaktadır.

Titanyum Diborür Üretim Yöntemleri

  • Karbotermik redüksiyon ile TiB2 üretimi
  • Metalotermik redüksiyon ile TiB2 üretimi
  • Toz metalurjisi yöntemleri ile TiB2 üretimi
  • Aerosol prosesi ile TiB2 tozu sentezi
  • Ergimiş tuz elektrolizi ile TiB2 eldesi

Dünyadaki
Titanyum Diborür Üretimi ve Ticareti

Dünyadaki TiB2 üretimi resmi kayıtlara göre 1997 yılında 80 ton miktarındadır. Bu miktar 2000’li yılların başında 100 tona kadar çıkmıştır. Bu miktarın büyük çoğunluğu buharlaştırma kayıkçığı yapımında kullanılmıştır. Fakat günümüzde daha çok savunma sanayi alanında kullanılmaktadır. Dünyadaki başlıca TiB2 üreticileri Amerika ve Almanyada’da bulunmaktadır.

Tablo 2: Bazı Refrakter Borürlerin Fiziksel Özellikleri

Sizin için önerdiklerimiz:

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir