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.

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 HNO_{3 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.

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.