Şeker esaslı başlangıç malzemesi ile bor karbür üretimi
Synthesis of boron carbide from a sugar based precursor material
Yazar: SELÇUK CİHANGİR
Danışman: DOÇ. DR. CELALETTİN ERGUN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Savunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies

Özet:
Bor karbür yeryüzünde bilinen üçüncü en sert malzemelerden olması nedeniyle zırh, nozul, çeşitli mekanik aksam ve kesici uç imalatı gibi birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Karbotermal redüksiyon gibi klasik B4C üretim yöntemleri yüksek yatırım maliyeti, yüksek enerji sarfiyatı, homojen olmayan nihai ürün gibi dezavantajlara sahip olması nedeniyle yeni üretim metodlarına ihtiyaç duyulmaktadır.Bu tez çalışmasında, ileri teknolojileri seramiklerinden biri olan bor karbürün şeker esaslı başlangıç malzemesinden düşük sıcaklıklarda toz halinde sentezi ve üretimine imkan veren bir üretim yöntemi geliştirilmesi hedeflenmiştir. Deneysel çalışmalar homojen çözümlendirme, kurutma, öğütme, ısıl işlem ve malzeme karakterizasyonu olmak üzere beş aşamadan meydana gelmiştir. Başlangıç malzemesi sükroz ve borik asit karışımı 400oC - 800oC arası sıcaklıklarda oda atmosferinde, 1000oC ? 1600oC arası sıcaklıklarda ise argon atmosferi altında ısıl işleme tabi tutularak B4C'ün sentezlenme kinetiği incelenmiştir. Üretim prosesinde meydana gelen oksidasyon kaynaklı aksalıklar ve argon gazı atmosferinden yeterli verim alınamaması sonucu, argonun yanı sıra hidrojen gazı da kullanılarak 1650oC'de ısıl işlem deneyi yapılmış ve bor karbürün yüksek saflıkta üretilebilmesi konusunda olumlu sonuçlar alınmıştır.Deneysel çalışmaların neticesinde, elde edilen malzemeler XRD, FTIR ve DSC yöntemleri ile karakterizasyon işlemine tabi tutulmuştur ve deneysel veriler ışığında B4C üretimi için ideal işlem parametreleri tespit edilmiştir. Geliştirilen bu yönteminin Türkiye sanayisine daha ucuz B4C üretimine imkan sağlayacağı düşünülmektedir. Böylece, ticari uygulamalarda kullanıma uygun bir üretim tekniği geliştirilmesi hedeflenmiştir.

Abstract:
Boron carbide (B4C) is the third hardest materials; therefore, commonly used for a variety of applications including armor plating, blasting nozzles and mechanical seal faces, as well as for grinding and cutting tools. Since conventional production methods of B4C, such as carbothermal reduction in industrial scale requires high investment, high operating costs and inhomogeneous resultant material, a method based on sucrose was developed to synthesize B4C powder.In this study, B4C powder as an advanced ceramic is synthesized at lower temperatures from a sugar based precursor and the synthesis parametres are discussed. Experimental studies were conducted in 5 stages including solutioning, drying, grinding, heat treatment and material characterization. Sucrose - boric acid mixture is heat treated between temperatures 400oC ? 1600oC and heat treatments over 800 oC are under argon gas flow in order to analyze the kinetics of B4C synthesis. Oxydation problems occuring during the boron carbide production process and lower production performance in argon atmosphere yield to use hidrogen in the existance of argon gas. Using hidrogen boron carbide precursor material was heat treated at 1650oC. At the end of the experiment, boron carbide powder of higher purity can be synthesized using hidrogen gas in the atmosphere.As a result of the experimental studies, heat treated sucrose - boric acid mixture (boron carbide powder) was characterized by x-ray diffraction (XRD), Fourier transforms infrared spectroscopy (FTIR) and DSC. Experimental results show that ideal process parametres found out and it is estimated that B4C production method will decrease the productional costs in the B4C industry.