Düşük sıcaklıkta bor karbür üretimi ve karakterizasyonu
Low temperature production of boron carbide and its characterization
Yazar: ERDEM ALP
Danışman: PROF. DR. H. CANAN CABBAR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Bor karbür = Boron carbide

Özet:
Bor karbür, yüzlerce bor bileşiği arasında yüksek pazar hacmine sahip önemli bir bor uç ürünüdür. İleri teknolojik seramik malzemeler içerisinde bor karbürün özel bir yeri vardır. Bor karbür yüksek sertliği, düşük yoğunluğu, kimyasallara karşı direnci, ısıya dayanımı ve yüksek nötron absorplama özellikleri nedeni ile birçok askeri ve sivil uygulama alanı bulmuştur. Bu özellikler endüstride öğütücü, parlatıcı ve aşındırıcı toz olarak kullanılması ile kendini göstermiştir. Hafif ve sert olması, zırhlı muharebe araç zırhlarının kuvvetlendirilmesinde, askeri amaçlı helikopter ve uçakların mekanik aksamları ile personelin korunması amacına dönük olarak zırhlandırılmasında yaygın uygulama alanları bulmasına sebep olmuştur.Bor karbür üretmek için pek çok yöntem bulunmaktadır. Bunlardan bazıları; mekanik alaşımlama, sol jel, kimyasal buhar biriktirme, kendiliğinden ilerleyen yüksek sıcaklık ve karbotermal indirgeme yöntemleridir. Bu yöntemlerin ortak yanı yüksek enerji gereksinimine ihtiyaç duymalarıdır. Bu çalışmada amaç, yardımcı indirgeme (co-reduction) yöntemiyle düşük sıcaklıklarda bor karbür tozu sentezlemektir. Başlangıç maddeleri olarak BBr3, CCl4 ve yardımcı indirgeyici olan Na kullanılmıştır. Çalışmada 400°C, 450°C ve 500°C olmak üzere 3 farklı sentez sıcaklığı ve 2 ile 10 saat arasında 5 farklı tepkime süresi ile tepkime gerçekleştirilmiştir. Nihai ürünlerin karakterizasyon işlemleri FT-IR, TGA/DT, XRD ve parçacık boyut dağılımı analizi ile yapılmıştır. Sonuç olarak 450°C ve 8 saat boyunca gerçekleştirilen tepkime ile elde edilen toz ürünün mikron boyutunda olduğu ve bu tozun bir bor karbür öncül maddesi olduğu anlaşılmıştır. Bu toz ürün 700°C'da 3 saat boyunca sinterlendikten sonra yapılan XRD analizi, kristal bor karbür oluşumunun başladığını göstermiştir.

Abstract:
Boron carbide is a significant product among hundreds boron compounds which has high market capacity. Boron carbide has a special place in advanced technology ceramic materials. It has many military and civil application areas with its properties such as high neutron absorption capacity, extreme hardness, low density, inert with chemicals, heat resistance. Boron carbide is used in industry as grinder, polisher and abrasive powder due to these properties. Due to its hardness and lightness, it has many application areas such as mechanical accessories of military oriented helicopters and planes, reinforcement armor of battle vehicles? armors and protecting of military staff.Various methods available for production of boron carbide. Some of those are, mechanical alloying, sol-gel, chemical vapor deposition, self propagating high temperature synthesis and carbothermal reduction. Common point of these methods is requirement of high energy. In this work, the aim is synthesize of boron carbide powder at low temperatures with co-reduction method. BBr3, CCl4 and Na (which is co-reductant) was used as raw materials. In this work, reaction was performed at 3 different temperatures (400°C, 450°C, 500°C) and 5 different reaction times from 2 to 10 hours. Characterization of end products was carried out with FT-IR, TGA/DT, XRD and particle size distribution analyses. As a result, powder which was obtained at 450°C and 8 hours, is a micron size powder and this powder is a boron carbide precursor material. After sintering 3 hours at 700°C, XRD analysis was performed and this analysis was showed that crystallization of boron carbide has begun.