Bor karbür sentezi ve karakterizasyonu
The synthesis and characterization of boron carbide
Yazar: ÖZGE GÜNDÜZ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. NURŞEN KOÇ
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Çeşitli sanayi kollarında kritik öneme sahip yüksek teknoloji seramik malzemeler, ilerleyen teknolojilerle birlikte gelişmeye devam eden malzeme gruplarının başında gelmektedir. Yüksek teknoloji seramik malzemeler, yüksek mekanik özellikler gösterseler de, sentez yöntemleri ve bu yöntemlerde kullanılan malzemeler oldukça maliyetli olabilmektedir. Bu yüzden son zamanlarda yüksek teknoloji seramik alanında gerçekleştirilen çalışmalar daha düşük maliyetle, daha kaliteli ürünler üzerine yoğunlaşmıştır. 
Bor karbür en sert malzemelerden biri olması, spesifik yoğunluk/ağırlık değerine sahip olması ve yüksek mekanik özellikler göstermesi nedeniyle oldukça sık kullanılan seramiklerdendir. Sık kullanılan üretim yöntemlerinin oldukça yüksek sıcaklıklarda ve pahalı hammaddelerle gerçekleştirilmesiyle birlikte, üretim veriminin düşük olması, çalışmaların yeni sentez yöntemleri üzerine yoğunlaşmasına neden olmaktadır. Bu amaçla gerçekleştirilen yöntemlerden biri de polimerik öncülerden sol jel yöntemiyle malzeme sentezidir ve bu yöntemle sitrik asit, etilen glikol, manitol gibi asit ve alkol türevlerinden oluşan oldukça çeşitli hammaddeler kullanılır. Sol jel yönteminde, jel üretimi sırasında hammaddelerin homojen şekilde karışmasının sağlanması ve istenen bağ yapılarının elde edilebilmesi bu yöntemi avantajlı kılmaktadır. 
Bu çalışmada karbon kaynağı olarak sitrik asit, bor kaynağı olarak borik asit kullanılarak sistemde kalıntı karbon kalmaksızın bor karbür sentezi amaçlanmıştır. Sitrik asit ve borik asit kullanılarak sentezlenen jellerdeki C/B2O3 değeri istenen düzeye getirilmesine rağmen yapıda bor karbürle birlikte bir miktar karbona da rastlanması üzerine, kalıntı karbona neden olan bor kayıplarını elimine etmek için jel sentezi sırasında sisteme kalsiyum karbonat eklenmiştir. Böylece sistemde bor karbür oluşumuna katılmadan uzaklaşan bor, kalsiyum boratlar içinde tutularak bor kaybı engellenmiştir. Bu koşullarda bor karbür tozu, 1400 ℃'de 10 saat gerçekleştirilen karbotermik indirgemeyle üretilmiştir. Böylelikle geleneksel yöntemlere göre daha az maliyetle ve daha düşük sıcaklıkta bor karbür tozu sentezlenmiştir. 

Anahtar kelimeler: ileri teknoloji seramik malzemeler, bor karbür, polimerik öncülerden malzeme sentezleme, sitrik asit, borik asit, sol jel sentezi.

Abstract:
High-tech ceramic materials have critical importance in industrial field and these are prominent member of the materials which continue to improve along new technologies. Although high-tech ceramic materials show good properties, synthesis methods and materials used in these methods can be quite costly. Therefore, recent studies in the field of high-tech ceramics have focused on products with high quality synthesized via low cost production methods.  
Since boron carbide is one of the hardest materials, has a spesific density/ weight value and good mechanical properties, it becomes the one of the most frequently used ceramics. Since commonly used production methods being carried out at very high temperatures and with expensive raw materials, researches are carried out to increase the efficiency of production via new synthesis methods. One of the methods developed for this purpose is polymeric precursors method which includes sol-gel synthesis. In this method, wide variety of raw materials such as citric acid, etylene gylcol, mannitol can be used.  In the sol-gel method, it is advantageous to provide homogeneous mixture of raw materials during gel synthesis and to obtain desired bond structure.
In this study, citric acid was used as carbon source and boric acid was used as boron source. Boron carbide synthesis was aimed without leaving any residual carbon in the system. Although the C/B2O3 ratio in the gel precursor synthesized using citric acid and boric acid was set to the desired level, residual carbon along boron carbide was also found in the system. Therefore, calcium carbonate was added to the system during gel synthesis to eliminate the loss of boron which causing residual carbon. Thus, the carbon species, which moves away from the system without contributing in the formation of boron carbide, is trapped in calcium borates to prevent boron loss. Within these conditions boron carbide powder was obtained with carbothermic reduction performed at 1400 ℃ for 10 hours. Consequently, boron carbide is synthesized at lower cost and at lower temperature compared to conventional methods. 

Keywords: High-tech ceramic materials, boron carbide, polymeric precursor method, citric acid, boric acid, sol-gel synthesis.