Bor fiber

Bor fiberler (bor filamentler / bor lifi / bor elyaf), sürekli bir ince filament veya tel üzerine borun depozisyonu ile elde edilen yapısal fiberlerdir. Bor Lifi, temel borun başlıca endüstriyel kullanımını temsil eden amorf katı bir bor ürünüdür. Bor lifi, yüksek mukavemet ve yüksek elastik modülün bir birleşimini gösterir.
Bor lifi genellikle güçlendirilmiş kompozit malzemelerin üretiminde kullanılmaktadır. Bor, yüksek sertlik, hafiflik, yüksek çekme dayanımı ve yüksek korozyon direnci sahiptir. Bu sebeple refrakter kaplamalarda, elektronik malzemelerde ve fiber takviyeli polimer ve metal matris kompozitlerde kullanılmaktadır.
Bor fiberin temel özellikleri aşağıda listelenmiştir:
Bor fiber seramik monofilament elyaftır.
Fiberin kendisi bir kompozittir.
Dairesel kesit alanına sahiptir.
Elyaf çapı 33-400 μm (mikrometre) arasında değişmekte olup, tipik çap 140 μm'dir.
Bor kırılgandır. Bu sebeple bor fiber üretimi geniş çap daha düşük esneklikle sonuçlanır.
Bor ve tungsten arasındaki termal katsayı uyuşmazlığı, imalat sırasında oda sıcaklığına kadar soğuması sırasında termal artık gerilmelere neden olur.
Bor lifleri genellikle SiC ile kaplanır veya hafif alaşımları güçlendirmek için kullanıldığında erimiş metal ile temas sırasında yüzeyi korur. Ayrıca, erimiş metal ile elyaf arasındaki kimyasal reaksiyonu önler.
Hem gerginlikte hem de sıkıştırmada güçlüdür.
650 °C 'a kadar doğrusal eksenel gerilme-gerinim ilişkisi sergiler.
Bor fiber imalatı için özel bir prosedür gerektirir. Bu sebeple üretim maliyeti nispeten yüksektir.
İlk kullanımı
Bor fiber ilk olarak 1959'da C. P. Talley tarafından tanıtılmıştır. Ocak 1969'da Grumman Aerospace Corp. (şimdi Northrop Grumman, Falls Church, Va., ABD), F-14 Tomcat savaş uçağı için Donanma ihalesini kazanmıştır. O yılın Aralık ayında Hava Kuvvetleri, McDonnell Douglas'a (şimdiki Boeing) F-15 Eagle ihalesini vermiştir. Her iki uçakta da titremeyi azaltmak ve uçakların kütlesini en aza indirmek amaçlanmıştır. Bu sebeple yüksek mukavemetli, yüksek modüllü bir fiber gerektiren sabit kanatlı tasarımlar yapılmıştır. O dönemde, sürekli uzunluklarda karbon fiber mevcut değildir ve cam fiberlerin yeterli modülü yoktur. Son olarak, Grumman F-14'teki yatay kuyruk kaplamaları için ve McDonnell Douglas da, F-15'teki yatay ve dikey kaplamalar ve dümen için bor elyafı seçmiştir. Bor fiber, bir üretim uygulamasında ilk yüksek performanslı fiber olarak kullanılmıştır.
Nasıl üretilir
Kimyasal buhar biriktirme (CVD) yoluyla bor lifi üretimi, bir borosilikat cam reaktörde gerçekleşir. 0.0005 inç (12 μm) çapında bir tungsten substratı cıva ile kapatılmış bir gaz girişinden sokulur ve reaktörden çekilir. Substrat, bir DC (doğru akım) güç kaynağı tarafından dirençli olarak 1,300 C'ye ısıtılırken, reaktörün tepesine bor triklorür ve hidrojen eklenir. Tungsten reaktörden geçerken, bor triklorürün hidrojen indirgemesi ile substrat üzerinde bor oluşur. Kullanılmayan bor triklorür, hidrojen klorür yan ürünü ve reaksiyona girmemiş hidrojenin gazları, reaktörün altındaki bir çıkış deliğinden boşaltılır. Bu gazlar daha sonraya temizlenir ya da gelecekteki üretim kullanımı için geri dönüştürülür.
2BCl3 + 3H2 ⇒ 2B+6HCl
Çapı tipik olarak 0.004 inç (100 um) olan bor filaman, reaktörden çıkarken başka bir cıva contasından geçer ve bir sarma makarasına sarılır. Sıralı optik tarayıcılar, sarılmadan önce fiber çapını izler ve çapın istenen spesifikasyon dahilinde olmasını sağlamak için bir geri besleme döngüsü tarafından ihtiyaç duyulduğunda hızı hızlandırmak veya yavaşlatmak için ayarlamalar yapılır. Bor lifinin benzersiz bir özelliği, lif ve reçine arasındaki mekanik tutmayı artıran pürüzlü, mısır koçanı yapısıdır.