Üstün özelliklere sahip ileri teknoloji seramiği: Titanyum diborür

Abstract

İnsanoğlu, varlığının başlangıcından itibaren doğa ile iç içe olmuş ve doğayı taklit ederek çeşitli aletler icat etmiştir. Bu icatların gelişiminde ise en etkili faktör malzeme bilimi olmuştur. Son yıllarda gelişen teknolojilerle malzeme biliminin önemi artmış ve yeni malzemelerin bulunması zorunlu hale gelmiştir. Seramik malzemeler de insanoğlu için her zaman büyük öneme sahip olmuştur. İleri teknoloji seramikleri uzun ömürlü kullanımı, yüksek performansı, üstün özellikleri ve uygun maliyeti sayesinde birçok ticari uygulamada kullanılmaktadırlar. Titanyum diborür (TiB₂), yüksek sertlik, yüksek ergime noktası, mükemmel aşınma ve korozyon direnci gibi özellikleri ile ileri teknoloji seramikleri arasında oldukça önemli bir yere sahiptir. Aşınmaya dayanıklı parçaların üretimi, alüminyum elektrolizi, koruyucu film tabakaları, askeri uygulamalar (zırh vb.) gibi çok çeşitli uygulama alanları bulunmaktadır. Bu makalede, ileri teknoloji seramikler arasında oldukça önemli bir yere sahip olan titanyum diborürün (TiB₂) fiziksel ve kimyasal özellikleri, üretim yöntemleri, kullanım alanları ve son yıllarda yapılmış çalışmalar kısaca sunulmaktadır.

Keywords

• Titanyum diborür,Seramik,Kompozit.

Advanced technology ceramics with superior properties: Titanium diboride

Abstract

Humanity has been communed with nature since the beginning of its existence and has invented various instruments by imitating the nature. The most effective factor in the development of these inventions was material science. The importance of the material science has increased with the developing technologies in recent years, and it has become mandatory to find new materials. Ceramic materials have always been of great importance for human. Advanced technology ceramics are used in many commercial applications due to their long life, high performance, superior properties and cost-effectiveness. Titanium diboride (TiB₂) with its hardness, high melting point, excellent abrasion and corrosion resistance has a very important place among advanced technology ceramics. There are a wide range of applications such as the production of wear-resistant parts, aluminum electrolysis, protective film layers, military applications (armor), etc. In this article, the physical and chemical properties, production methods, usage areas and the studies carried out in recent years of titanium diboride (TiB₂), which has a very important place among the advanced technology ceramics, are briefly presented.

Keywords

• Titanium diboride,Ceramics,Composite

References

1. [1] Özcömert M., İleri Malzeme Teknolojileri Sektör Raporu, İstanbul Ticaret Odası, İstanbul, Ekim 2005.
2. [2] Dehghanpour H., İleri Seramiklerin Özellikleri ve Kullanım Alanları, Atatürk Üniversitesi, Erzurum, 2011.
3. [3] Yücel O., Derin B., Kol İ., Alkan M., Magnezyotermik Yöntemle TiB2 Tozu Üretimi, İstanbul, Nisan 2008.
4. [4] Yu J., Ma L., Abbas A., Zhang Y., Gong H., Wang X., Zhou L., Liu H., Carbotermal reduction synthesis of TiB2 ultrafine powders, Ceram. Int., 42,3916-3920, 2016.
5. [5] Farid A., Guo S., Cui F., Feng P., Lin T, TiB2 and TiC stainless steel matrix composites, Mater. Lett. 61, 189-191, 2007.
6. [6] Frage N., Dariel M. P., Kalabukhov S., Zaretsky E., Impact Response of TiB2-TiB composites, Int. J. Impact Eng. 77 59-67, 2015.
7. [7] Shahbahrami B., Fard G. F., Sedghi A, The effect of processing parameters in the carbothermal synthesis of titanium diboride powder, Adv. Powder Technol., 23, 234-238, 2012.
8. [8] Cui K., Li Y., Fabrication mechanical properties and thermal shock resistance of laminated TiB2-based ceramic, Int. J. Refract. Met. Hard Mater., 54, 148-153, 2016.

9. [9] Demirskyi D., Agrawal D., Ragulya A., Tough ceramics by microwave sintering of nanocrystalline titanium diboride ceramics, Ceram. Int., 40, 1303-1310, 2014.
10. [10] Karimi Y., Mehdipoor A., Alizadeh A., Consolidation of bulk TiB2 by underwater explosive compaction, Ceram. Int., 42 (10), 11543-11547, 2016.
11. [11] Zarrinpour H., Firoozi S., Milani V, Ignition and chemical mechanisms of volume combustion synthesis of titanium diboride, Ceram. Int., 42 (10) , 11217-11223, 2016.
12. [12] Bhaumik S.K., Divakar C., Singh A. K., Upadhyaya G. S., Synthesis and sintering of TiB2 and TiB2-TiC composite under high pressure, Mater. Sci. Eng., A, 279, 275-281, 2000.
13. [13] Ay N., Töre İ., Borlu seramiklerin Karakterizasyonu, Anadolu Üniversitesi, Mühendislik Mimarlık Fakültesi, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü, IV. Uluslararası Bor Sempozyumu, Eskişehir, 2009.
14. [14] Şahin U., Bor Karbür ve titanyum tozlarından hareketle Spark Plazma Sinterleme tekniği ile bor karbür esaslı kompozit üretimi ve Karakterizasyonu, yüksek lisans tezi, Fen bilimleri Enstitüsü, İTÜ, İstanbul,2015.
15. [15] Kim J. J., McMurty C.H., TiB2 Powder Production for Engineered Ceramics, Ceram. Eng. Sci. Proc., 6, 1313-1320, 1985.
16. [16] Aktop S., Mikronaltı Bor Karbür Katkısının ve Reaksiyon Sinterlemenin Bor Karbür- Titanyum Diborür Kompozitlerine Etkilerinin İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Haziran 2010.
17. [17] Perottoni C. A., Pareira A. S., Jornada J. A. H., Periodic Hartree – fock linear combination of crystalline orbitals calculation of the structure, equation of state and elastic properties of titanium diboride, J. Phys.: Condens. Matter, 12, 7205-7222, 2000.
18. [18] Ergün E., Alüminyum Elektroliz Hücrelerinde Taban Kaplama Malzemesi Adayı TiB2-BN Kompozitlerinin Bileşime Bağlı Olarak Aşınma Dayanımlarının Ölçülmesi, Yüksek Lisans Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Ağustos 2012.
19. [19] Sepin O. A., Bor Karbür – Titanyum Diborür Kompozitlerinin Sıcak Presleme ile Üretimi, Yüksek Lisans Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Mayıs 2004.
20. [20] Akarsu C. A., Titanyum Diborür Katkılı Sıcak Preslenmiş Bor Karbür – Silisyum Karbür Kompozitlerinin Özelliklerinin İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Ocak 2009.
21. [21] Mroz C., Titanium Diboride, American Ceramic Society Bulletin, 74, 158-159, 1995.
22. [22] Yuhua Z., Aiju L., Yansherg Y., Ruixia S., Yingcai L., Reactive and Dense Sintering of Reinforced – Toughened B4C Matrix Composites, Mater. Res. Bull., 39, 1615-1625, 2004.
23. [23] Özkalafat P., Ergimiş Tuz Elektrolizinde Ortak Redüksiyon ile Titanyum Diborür Sentezi ve Kaplama Parametrelerinin Optimizasyonu, Yüksek Lisans Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Ocak 2014.
24. [24] Adams R. M., Boron, Metallo – Boron Compounds and Boranes, İnterscience Publishers, New York, 1964.
25. [25] Schwartz M., Encyclopedia of Materials, Parts and Finishes, CRC Press, New York, 2002.
26. [26] Skorokhod V., Pressureless Sintering and Mechanical Properties of B4C-TiB2 Particulate Ceramic Composites, Queen’s University, 1998.
27. [27] Weimer A. W., Carbide, Nitride and Boride MaterialsSynthesis and Processing, 90-91-94-131188-236-23 -Champman&Hall, Colorado, 1997.
28. [28] Şahin U., Bor Karbür ve Titanyum Tozlarından Hareketle Spark Plazma Sinterleme Tekniği ile Bor Karbür Esaslı Kompozit Üretimi ve Karakterizasyonu, Yüksek Lisans Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2015.
29. [29] Campbell I. E., High-Temperature Materials and Technology, Wiley, New York, 1967.
30. [30] Hausner H. H., Modern Materials Vol.2, Academic Press, New York, 1960.
31. [31] Holt J. B., Kingman D. D., Bianchini G. M., Kinetics of Combustion Synthesis of TiB2 Materials Science and Engineering, 71, 321-327, 1985.
32. [32] Üstünova A. B., Bor Karbür Titanyum Diborür Kompozitlerinin Reaktif Spark Plazma Sinterleme Yöntemiyle Üretilmesi ve Karakterizasyonu, Yüksek Lisans Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Haziran 2012.
33. [33] Öztürk C., B4C-TiB2-WC Seramiklerinin Sıcak Pres Tekniği ile Üretimi, Yüksek Lisans Tezi, İTÜ, İstanbul, 2004.
34. [34] Zavitsanos P. D., Morris J. R., Synthesis of titanium diboride by a self – propagating reaction, Ceram. Eng. Sci. Proc., 4, s624-633, 1983.
35. [35] Logan K. V., Process for Making Highly Reactive Sub-micron Amorphous Titanium Diboride Powder and Products Made Therefrom, U. S. Patent No: 5160716, 1989.
36. [36] Logan K.V., Material Made From Highly Reactive Sub-Micron Amorphous Titanium Diboride Powder and Products Made Therefrom, U. S. Patent No: 5275781, 1994.
37. [37] Mohanty, R.M., Balasubramanian, K. and Seshadri, S.K., Multiphase formation of boron carbide in B2O3-Mg-C based micropyretic process, J. Alloys Compd., 441, 85-93, 2007.
38. [38] Kaptay G., Kuznetsov S. A., Electrochemical Synthesis of Refractory Borides from Molten Salts, Plasma and Ions, 2, 45-56, 1999.
39. [39] Schlain D., McCawley F., Wyche C., Electrodeposition of Titanium Diboride Coatings, J. Electrochem. Soc., 116, 1227- 1228, 1969.
40. [40] Campbell I. E., Powell C. F., Nowicki D. H., Gonser B. W., The Vapor – Phase Deposition of Refractory Materials, J. Electrochem. Soc., 96, 318-333, 1949.
41. [41] Brynestad J., Bamberger C. E., Heatherly D. E., Land J. F., Synthesis of Submicron Titanium Diboride Powders, High Temp. Sci., 19, 41, 1985.
42. [42] Aypar A., Elektrokimyasal Yöntemle Titanyum ve Titanyum Alaşımlarının Borlanması ve Karakterizasyonu, Yüksek Lisans Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Ağustos 2010.
43. [43] Jiang Z., Rhine W. E., Preparation of Titanium Diboride from the Borothermic Reduction of TiO2, TiOx(OH)y, or Ti(O-n-Bu)4 – Derived Polymers, J. Eur. Ceram. Soc., 12, 403- 411, 1993.
44. [45] Richerson D. W., Modern Ceramic Engineering: Properties, Processing and Use in Design, Second Ed., 444-460, 1992.
45. [46] Demirkesen E., Kompozit Malzemeler, Malzeme Karakterizasyonu Ders Notları, İTÜ, İstanbul, 2009.
46. [47] Şahin F.Ç. ve Yeşilçubuk A., B4C-ZrB2 kompozitlerinin reaktif sıcak presleme ile B4C-TiB2 kompozitlerinin reaktif sıcak presleme ve sıcak presleme ile eldesi, BOREN-TÜBİTAK Proje No: 105M342, 2007.
47. [48] Schaffer P. T. B., Ceramic and Glasses, Prepared by ASM International Handbook Committee, Vol. 4, pp. 805-806, 1991.
48. [49] Geçkinli E., İleri Teknoloji Malzemeleri, İTÜ, İstanbul, 1992.
49. [50] Gençkan D.H., Reaktif S ark Plazma Sinterleme Yöntemi ile B4C- Si Kompoziti Eldesi, Yüksek Lisans Tezi, Fen bilimleri Enstitüsü, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, 2009.
50. [51] Asl, M. S., Delbari, S. A., Shayesteh, F., Ahmadi, Z., Motallebzadeh, A., Reactive spark plasma sintering of TiB2–SiC–TiN novel composite, Int. J. Refract. Met. Hard Mater., 81, 119-126, 2019.
51. [52] Orooji Y., Ghasali E., Moradi M., Derakhshandeh M. R., Alizadeh M., Asl M. S., Ebadzadeh T., Preparation of mullite-TiB2-CNTs hybrid composite through spark plasma sintering, Ceram. Int., 45, 16288-16296, 2019.
52. [53] Nazari M., Eskandari H., Khodabakhshi F., Production and characterization of an advanced AA6061-Graphene-TiB2hybrid surface nanocomposite by multi-pass friction stir processing, Surf. Coat. Technol., 377, 124914, 2019.