Bor Karbür Nedir? Nerelerde Kullanılır?

Bor Karbür Nedir?

Bor Karbür veya B₄C, 19. yüzyılda keşfedilen son derece yüksek sertliğe (elmas ve bor nitrürden sonraki en sert malzeme) ve kimyasal dirence sahip yüksek performanslı aşındırıcı bir malzemedir. Karbürler, karbon ve daha az elektronegatif elementlerin bir arada olduğu bileşiklerdir ve kimyasal bağları (iyonik, kovalent) ile ayırt edilirler. Bor karbür (B₄C) karbürlerin en hafifidir. Kovalent bağı nedeniyle son derece sert bir bor-karbon seramiğidir.  Genellikle elektrik ark ocağında bor oksit ve karbonun reaksiyonu sonucunda üretilen bu malzemenin kullanım formu genelde toz veya ingottur. Kullanılan bu tozlar oksit oluşumunun engellenebilmesi adına nötr veya indirgeyici atmosferde oldukça yüksek sıcaklıklarda (>2000 °C) sinterlenir. Bor karbürün (B₄C) başlıca özellikleri değerlendirildiğinde iki ana özellik karşımıza çıkar. Bunlar; çok düşük yoğunluğa (2.5 g/cm3) ve elmas ile kıyaslanabilir boyutta bir sertliğe (Mohs>9.5) sahip olmasıdır. Bu sebeple “Kara Elmas” da denir.

Kullanım Alanları

Bor karbür yüksek sertliği, termal kararlılığı, kimyasal direnci ve yüksek erime noktası gibi özelliklere sahip olduğu için çok sayıda ticari ve mühendislik uygulamasında tercih edilen bir malzemedir. Başlıca uygulama alanları incelendiğinde ise;

• Yüksek sertliğe sahip olmasından dolayı seramiklerin ve metallerin parlatılması, işlenmesi ve kesilmesi gibi uygulamalarda aşındırıcı olarak,
• Bor karbürün yapısındaki bor izotopundan kaynaklanan üstün nötron absorblama yeteneği sayesinde koruyucu kılıf, kontrol çubukları ve nötron dedektörü olarak,
• B₄C içeriğine sahip bazı kompozit malzemelerin yüksek termal iletkenlik ve termal şok direnci gibi özelliklere sahip olması sebebiyle nükleer füzyon reaktörlerinde ön duvar malzemesinde,
• Sağlık alanında nötron yakalama (<um) terapisinde,
• Refrakter ve metal borürlerin üretiminde,
• Kütle/Hacim başına çok yüksek değerlerde yanma ısısı açığa çıkarmaları, yüksek aktivasyon enerjisi ile harekete geçmeleri (güvenli olmaları) gibi avantajları sayesinde roket yakıtlarında,

• Uzay ve havacılık endüstrisinde sahip olduğu fiziksel ve termal özellikleri sayesinde kullanıma aday bir malzeme olmasının yanında roket nozüllerinde,
• Askeri uygulamalarda, sahip olduğu yüksek sertlik ve düşük yoğunluk özellikleri sebebiyle balistik uygulamalarda ve hafif ve orta zırhlı seramik kompozitlerde,
• Elektrik ve elektronik sanayisinde ince film olarak koruyucu kaplama uygulamalarında,
• Termoelektrik malzemelerde,
• Refrakter ve metal borürlerin üretiminde,
• Yüksek sertliği ve aşınma direnci sayesinde yüksek performanslı uygulamalarda kullanılan fren balatalarında katkı malzemesi olarak kullanılır.

Kaynakça

1. Domnich, V., Reynaud, S., Haber, R. A., & Chhowalla, M. (2011). Boron carbide: structure, properties, and stability under stress. 
2. https://sintx.com
3. https://www.bortechnic.com/industrial-2.html