ÇEŞİTLİ METAL BORÜRLERİN MEKANOKİMYASAL SENTEZLEME VE MEKANİK ALAŞIMLAMA YÖNTEMLERİ İLE ÜRETİMİ



Benzer belgeler
ÖZGE BALCI. EĞİTİM Dönem Derece/Pozisyon Üniversite/Okul Öğrenim Alanı 2010-Halen Doktora İstanbul Teknik Üniversitesi 2012 Kasım 2013 Nisan

HİDROKSİAPATİT NANOPARÇACIKLARININ SENTEZİ

Farklı Karıştırma Teknikleri ve Başlangıç Maddelerinden Sentezlenmiş Hidroksiapatit Tozunun Özelliklerinin İncelenmesi

Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Sol-jel Prosesleri Ders Notları

İNTERMETALİK MALZEMELER. Doç. Dr. Özkan ÖZDEMİR (DERS NOTLARI-4)

Tez Danışmanı : Prof. Dr. Đsmail DUMAN (ĐTÜ) Diğer Jüri Üyeleri : Prof. Dr. M. Lütfi ÖVEÇOĞLU (ĐTÜ) Prof. Dr. Müzeyyen MARŞOĞLU (YTÜ)

MMM291 MALZEME BİLİMİ

BORÜR-KARBÜR ESASLI KOMPOZİT TOZLARIN ÖĞÜTME DESTEKLİ KARBOTERMİK REDÜKSİYON YÖNTEMİ İLE EKONOMİK YOLDAN ÜRETİMİ

ELEKTROLİTİK TOZ ÜRETİM TEKNİKLERİ. Prof.Dr.Muzaffer ZEREN

MMM291 MALZEME BİLİMİ

BARTIN ÜNİVERSİTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MALZEME LABORATUVARI-I DERSİ OKSİTLİ BAKIR CEVHERİNİN LİÇİ DENEYİ DENEYİN AMACI: Uygun

Kompozit Malzemeler Metal Matrisli Kompozitler

formülü zamanı da içerdiği zaman alttaki gibi değişecektir.

BOR UN ROKET YAKITLARINDA KULLANIMI

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ LABORATUAR FÖYÜ

METALİK MALZEMELERİN GENEL KARAKTERİSTİKLERİ BAHAR 2010

ÖZGEÇMİŞ. Derece Bölüm/Program Üniversite Ortalama Yıl

ELEMENTER BOR ÜRETİM PROSESLERİNE GENEL BAKIŞ

TOZ METALURJİSİ. Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU

ÇİNKO KATKILI ANTİBAKTERİYEL ÖZELLİKTE HİDROKSİAPATİT ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU

YAPISAL SERAMİK MALZEME TEKNOLOJİSİ 1 MTM 545

MEKANİK ALAŞIMLAMA/ÖĞÜTME YÖNTEMİYLE ZrO 2 TAKVİYELİ TİTANYUM BAZLI (EX-SİTU) METAL MATRİS KOMPOZİT MALZEMELERİN ÜRETİLMESİ VE KARAKTERİZASYONU

Şekil 1. Elektrolitik parlatma işleminin şematik gösterimi

MMM 2011 Malzeme Bilgisi

Yrd. Doç. Dr. Şeniz R. KUŞHAN AKIN EĞİTİM Doktora, Yüksek Lisans, Lisans, İŞ TECRÜBESİ Yrd. Doç. Dr., Bilimsel Programlar Başuzmanı,

Magnezyum-Yitriyum-Florür Katkı Sistemiyle Silisyum Nitrür Tozlarının Sinterlenmesi

ÖZGEÇMİŞ ve ESERLER LİSTESİ

Prof. Dr. HÜSEYİN UZUN KAYNAK KABİLİYETİ

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi

İÇİNDEKİLER BÖLÜM 1 BÖLÜM 2

NANO KURġUN ÜRETĠMĠ VE KARAKTERĠZASYONU

Yoğun Düşük sürünme direnci Düşük/orta korozyon direnci. Elektrik ve termal iletken İyi mukavemet ve süneklik Yüksek tokluk Magnetik Metaller

METAL MATRİSLİ KOMPOZİT MALZEMELER

TANITIM BROŞÜRÜ POLAR POLİÜRETAN

ASC (ANDALUZİT, SİLİSYUM KARBÜR) VE AZS (ANDALUZİT, ZİRKON, SİLİSYUM KARBÜR) MALZEMELERİN ALKALİ VE AŞINMA DİRENÇLERİNİN İNCELENMESİ

YÜKSEK LİSANS TEZİ Met. Müh. Kutluhan KURTOĞLU. Anabilim Dalı : Metalurji ve Malzeme Mühendisliği : Üretim Metalurjisi ve Teknolojileri Mühendisliği

AlSi7Mg DÖKÜM ALAŞIMINDA T6 ISIL İŞLEM DEĞERLERE ETKİSİNİN İNCELENMESİ. Onur GÜVEN, Doğan ALPDORUK, Şükrü IRMAK

Gözenekli Titanyum ve Ti-6Al-4V Alaşımının Üretimi Ve Karakterizasyonu Yüksek Lisans Tezi, 2006, ODTÜ Prof. Dr. Şakir BOR

BOR ESASLI SERAMİKLER (BOR NİTRÜR) Savunma Sanayide Borun Kullanımı ÇalıĢtayı Savunma Sanayi MüsteĢarlığı ANKARA

SinterlenmişKarbürler. Co bağlayıcı ~ Mpa Sertlikliğini 1100 ⁰C ye kadar muhafaza eder Kesme hızları hız çeliklerine nazaran 5 kat fazladır.

Tablo: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Araç-Gereç-Cihaz Listesi (2011)

ZİRKONYUM TUNGSTAT (ZrW 2 O 8 ) ÖNCÜLLERİNİN ÇÖZ-PEL YÖNTEMİ İLE DÜŞÜK SICAKLIK VE YAŞLANDIRMA SÜRELERİNDE ELDE EDİLMESİ

Prof.Dr.Muzaffer ZEREN SU ATOMİZASYONU

TERMOKİMYASAL YÜZEY KAPLAMA (BORLAMA)

OPTİK MALZEMELER ARAŞTIRMA GRUBU. Metal Oksit Nano Parçacıkların 3. dereceden Doğrusal Olmayan Optik Özellikleri. Tuğçe YİĞİT

SÜPER ALAŞIMLAR Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

TiC-Co Esaslı Çizici Kalem Karakterizasyonu

YAPI MALZEMESİ. Romalılar devrinde ise su kireci bulunmuş ve su içi inşaatlarında kullanılmıştır.

Toz Metalürjisi. Prof. Dr. Akgün ALSARAN. Notların bir bölümü Dr. Rahmi Ünal ın web sayfasından alınmıştır.

MİKRODALGA YÖNTEMİYLE NİKEL FERRİT NANOPARTİKÜLLERİN SENTEZİ VE KARAKTERİZASYONU

KOMPOZİTLER Sakarya Üniversitesi İnşaat Mühendisliği

Halil Karakoç a, Hanifi Çinici b,ramazan Çıtak c

TOZ METALURJİSİ. Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU

HYDROTERMAL YÖNTEMİYLE NİKEL FERRİT NANOPARTİKÜLLERİN SENTEZİ VE KARAKTERİZASYONU

ENDÜSTRİYEL HAMMADDELER 9.HAFTA

Kalıp ve maça yapımında kullanılan döküm kumlarının yaş basma ve yaş kesme mukavemetlerinin ve nem miktarlarının tayin edilmesi.

HSS alanında etkinlik

KAPLAMA TEKNİKLERİ DERS NOTLARI

Alümiyum Şekillendirme Teknolojileri

MMT113 Endüstriyel Malzemeler 8 İleri Teknoloji Seramikleri. Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir Güz Yarıyılı

Monolitik Refrakter Malzemelerde Temel Özelliklerin Detaylandırılması

İNTERMETALİKLERE GİRİŞ

Kompozit Malzemeler. Tanım:

FIRAT ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 3. SINIF EKSTRAKTİF METALURJİ DERSİ VİZE SINAV SORULARI CEVAP ANAHTARI

Bilyalı Değirmenlerde Hız-Dolum Oranı Optimizasyonu ve Boru Hattı Ekipmanları Yalıtımı ile Enerji Verimliliği Uygulaması

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ DEKANLIĞI DERS/MODÜL/BLOK TANITIM FORMU. Dersin Kodu: MMM 3014

ULUSLARARASI İŞ SAĞLIĞI VE GÜVENLİĞİ KONGRESİ IOHSC Magnezyum Atıklarının İş Sağlığı ve Güvenliği Yönünden Değerlendirilmesi

6.WEEK BİYOMATERYALLER

Toz Metalurjisi Yöntemiyle Elektrik Kontak Malzemesi Üretimi ve Kontak Performansının Araştırılması

2015 ÜRÜN KATALOĞU DAHA İYİ KUMLAMA VE YÜZEY İŞLEMLERİ İÇİN.

T.C. AKSARAY ÜNİVERSİTESİ BİLİMSEL VE TEKNOLOJİK UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ (ASÜBTAM)

BURULMA DENEYİ 2. TANIMLAMALAR:

THE PRODUCTION OF AA5049 ALLOY SHEETS BY TWIN ROLL CASTING

2. MİKRO İNCELEME ( PETROGRAFİK-POLARİZAN MİKROSKOP İNCELEMESİ)

Kompozit Malzemeler. Tanım:

KROM KATKILI ALUMİNANIN ENJEKSİYON KALIPLAMA İLE ŞEKİLLENDİRİLMESİ

Bor Karbür Üretimi ve Karakterizasyonu

Malzeme Bilgisi ve Gemi Yapı Malzemeleri

CACSAND. yüksek performanslı kalsiyum alüminat agregası. Yüksek dayanıklılık gerektiren uygulamalarınız için özel bir agrega!

İMALAT YÖNTEMİ SEÇİM DİYAGRAMLARI

SİLİSYUM ESASLI İNTERMETALİK BİLEŞİKLER

3. MALZEME PROFİLLERİ (MATERİALS PROFİLES) 3.1. METAL VE ALAŞIMLAR. Karbon çelikleri (carbon steels)

Üçlü Sistemler - 1 Çimento Araştırma ve Uygulama Merkezi

Toz Metalurjik Malzemeler Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU

Bakır Rafinasyon Curufu Flotasyon Atıklarındaki Bakırın Geri Kazanımı

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ PROGRAMI

ALUPAM A.Ş. ALUPAM İLERİ TEKNOLOJİK MALZEMELER A.Ş. BURSA-2013

Laboratuarımız. Ankara Üniversitesi. Mühendislik Fakültesi Manyetik Malzemeler Araştırma Grubu. Ankara Üniversitesi

METAL KESİM ŞERİT TESTERELERİ

Hasan KAYA. Özet. Abstract. 1. Giriş

MMT113 Endüstriyel Malzemeler 5 Metaller, Bakır ve Magnezyum. Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir Güz Yarıyılı

SOL-JEL YÖNTEMİYLE ALÜMİNA-ZİRKONYA-SİLİKA (AZS) KOMPOZİT MALZEME ÜRETİMİ

MLİ DERS I TOZ METALURJİSİ. Prof.Dr.Muzaffer ZEREN

Yrd. Doç. Dr. Şeniz R. KUŞHAN AKIN EĞİTİM Doktora, Yüksek Lisans, Lisans, İŞ TECRÜBESİ Yrd. Doç. Dr., Bilimsel Programlar Başuzmanı,

Kimya EğitimiE. Ders Sorumlusu Prof. Dr. Đnci MORGĐL

SERAMİK MATRİSLİ KOMPOZİT MALZEMELER ve ÜRETİMİ

METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSİ

1. YARIYIL / SEMESTER 1

Transkript:

ÇEŞİTLİ METAL BORÜRLERİN MEKANOKİMYASAL SENTEZLEME VE MEKANİK ALAŞIMLAMA YÖNTEMLERİ İLE ÜRETİMİ Özge BALCI Duygu AĞAOĞULLARI ÖZET Metalurji ve Malzeme Yüksek Mühendisi Metalurji ve Malzeme Yüksek Mühendisi Bu çalışmada IVB grubu bazı metal borürlerin (TiB2, ZrB2 ve HfB2) üretim koşullarının araştırılması amaçlanmıştır. Metal borür tozları TiO2 / ZrO2 / HfO2 - B2O3 - Mg toz karışımlarının mekanokimyasal reaksiyon ortamında sentezlenmesi ile elde edilebilmektedir. Bunun yanında Ti, Zr ve Hf elementer tozlarının, elementer B tozu ile mekanik olarak alaşımlandırılması ile de borürlerin elde edilebilmesi mümkün olmaktadır. IVB grubu metal borürler, genel olarak, yüksek sertlik, yüksek ergime noktası, yüksek termal iletkenlik, yüksek elektriksel iletkenlik, düşük yoğunluk ve yüksek kimyasal kararlılık gibi özelliklere sahiptirler. Bu özellikler, ileri teknoloji alanlarında kullanım yeri bulmalarına neden olmaktadır. Metalurjiden elektronik sektörüne kadar çok geniş bir alanda kullanım yerleri bulunmaktadır. IVB grubu metal borürler, karbotermik redüksiyon, metalotermik redüksiyon, ergimiş tuz elektrolizi, toz metalurjisi yöntemleri ve halojen metalurjisi ile üretilebilmektedir. Bu çalışmada, metal borürlerin üretimi için toz metalurjisi yöntemlerinden olan mekanokimyasal sentezleme ve mekanik alaşımlama prosesleri incelenmiştir. Anahtar kelimeler Metal borür, metal oksit, bor oksit, magnezyum, öğütme, asit liçi 1. GİRİŞ IVB grubu metal borürler, IVB grubu metallerinin (Ti, Zr, Hf) bor ile yaptığı geçiş metal borürlerindendir. Dünya bor rezervinin %80 ninin Türkiye de bulunduğu düşünüldüğünde, bu minerallerinin ileri teknoloji bor ürünlerine dönüştürülmesinin büyük önem taşıdığı ortaya çıkmaktadır. Bu açıdan, metal oksitlerin ve yerli bor kaynaklarından üretilen bor oksitin kullanılması ile sentezlenen metal borürlerin üretim koşullarının araştırılması önem taşımaktadır. Titanyum diborür (TiB2) aşınma ve yüksek sıcaklık içeren uygulamalar için önem arz eden bir borürdür. TiB2, 3225 C gibi yüksek bir ergime noktasına ve 4,52 g/cm 3 düşük yoğunluğa sahiptir. Kesici takımlarda, aşınma direnci ekipmanlarında, zırh yapımında ve elektrolitik alüminyum üretiminde katot malzemesi olarak kullanılır. Nötron absorblama özelliği bulunduğundan, yüksek sıcaklık nükleer reaktörlerde kontrol çubuk malzemesi olarak kullanılmaktadır [1]. Zirkonyum diborür (ZrB2) sahip olduğu üstün özellikler (yüksek ergime noktası=3246 C, yüksek sertlik=2100 kg/ mm 2, yüksek termal iletkenlik=23-24 W/mK) sayesinde alüminyumun elektrokimyasal üretiminde katot olarak, aşındırma parçalarında, kesme takımlarında, nozullarda ve bazı zırh uygulamalarında kullanılır. Ayrıca yüksek oksidasyon direncine sahip olduğundan, geniş bir alanda kullanım yeri bulmaktadır. Bilinen en fazla kullanım alanı pota ve termokupl astarı yapımındadır [2]. Hafniyum diborür (HfB2) sahip olduğu mukavemet ve termal özelliklerinden ötürü yüksek hızlı araçlarında ICBM ısı kalkanı veya aerodinamik ana kenarlık olarak kullanılmaktadır. Ayrıca günümüzde bu borür nükleer reaktör kontrol çubuklarında yeni bir malzeme olarak kullanılmaktadır [1-2]. Bu çalışmada, metal borürlerin üretimi için toz metalurjisi yöntemlerinden olan mekanokimyasal sentezleme ve mekanik alaşımlama prosesleri incelenmiştir. 2. MEKANOKİMYASAL SENTEZLEME / MEKANİK ALAŞIMLAMA İLE ÜRETİM Mekanokimyasal sentezleme, yüksek enerjili bir bilyalı öğütücü içinde, tekrarlanan soğuk kaynaklanma, kopma ve yeniden kaynaklanma sonucu kontrollü ve ince bir yapıya sahip kompozit tozlarının üretilebildiği bir toz metalurjisi yöntemidir. 26

Bu prosesin ilk adımını oluşturan mekanik alaşımlama, bir değirmen veya öğütücü yardımıyla hammaddenin öğütücü ortam (inert veya hava) ve bilya varlığında mekanik bir etki sonucunda istenilen mikroyapı, tane boyutu ve içeriğe dönüşmesi işlemidir. Değirmen içerisindeki bilya hareketinin şematik gösterimi Şekil 1 de verilmiştir [3]. TiO2 (ZrO2, HfO2) + B2O3 + 5Mg > TiB2 (ZrB2, HfB2) + 5MgO (2) Oluşan MgO yan ürünü liç prosesleri ile kolaylıkla giderilmekte ve yüksek safiyette metal borür tozları elde edilmektedir. Hidro klorik asit ile uygulanan liç işlemleri için reaksiyon aşaması Reaksiyon 3 de verilmiştir [8]. TiB2(k) + 5 MgO(k) + 10 HCl(aq) = TiB2(k) + 5 MgCl2(aq) + 5 H2O(s) (3) Liç işlemi için önemli parametreler şunlardır: Asit çeşidi, liç süresi, liç sıcaklığı, liç konsantrasyonu ve katı-sıvı oranı. Bu parametrelerin optimize edilmesi ile daha yüksek verimle saf tozların elde edilmesi mümkün olmaktadır [9]. Teknik yazı Şekil 1: Değirmen içerisindeki bilya hareketinin şematik gösterimleri Bu prosesin ikinci adımını ise kimyasal çözümlendirme oluşturur. Mekanik işlem sonrası oluşabilecek kirlilik ve yan ürünlerin giderilmesini sağlayan bu saflaştırma işlemi mekanik etki ile üretilen maddenin asit liçine maruz bırakılmasıdır. Genel tanımıyla liç işlemi, bir çözücü yardımıyla bir karışım içerisindeki hedef metalin geri kazanılması veya hedef metali saflaştırmak için yan ürünlerin çözeltiye alınması prosesidir. Reaksiyon 1 de metal borürlerin üretiminde kullanılan reaksiyon adımı gösterilmiştir. Metal oksit ve bor oksit karışımının bir redükleyici yardımıyla sentezlenmesi bu reaksiyona göre gerçekleşmektedir. Redükleyici ajan olarak genellikle magnezyum kullanılmasına rağmen, aluminyum, silisyum gibi metallerin kullanıldığı çalışmalar da mevcuttur. Bu metot ile üretilen borürler genellikle metal oksitleri ile kirlenirler ve ürünün safiyeti fazlasıyla azalmış olur. Bu nedenle ürünün, liç gibi saflaştırma proseslerine tabi tutulması gerekmektedir. Liç işlemleri sonrası bu istenmeyen yan ürünler kolaylıkla giderilmekte ve yüksek safiyette tozlar elde edilebilmektedir [3]. MeO2 + B2O3 + n Mg (Al, Si, Ca) > MeB2 + n MgO (Al2O3, SiO2, CaO) (1) IVB grubu metal borürlerin magnezyumun redükleyici ajan olarak kullanılması durumunda verdiği reaksiyon, Reaksiyon 2 de gösterilmiştir [4-7]. Mekanik alaşımlama yöntemi ise harmanlanmış elementer tozlardan hareketle homojen malzeme üretimine izin veren bir toz üretim tekniğidir. Toz karışımları mekanik olarak kimyasal reaksiyona teşvik etmek için aktive edilebilirler. Örneğin; oda sıcaklığında mekanokimyasal reaksiyonlar, saf metalleri, nano kompozitleri ve ticari olarak kullanılabilecek birçok malzemenin üretimine olanak sağlar. Bu özel niteliklerinden ötürü, basit fakat efektif olarak kullanılabilen proses tekniği metal, polimer ve kompozit malzemelerde uygulanır. Metal borürlerin mekanik alaşımlama yöntemi ile üretilmesinde kullanılan genel reaksiyon Reaksiyon 4 de verilmiştir [9]. Me + 2 B = MeB2 (4) IVB grubu metal borürlerin üretimi için IVB grubu metallerin elementer tozları ile elementer bor tozu yüksek enerjili bilyalı öğütücü içinde oda sıcaklığında mekanik olarak alaşımlandırılır. Öğütme sırasında gerçekleşen reaksiyon, Reaksiyon 5 te verilmiştir. Ti (Zr, Hf) + 2 B = TiB2 (ZrB2, HfB2) (5) Mekanokimyasal sentezleme ve mekanik alaşımlama proseslerini etkileyen parametreler genel olarak üç ana başlık altında incelenebilir. Bunlar; hammadde, öğütme cihazı türleri, proses değişkenleridir. Hammadde seçimi açısından bakıldığında, toz tane boyutunun öğütücü bilyadan küçük olması gereklidir. Öğütme işlemi kuru ve sıvı ortam içerisinde yapılabileceği için hammadde seçiminde ortamın türü de önemli bir rol oynar. Öğütme işleminin en önemli adımlarından biri hangi tip değirmen kullanılacağıdır. Bu cihazlar kapasitelerine, alaşımlama veya reaksiyon verimlerine göre ve soğuma-ısınma oranlarına göre sınıflandırılırlar. Bunlar, Spex değirmen, gezegen tipi değirmen ve atritör değirmenlerdir. Şekil 2 de Spex değirmen, paslanmaz çelik öğütücü kavanozu ve bilyalar gösterilmiştir. Bu cihaz 1200 devir/dk salınım hızı ile çalışmaktadır ve yüksek enerjili 27

değirmen olarak adlandırılır. Bu tarz değirmenler için kavanoz ve öğütücü bilya türleri çeşitlilik gösterir. Bunlar sertleştirilmiş çelik, alümina, tungsten karbür, zirkonyum, paslanmaz çelik, silisyum nitrür ve plastiktir. Şekil 2 de gösterilen kavanoz ve öğütücü bilyalar paslanmaz çelik malzemedendir. Şekil 2: Spex 8000 D Mikser değirmen, paslanmaz çelik öğütücü kavanozu ve bilyalar Bir diğer değirmen türü de gezegen tipindeki bilyalı değirmendir. Bu değirmen Spex değirmene göre çok daha düşük bir hızla, 400 devir/dk ile çalışır. Spex ile kıyaslandığında gezegen değirmen düşük enerjili değirmen olarak ifade edilebilir. Ancak bu tip değirmenlerde çok daha fazla tozu aynı anda alaşımlandırmak mümkün olmaktadır. Bu cihazda kavanoz hem kendi ekseninde döner hem de altındaki büyük disk yardımıyla daha büyük çapta bir dönüş hareketi yapar [3]. Şekil 3 de gezegen tipindeki bilyalı değirmen, alumina öğütücü kavanozu ve alumina bilyalar gösterilmiştir. Şekil 4: Atritör değirmende şaft üzerindeki dönme kollarının dizilişi Mekanik alaşımlama prosesini etkileyen parametreler, öğütme süresi, öğütme hızı, bilya/toz ağırlık oranı, öğütme ortamı, öğütme cihazı, öğütme kabı ve elemanlarıdır. Mekanik alaşımlama prosesinde öğütme süresi en önemli parametredir. Normal şartlarda; süre, tozun kırılma ve soğuk kaynaklanma adımları arasında düzenli bir periyodun yakalandığı zaman aralığı olarak seçilir. Ayrıca bu süre kullanılan öğütücü tipine, öğütücünün devrine, bilya/toz oranına ve öğütücü sıcaklığına bağlıdır. Sürenin seçilmesi yukarıdaki parametrelerin kombinasyonlarına ve toz sistemine bağlıdır. Eğer toz gereğinden fazla öğütülürse kirlenme miktarında artış ve istenmeyen fazların oluşumları gözlemlenir. Bu nedenle süre gereği kadar seçilmelidir ki; bu işlem için gerekli optimizasyon çalışmaları yapılmalıdır. Şekil 3: Fritsch Pulveritte 4 hazneli bilyalı değirmen, öğütücü kavanozu ve bilyalar Öğütücü hızı Spex ve gezegen değirmene göre daha yavaş olan bir başka öğütücü türü de atritör değirmendir. Şekil 4 de Atritör değirmende şaft üzerindeki dönme kollarının dizilişinin şematik gösterimi verilmiştir [3]. Bilya/Toz oranı öğütme prosesi için çok önemli bir değişkendir. Birçok araştırmada 1:1 den 220:1 e kadar bu oran denenerek çalışılmıştır. Genellikle Spex tipindeki değirmenlerde bu oran 10:1 olarak kullanılır. Eğer Atritör gibi daha fazla kapasiteli çalışmalar yapılacaksa bu oran 50:1 hatta 100:1 olarak bile kullanılır. Şekil 5 de bilyatoz oranının partikül boyutuna etkisi görülmektedir [3]. Bilya miktarı artırıldıkça, daha küçük boyutlarda toz elde edilmektedir. Ancak istenmeyen kirlenmelerden dolayı, bu oranın optimize edilmesi gerekir. 28

Mikro ve nano yapıda borürlerin tane boyutu ölçümleri için en verimli sonuçlar TEM cihazı ile elde edilmektedir. Partikül boyut ölçüm cihazı ile de boyut analizi yapılmaktadır ancak buradan aglomerasyondan kaynaklı doğru sonuç alınamamaktadır. Teknik yazı Şekil 5: Öğütme süresi-partikül boyutu değişimi grafiği Bu yöntemlerin en büyük avantajı, mikro ve nano boyutta toz elde edilebilmesidir. Bir çok geleneksel yöntemle ulaşılamayan tane boyutları bu yöntemler ile elde edilebilmektedir. Bunun yanında, reaksiyon sonunda istenmeyen ara bileşik oluşumunun olmayışı, hedef fazların elde edilebilmesi açısından başarıyla sonuçlanmaktadır. Oda sıcaklığında ve kısa sürelerde istenen tozların sentezlenmesi mümkün olmaktadır. Sonuç olarak, yüksek safiyette çok ince tozlar homojen bileşimde üretilmektedir. 3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Laboratuarlarımızda Spex ve gezegen tipi değirmenlerde yapılan öğütme işlemlerinde uygulanan proses şu şekildedir; Mekanokimyasal sentezleme ve mekanik alaşımlama sonucu elde edilen saf ve ince taneli tozlara tavlama ve sinterleme gibi yüksek sıcaklık işlemleri uygulanarak çeşitli kompozitlerin üretilmesi mümkün olmaktadır. Laboratuarlarımızda yapılan çeşitli çalışmalarda, metal borür tozların sentezlenmesinin yanı sıra, çeşitli kompozit malzemelerin üretimi de gerçekleştirilmiştir. IVB grubu metal borür tozları mekanokimyasal sentezleme ve mekanik alaşımlama yöntemleri ile hem oksitlerinden hem de elementer tozlarından üretilmiş ve bu tozlardan çeşitli kompozit malzemeler geliştirilmiştir [9-13]. 4. SONUÇ Çeşitli metal borür (TiB2, ZrB2 ve HfB2 vb.) tozların mekanokimyasal sentezleme / mekanik alaşımla yöntemleri ile üretimi mümkündür. Tozlar, yüksek safiyette, mikro ve nano boyutlarda elde edilebilmektedir. Öğütme süresi, bilya/toz ağırlık oranı, öğütme hızı gibi parametrelerin optimizasyonu ile küresel taneli ince partiküller elde edilebilmektedir. Öğütme sonrası uygulanan asit liç prosesleri ile ürün empüritelerden tamamen uzaklaştırılarak, yüksek safiyette toz elde edilmektedir. Mekanik alaşımlama, tavlama ve sinterleme prosesleri öncesi ince toz elde etmek amacıyla da kullanılmaktadır. 1. Tozların hazırlanması 2. Tozların kurutulması (Etüvde 110 C de) 3. Bilya ve tozun şarjı, öğütme kabının kapatılması (Kapalı Ortam Kutusunda) 4. Öğütme işlemi (Spex değirmen ve gezegen tipi değirmende) 5. Asit liçi (ultrasonik banyoda) 6. Katı-sıvı ayrımı (Santrifüj cihazında) 7. Kurutma 8. Analiz İşlemleri (XRD, SEM, TEM, AAS) Toz karakterizasyon çalışmalarında, faz tayini için XRD (X ışını difraktometresi) cihazı kullanılmaktadır. Tozların mikroyapı görüntüsü ve partikül boyut tayini için SEM (taramalı elektron mikroskopu) ve TEM (geçirimli elektron mikroskopu) kullanılmaktadır. Liç çözeltilerinden empürite tayini AAS (atomik absorpsiyon spektrometresi) analizi ile yapılmaktadır. Teşekkürler Çalışmalarımızın her aşamasında emeği geçen ve bize yol gösteren Prof. Dr. İsmail Duman ve Prof. Dr. M. Lütfi Öveçoğlu na sonsuz teşekkürlerimizi sunarız. REFERANSLAR [1] Mark, H.F. & Otmer, F.D., 1970, Kirk-Otmer Encyclopedia of Chemical Technology, Volume 22, New York, U.S.A. [2] Riedel, R., 2000, Handbook of Ceramic Hard Metarials, Vol. 1, sf. 875-876, WILEY-VCH Verlag GmbH, Weinheim. 29

[3] Suryanarayana, C., 2001, Progress in Materials Science, 46 (1-184), Mechanical alloying and milling, U.S.A. [4] Kim, W.J., Shim, J.H., Ahn, J.P., Cho, Y.W., Kim, J.H. & Oh, K.H., 2008, Materials Letters, 62 (2461-2464), Mechanochemical synthesis and characterization of TiB2 and VB2 nanopowders, dated 13.11.2007. [5] Matterazzi, P. & Ricceri, R., 2004, Materials Science and Engineering A, A 379 (341-346), A fast and lowcost room temperature process for TiB2 formation by mechanosynthesis, Italy, dated 24.2.2004. [12] Balcı Ö., Ağaoğulları D., Duman İ., Carbothermal production of ZrB2-ZrO2 ceramic powders from ZrO2-B2O3/B system by high-energy ball milling and annealing, Advanced Research Workshop Engineering Ceramics 2011, May 8-12, 2011, Smolenice, Slovakia. Abstract book p. 44. [13] Balcı Ö., Ağaoğulları D., Duman İ., The Production of HfO2-HfB2 Composite Powder From HfO2, B2O3 and Mg by Solid State Reaction and Subsequent Annealing. Solid State Science and Technology, Vol.18, No.2 (2010) 91-98. [6] Millet, P. & Willams, J., 1996, The Patent Cooperation Treaty, WO 96/14268, Producing of metal boride powders, dated 17.5.1996. [7] Mausteller, J.W. & Tepper, F., 1966, United State Patent Office, No: 3258216, Preparation of metal borides, dated 28.6.1966. [8] Gupta, C.K. & Mukherjee, T.K., 2000, Hydrometallurgy in extraction processes, Volume I, Florida, U.S.A. [9] Aynibal F., IVB grubu metal borürlerin ve lantan hekzaborürün mekanokimyasal reaksiyon ortamında sentezlenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Haziran 2009, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. [10] Ağaoğulları D., Aynibal F., Demirhan O. C., Duman İ., Mechanochemical Synthesis and Characterization of Titanium Diboride Powder, TMS 2009 138th Annual Meeting and Exhibition, February 16-18, 2009, San Francisco, California, USA. Abstract book: 370. [11] Balcı Ö., Ağaoğulları D., Aynibal F., Demirhan O.C., and Duman İ., Thermogravimetry - Differential Thermal Analyses and X-Ray Diffraction Studies on the Mechanochemical Reaction Mechanism of TiO2-B2O3-Mg and Ti- B2O3-Mg Systems. Romanian Conference on Advanced Materials ROCAM 2009, August 25-28, 2009, Brasov, Romania. Abstract book p.118. 30