Alüminyum matrisli bor karbür takviyeli sermet kompozit malzeme üretimi ve karakterizasyonu

Bor karbür, elmas ve kübik bor nitrürden sonra gelen en sert malzemedir. Ayrıca, birçok kimyasal reaksiyona karşı dayanımının iyi ve yoğunluğunun da düşük olması önemli özelliklerindendir. İçerik bakımından yaklaşık %80 Bor ihtiva eden bor karbür, yüksek ergime noktasına, iyi kimyasal ve fiziksel kararlılığa sahip olmasından dolayı nötronların absorbe edilmesinde etkin ve ekonomik kullanıma sahiptir. Bu özellikleri ile kesici alet yapımında, özel uç oluşturmada ve zırh malzemesi yapımında önemli kullanım alanları bulunmaktadır. Ayrıca, bor karbür kullanılarak en yüksek özgül mukavemete sahip seramiklerden biri elde edilebilmekte ve kompozitin toplam ağırlığı arttırılmaksızın mekanik özellikleri geliştirilebilmektedir.Bu çalışmada, bor ve karbon reaktiflerinden çıkılarak mekanokimyasal yöntemle bor karbür sentezlenmiş ve bu malzemeden stratejik öneme sahip seramik metalik kompozit malzeme üretilerek dayanımı test edilmiştir. Çalışma 2 aşamadan oluşturulmuştur. İlk aşamada, 4 farklı orandaki karbon ve bor elementlerinin inert atmosferde mekanokimyasal reaksiyonla oluşumu gerçekleştirilmiş, elde edilen ürünler 1550°C'de sinterlenerek bor karbür kristallerinin oluşumu sağlanmıştır. Elde edilen ürüne sırasıyla FT-IR ve XRD analizi yapılarak pik şiddetleri incelenmiş ve kullanılması gereken B/C oranı belirlenmiştir. 20 ml/min azot-argon gaz akışında yapılan TGA-DTA analizi sonucunda, çalışılan en yüksek sıcaklığa kadar bor karbürün kararlı yapıya sahip olduğu, yüksek sıcaklıkta herhangi bir bozunma olmadığı tespit edilmiştir. İkinci aşamadaki deneylerde, 5 farklı oranda hazırlanmış Al-B4C kompozitleri bilyalı değirmende üniform hale getirilerek 400 MPa basınçta plaka halinde preslenmiştir. Preslenen kompozitler 600°C'de atmosferik ortamda 1 saat süreyle sinterlendikten sonra sertlik ölçümleri yapılmıştır. Kütlece %50 takviye oranına kadar kompozit sertliğinde artış meydana gelmiş, %50'den fazla takviye katkısının sertliği düşürdüğü gözlenmiştir. Takviye katkısına karar verildikten sonra, sinterleme süresinin ve sinterleme ortamının kompozit sertliği üzerindeki etkisi incelenmiş ve malzeme yoğunluğu hesaplanmıştır. Aynı zamanda SEM ve EDS analizleri yapılarak partiküllerin matris içindeki dağılımları incelenmiştir.Yapılan çalışmalar sonucunda optimum parametrelere sahip numune argon atmosferinde 120 dakika boyunca sinterlenerek hazırlanmış, B/C mol oranı 4/1 olan, kütlece %50 takviye katkılı kompozit numunesi olarak belirlenmiştir. Bu numuneye ait sertlik değeri 418 Hv, yoğunluk değeri 2,48 g/cm3'dir. SEM-EDS analizlerinin uniform dağılım göstermesi ve teorik yoğunluk değerine %95 oranında yaklaşılması yüksek bor rezervinden dolayı uç kimyasalların ticari değere katma değer olarak ülkemize kazandırılması yönünde önemli katkılar sağlayacaktır.