Özet:
Enerji, elektronik, savunma uzay ve havacılık alanlarında kullanılabilir, ileri
fonksiyonel malzemelerin yerli üretimine olan ilgi giderek artmaktadır. En değerli
yer altı kaynaklarımızdan biri olan bor mineralinin ülkemizde işlenerek katma
değeri yüksek ileri teknoloji bor ürünlerinin geliştirilmesi ve ülke sanayine
kazandırılması çok önemlidir. Bor karbür üstün özellikleri nedeni ile savunma ve
nükleer sanayi gibi stratejik sektörlerde kullanılan bir malzemedir. Bu tez
çalışmasının ilk amacı; kontrollü morfoloji ve tane boyutuna sahip nükleer kalite bor
karbür tozun düşük sıcaklıkta yerli üretimi için ekonomik ve seri üretime uygun bir
yöntem geliştirmektir. Bir diğer amacı ise nükleer tıp ve moleküler görüntüleme
merkezlerinde radyasyondan korunma paneli ya da kişisel koruyucu giysilerde
kullanılabilecek hafif, esnek ve uygun maliyetli bor karbür takviyeli polimer matris
nanokompozit plakaların imalatının gerçekleştirilmesidir.
Bu amaçlar doğrultusunda, tez çalışmasında bor karbür tozun üretimi için özgün bir
yöntem geliştirilmiştir. Tasarlanan yöntemde bilimsel literatürde ilk defa bor
karbür sentezi için polimerik jel molce %5-50 oranında elementel nano bor
partikülleri ile modifiye edilmiş ve bor oksidin daha düşük sıcaklıkta indirgenerek
bor karbüre dönüşmesi sağlanmıştır. Tez çalışmasında elementel nano bor
katkısının yanı sıra farklı başlangıç ham maddelerinin ve sentez koşullarının bor
karbür dönüşümü ve morfolojisi üzerine etkileri araştırılmıştır. Sonuçlar başlangıç
kompozisyonu ve süreç parametrelerinin optimizasyonu ile %99 saflıkta ve yüksek
kristaliniteye sahip bor karbür tozların elde edildiğini göstermiştir. Sentezlenen bor
karbür tozların morfolojisinin genel olarak eş eksenli-çok yüzlü olduğu, ortalama
partikül boyutunun ~0.5-0.7µm aralığında değiştiği, 10nm’den daha düşük boyuta
sahip birincil partikülleri içerdiği tespit edilmiştir. Tez çalışmasında 1300-1500°C
sıcaklıkta sentezlenmiş bor karbür tozların nükleer kalite bor karbür toz
standardına (ASTM C750-9) uygun olduğu gösterilmiştir.
Ayrıca bu tez çalışmasında yine ilk defa polimerik öncülerden bor karbür toz
üretiminde morfoloji kontrolü sağlanmıştır. Eş-eksenli ve çok yüzlü bor karbür
partiküllerin yanı sıra yüksek oranda mikron, mikron altı ve nano boyutlarda bor
karbür plaka, kayış ve fiberlerin sentezi için özgün bir yöntem geliştirilmiştir. Bu
yöntemde yakma işlemi esnasında öncü madde yüzeyi borik asit kristalleri ile
yerinde (in-situ) dekore edilerek anizotropik partiküllerin büyümesi sağlanmıştır.
Farklı sürelerde (2-12 sa.) yakma işlemi uygulanmış öncü maddelerden sentezlenen
bor karbür partiküllerin oluşma ve büyüme mekanizmaları araştırılmış ve elde
edilen deneysel veriler ışığında tartışılmıştır. Bunun yanı sıra, literatürde bor karbür
sentezi sırasında sıklıkla karşılaşılan morfolojik çeşitliliğin nedenleri ele alınmış ve
çeşitliliği engelleyecek stratejiler geliştirilmiştir.
Son olarak sentezlenen nükleer kalite bor karbür tozlar yüzey modifikasyon işlemi
ile fonksiyonelleştirilerek, hafif ve esnek bor karbür takviyeli düşük yoğunluklu
polietilen (LDPE) matris nanokompozitlerin üretiminde kullanılmıştır. Ağırlıkça
%0,6-10 oranında bor karbür takviyesi içeren LDPE matris nanokompozitlerin
mekanik özellikleri ve nötron kalkanlama performansı incelenmiştir. Sonuçlar
ağırlıkça %10 bor karbür toz takviyesi ile %80 oranında nötron soğuran nano
kompozit plakaların üretildiğini göstermiştir.