Bor Karbür Nedir? Nerelerde Kullanılır?

Preslav

Bor karbür

Yarı iletken özellikte bir element olan bor, yüksek sıcaklıklarda elektriği bir metal gibi iyi iletirken düşük sıcaklıklarda bir yalıtkan gibi davranır. Saf bor siyah, toz şeklinde ve kristal yapıda bir maddedir. Bor ve yapısında bor bulunan bileşikler birçok önemli alanda kullanılır. Örneğin bor, nötronları soğurma özelliği ile nükleer reaktörlerde fisyon tepkimesinin hızının kontrol edilmesini sağlar. Yangın söndürücü toz olarak kullanılabilir. Bor oksit bileşiği silisyum dioksit ile karıştırılarak camın kırılmaya ve yüksek sıcaklığa dayanıklı hâle getirilmesi sağlar.

Björn Wylezich / Alamy Stock Photo

Saf bor

Borun karbon ile oluşturduğu bir bileşik olan bor karbür, elmas ve kübik bor nitrürden sonra bilinen en sert maddedir. Bu özelliği sayesinde malzemeleri güçlendirmek amacıyla tercih edilir. Bilinen en sert malzemelerden biri olmasına rağmen bor karbürün yoğunluğu görece düşüktür. Bu nedenle savunma sanayisinde örneğin askerî uçaklarda, helikopterlerde, zırhlı araçlarda, koruyucu yeleklerde kullanılan hafif zırhlar bor karbürden üretilir.

guvendemir / iStock

Bor karbür çok dayanıklı bir malzeme olmasının yanı sıra yoğunluğu görece düşük olduğu için hafif zırh üretiminde kullanılır.

Ayrıca bor karbürün nötron soğurma yeteneği yüksektir. Bu nedenle nükleer reaktörlerde kullanılan kontrol çubuklarının üretiminde bor karbürden yararlanılır. Bor karbürün erime noktası (2.427 °C) yüksektir ve yüksek sıcaklıkta bozulmadan kararlı bir şekilde yapısını koruyabilir.

Antonio Gil / Alamy Stock Photo

Nükleer reaktör çekirdeği

Bor karbürün bu üstün özellikleri kendine özgü kimyasal yapısı ile ilişkili. Kristal yapılı maddelerde atomlar düzenli bir şekilde konumlanmıştır ve tekrar eden bu yapılar birim hücre olarak adlandırılır. Bor karbür bileşiğinin kimyasal formülü basitleştirilerek B₄C olarak verilir. Ancak bor karbürün kristal yapısı henüz tam olarak anlaşılabilmiş değil. Deneysel ve kuramsal araştırmalar bor karbürün kristal yapısı içinde 12 bor ve 3 karbon atomdan oluşan birim hücrelerin tekrar ettiğini fakat birim hücre içinde doğrusal olarak dizilmiş şekilde konumlanan üç karbon atomundan birinin bor ile yer değiştirebileceğini gösteriyor.

Materials Research Society 2020

Bor karbürün kristal yapısı içinde tekrar eden birim hücre. Çizimde siyah küreler bor atomlarını, sarı-mavi küreler ise karbon atomlarını gösteriyor.

Bor karbürün kristal yapısında tekrar eden birim hücreler, karşılıklı iki köşesi boyunca uzatılmış bir küpe benzetebileceğimiz, rombohedron kafes yapısına sahiptir.

Türkiye, dünyanın en büyük bor kaynaklarına sahip ülkesi. Yakın zamanda Balıkesir’in Bandırma ilçesinde bor karbürün üretildiği bir tesis açıldı.

Kaynaklar:

• Bicer, H. ve ark., “Thermal expansion of nano–boron carbide under constant DC electric field: An in situ energy dispersive X-ray diffraction study using a synchrotron probe”, Journal of Materials Research, Cilt 35, Sayı 1, s. 90-97, 2020.
• Domnich, V. ve ark., “Boron Carbide: Structure, Properties, and Stability under Stress”, Journal of the American Ceramic Society, Cilt 94, Sayı 11, s. 3605-3628, 2011.
• Vats, N. ve ark., “Atomic structure and vibrational properties of icosahedral α-boron and B4C boron carbide”, Computational Materials Science, Cilt 17, Sayı 2-4, s. 127-132, 2000.
• https://cevherdenmucevhere.com
• https://dergipark.org.tr/tr/download/article-file/76283