Kalay (Sn) Tozu, periyodik tabloda Sn sembolüyle temsil edilen ve kalay elementinden türetilen çok yönlü metalik bir maddedir. Yüksek elektrik iletkenliği ve mükemmel lehimlenebilirlik gibi benzersiz özellikleriyle bilinen bu toz, çeşitli endüstrilerde özel hale gelmiştir.

Elektronikten metalurjiye kadar kalay tozunun uygulamaları son derece geniştir ve sıklıkla optoelektronikte, cihaz imalatında ve katalizör olarak kullanılmaktadır. Bu özellikler, maliyet etkinliğiyle birleştiğinde, devam eden araştırma ve ticari uygulamalar için ilgi gören bir malzeme olarak konumlanmıştır. Yüksek iletkenlik, ideal lehimlenebilirlik ve en saf kaliteye sahip kalay tozu ürünlerimizi Nanografi web sitesini ziyaret ederek keşfedin.

Giriş

Son yıllarda toz metalurjisi alanındaki gelişmeler, inorganik tozların biyotıp, elektronik, fotonik, termotik, ilaç, kozmetik ve havacılık gibi çeşitli sektörlerde kullanımını genişletti. Bu inorganik tozların benzersiz kimyasal, fiziksel, termal ve elektriksel özellikleri büyük ilgi toplamış ve kapsamlı araştırmaları teşvik etmiştir. Bilimsel araştırmalardaki bu hızlı büyüme, özellikle kalay tozu gibi spesifik malzemelerin çok yönlü özellikleri nedeniyle potansiyellerini öne çıkarmıştır.

Kalay (Sn) Özellikleri

Metal tozları, optoelektronik, farklı türde cihazlar, elektronik, özel alaşımlar, bilgi depolama ve kataliz gibi birçok uygulama alanında kullanılmaktadır. Bu metinde, kalay tozlarının katalitik, kimyasal, elektriksel ve antifungal/antibakteriyel özellikleri nedeniyle incelendiğini bulacaksınız. Kalay tozları yüksek elektrik iletkenliği, düşük elektrokimyasal migrasyon davranışı, mükemmel lehimlenebilirlik ve düşük maliyet gibi özellikleri nedeniyle hala yoğun bir şekilde araştırılmaktadır. Kalay, dünyada en yaygın olarak kullanılan maddelerden biridir ve özellikle metalurji sektörü başta olmak üzere birçok endüstri için büyük öneme sahiptir.

Kalay, kimyasal sembolü Sn ve atom numarası 50 olan bir elementtir. Bu element, periyodik tablonun 14. grubunda bulunan bir geçiş sonrası metali temsil eder. Temel olarak, kalay oksidi (SnO2) içeren kasiterit mineralinden elde edilir. Kalay, Dünya üzerinde bulunan en yaygın 49. elementtir ve sahip olduğu 10 kararlı izotopla periyodik tabloda en fazla sayıda kararlı izotoptan birine sahiptir. Kalayın iki ana allotropu bulunur; oda sıcaklığında kararlı olanı β-kalaydır, ancak daha düşük sıcaklıklarda daha az yoğun gri α-kalay haline gelir, bu da elmas gibi kübik bir yapıya sahiptir. Kalay, yaklaşık 232°C gibi nispeten düşük bir sıcaklıkta erir ve yoğunluğu yaklaşık 7,00 g/cm3'tür. Kalay, yumuşak, dövülebilir, sünek ve son derece kristalimsi bir gümüş beyazı metaldır. Ayrıca korozyona dayanıklı bir malzeme olarak bilinir.

 Şekil 1: α- ve β-Sn'nin yapıları.

Kalay Tozu Üretimi

Gaz Atomizasyon Yöntemi

Gaz atomizasyon yöntemi, çeşitli metallerin ve ön alaşımlı tozların üretiminde yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir ve aynı zamanda kalay tozu üretiminde de kullanılır. Bu işlem, erimiş metalin yüksek basınçlı gaz jetleri tarafından püskürtülerek sıvı metal damlacıklarına ayrılmasını içerir. Bu sıvı metal damlacıkları daha sonra soğuyarak tipik olarak 1 ila 150 mikron arasında değişen metal toz parçacıklarına dönüşürler. Gaz atomizasyon işlemi sırasında, yüksek basınçlı gaz jetleri (hava, argon, nitrojen veya helyum gibi gazlar) erimiş metal akışını hızla parçalayarak küçük damlacıklara dönüştürmek için kullanılır. Üretim hızını en üst düzeye çıkarmak ve tozların özelliklerini kontrol etmek için farklı tipte nozullar tasarlanabilir. Ayrıca, toz parçacıklarının oksidasyonunu önlemek için çeşitli önlemler alınabilir.  

Şekil 2: Şematik gaz atomizasyon işlemi.

Sementasyon Süreci

Sementasyon reaksiyonu, özel bir elektrot biriktirme durumu olup elektrik enerjisi gerektirmez. Bu yöntem, ince bölünmüş bakır üretimi için kullanılır ve elektroliz gibi diğer işlemler gibi toz metalurjide önemlidir. Sementasyon, önceden belirlenmiş özelliklere sahip toz bakır elde etmeyi sağlar. Kalay, ağır demir dışı metallerden biri olmasına rağmen, hala sementasyon yöntemiyle kalay tozu üretimi konusunda araştırmalar devam etmektedir.

Kimyasal İndirgenme Yöntemi

Sn tozları kimyasal indirgenme yöntemiyle de sentezlenebilir. Bu yöntem aynı zamanda Sn nanopartikül sentezi için de uygundur çünkü kimyasal indirgeme düşük bir sıcaklık kullanabilir ve bu da Sn nanopartiküllerinin termal oksidasyonunun daha iyi kontrol edilmesini sağlar. Sentez işlemi sırasında Sn parçacıklarını oksidasyondan korumak için bazı yüzey aktif maddeler kullanılır.

Kalay Tozu Uygulamaları

Lehim

Kalay tozu uzun süredir lehim olarak kurşunlu alaşımlarda ağırlıkça %5 ila %70 miktarlarda kullanılmaktadır. Kalay, ağırlıkça %61,9 kalay ve %38,1 kurşun oranında kurşunla ötektik bir karışım oluşturur. Bu tür lehimler öncelikle boruları veya elektrik devrelerini birleştirmek için kullanılır.

Kalay kaplama

Kalay demire kolayca yapışır ve yüzey korozyonunu önlemek için kurşun, çinko ve çeliğin kaplanmasında kullanılır. Kalay kaplı çelik kaplar, toksik olmadığı için gıdaların korunmasında yaygın olarak kullanılmaktadır ve bu, metalik kalay pazarının bir bölümünü oluşturmaktadır. 

 Şekil 3: Kalay kaplama örneği.

Optoelektronik

Kalay tozları oksitlenebilir ve kalay oksitleri elektriksel olarak iletken ve şeffaftır. Bu tozlar, sıvı kristal ekranlar gibi optoelektronik cihazlardaki uygulamalarla şeffaf elektriksel olarak iletken filmler yapmak için kullanılır.

Özel Alaşımlar

Kalay tozu genellikle bronz yapmak için bakır ile alaşımlanır (genellikle %88 Cu, %12 Sn). Ayrıca, kalay tozları niobiyum ile alaşımlanarak niyobyum-kalay bileşiği Nb3Sn elde edilir. Bu bileşik, yüksek kritik sıcaklık (18K) ve kritik manyetik alan (25T) özellikleri nedeniyle süperiletken mıknatısların bobinlerinde ticari olarak kullanılır. Bunun yanı sıra, kalay tozları nükleer yakıtın kaplanması için kullanılan zirkonyum alaşımlarında da kullanılır.

Lityum iyon piller

Lityum iyon pil performansının, ara yüzey alanının artması ve lityum iyon taşıma yolu uzunluğunun azalması nedeniyle anot elektroduna kalay tozlarının eklenmesiyle artırılabileceği bilinmektedir.

Nanografi'nin yüksek kaliteli lityum pil malzemelerini keşfetmek için web sitesini ziyaret edin.

Diğer Uygulamalar

Kalay tozu, saf bir metal olup, çeşitli endüstriyel uygulamalarda kullanılır. Bu uygulamalar arasında elektronik vana üretimi, damıtılmış su, bira ve gazlı içecekler için gıda ambalajlarının üretimi bulunmaktadır. Ayrıca, kalay tozları farmasötik kimyasal çözeltilerin depolanması için tanklarda, kapasitör elektrotlarında, sigorta tellerinde, mühimmatlarda, yiyeceklerin, şekerlerin ve tütünün korunması için kalaylı demir saclar içinde kullanılabilir. Kalay tozu ayrıca kağıt, mürekkep ve spreylerin üretiminde de kullanılır.

Kalay tozları özellikle korozyon direnci gerektiren püskürtme uygulamalarında kullanılır. Aynı zamanda yüksek güçlü mıknatısların ve kendinden yağlamalı yatakların imalatında da rol oynar. Ayrıca, grafen gibi malzemelerin radyasyondan korunmasında da kullanılmaktadır.

Endüstriyel uygulamalar için %99,8 saflıkta olan kalay tozu, en yüksek kalite olarak kabul edilir. Bu toz, metal değiştirme, sinterleme işlemleri, boya üretimi, kimya endüstrisi, metal cilalama, lehim pastası ve sürtünme bileşenleri gibi bir dizi endüstri tarafından ana malzeme olarak kullanılır. Bu sayede, özel kimyasal ve fiziksel özellikler gerektiren uygulama alanlarında mükemmel sonuçlar elde edilir.

Kalay tozlarının benzersiz özellikleri sayesinde elmas işleme, toz metalurjisi, elektronik, radyasyon koruma ve daha birçok uygulama ve teknolojide kullanılır.

Kalay tozunun tipik uygulamaları arasında preslenmiş ve sinterlenmiş bileşenler, yataklar ve burçlar, metalurjik alaşımlar, kimyasal işlemler, sürtünme parçaları, yüzey mühendisliği, dekoratif kaplamalar, kaynak ve sert lehimleme gibi alanlar yer alır. Ayrıca, P/M (toz metalurjisi) parçalarının, sürtünme disklerinin, fren kaplama levhalarının, debriyajların, elmas taşlama tekerleklerinin ve bronz filtrelerin üretiminde, kauçuk ve plastik katkı maddesi olarak ve kimyasal ürünlerin üretiminde kullanılır.

Elektronik cihazlarda kalay ve bazı alaşımları, on-chip ve off-chip uygulamalarda ara bağlantı malzemesi olarak kullanılmaktadır.Kalayın yüksek erime noktası (220-240°C), elektronik üretim süreçlerinde yüksek yeniden akış sıcaklığına ihtiyaç duyulmasına neden olur. Bu yüksek işlem sıcaklığı, enerji tüketimini artırmanın yanı sıra alt tabaka savaşlarına, termal streslere ve kalıplama bileşiklerinde patlamış mısır çatlamasına da yol açabilir, bu da cihazların güvenilirliğini azaltabilir. Bu nedenle, kalayın işlem sıcaklığını düşürme çalışmalarına önem verilmektedir.

Kalay Tozu Fiyatları 

Kalay tozu fiyatları birçok faktöre bağlı olarak değişkenlik gösterebilmektedir. Madencilik maliyetleri, arz-talep dengesi, üretim süreçleri, kalite standartları ve uluslararası piyasa koşulları gibi birçok etken kalay tozu fiyatlarının belirlenmesinde rol oynamaktadır. Bu nedenle, güncel ve kesin bir fiyat bilgisi almak istiyorsanız, doğrudan Nanografi ile iletişime geçebilirsiniz.

Sonuç

Genel olarak, Sn tozu oluşturmanın sentez koşullarına oldukça hassas olduğu sonucuna varabiliriz. Bu nedenle, literatürde açıklanan bir sentez yöntemini kullanmadan önce, sıcaklık, karıştırma ve karışımın bileşimi gibi sentez koşullarının gerçek etkilerini gözlemlemek için boyut dağılımı ve parçacık şeklini etkili bir şekilde kontrol etmek önemlidir. Sn parçacıklarının bazı ilginç özellikleri olsa da, bu özellikleri geliştirmek ve dezavantajları azaltmak için daha fazla araştırma yapılması gerekmektedir. Üretim maliyetini düşürmek ve daha farklı uygulamalarda kullanımını sağlamak amacıyla özelliklerini geliştirmek için hala birçok araştırma devam etmektedir. Gelecekte, bu malzemenin benzersiz özellikleri nedeniyle teknoloji dünyasına yenilikler getirmesi beklenmektedir.

Kalay tozları üzerine yapılan araştırmalar, yapı, özellikler, sentez ve uygulama alanları açısından genel bir bakış sunmaktadır. Kalay tozlarının ilginç özelliklere sahip olmalarına rağmen, fiziksel yönleri ve potansiyel uygulamaları hakkındaki araştırma şu ana kadar sınırlıdır. Bu nedenle, bu malzemelerin yeni yönlerini keşfetmek ve anlamak için daha fazla araştırma ve deneye ihtiyaç vardır. Bu araştırma çabalarını desteklemek ve yüksek kaliteli ürünlerle çalışmanızı ilerletmek için Nanografi ürünlerini keşfedin.

Kaynakça

Artamonov, V. P., & Akhmetzhanova, R. R. (1986). Production of tin powder by the cementation process. Soviet Powder Metallurgy and Metal Ceramics, 25(1), 5–7. doi: 10.1007/bf00843005

Atomizasyon nedir? Gaz ve Su Atomizasyonu Yöntemleri ile Nasıl Toz Üretilir? (n.d.). Retrieved February 12, 2024, from https://malzemebilimi.net/atomizasyon-nedir-gaz-ve-su-atomizasyonu-yontemleri-ile-nasil-toz-uretilir.html

Atomizasyon nedir? Gaz ve Su Atomizasyonu Yöntemleri ile Nasıl Toz Üretilir? | Malzeme bilimi, Su. (n.d.). Retrieved February 12, 2024, from https://tr.pinterest.com/pin/669629038320717212/

Dunkly J. J ., “Gas atomization a review of the current state of the art”, Advances in Powder Metallurgy & Particulate Materials, 55-66 (1999).

ÖTEKTİK KARIŞIM - ÖTEKTİK KARIŞIM - Madencilik Terimleri - Sözlük - ötektik karışım - Türkçe Bilgi , Ansiklopedi, Sözlük. (n.d.). Retrieved February 12, 2024, from https://www.turkcebilgi.org/sozluk/madencilik-terimleri/otektik-karisim-13710.html

Production of tin powders by ultrasonic atomization and solid state transformation. (1993). Metal Powder Report, 48(3), 50. doi: 10.1016/0026-0657(93)90365-y.

The structures of α-and β-Sn. The tetragonal unit cell of β-Sn is drawn... | Download Scientific Diagram. (n.d.). Retrieved February 12, 2024, from https://www.researchgate.net/figure/The-structures-of-a-and-b-Sn-The-tetragonal-unit-cell-of-b-Sn-is-drawn-with-a-solid_fig1_250467447

Ullrich W. J., “Production of Tin Powders”, in ASM Handbook, ASM International Publisher, Vol. 7, 349 -350 (1998).