Titanyum Karbür (TiC) Nanopartiküller

Titanium karbür, yaklaşık 3100°C erime noktasına sahip bir geçiş metal karbürüdür, Vickers testine göre 28 ile 35 GPa arasında bir sertliğe ve 450 GPa elektrik iletkenliğine sahiptir ve yüksek kimyasal iletkenliği ve yüksek termal şok direnci vardır.

Titanium karbür, orijinal olarak son derece sert bir refrakter seramik malzemedir ve siyah bir toz gibi görünür. Titanyum ayrıca aşınma ve korozyona karşı dayanıklı, inert ve sert bir malzemedir. Titanium karbür, doğal olarak çok nadir rastlanan bir mineraldir. Nadir bulunan ve birçok uygulamada önemli olan titanyum karbür ürünlerini incelemek için Nanografi web sitesini ziyaret edin.

Giriş

Teknolojik ve endüstriyel açıdan, titanyum karbür, elektronikte bant başlıkları için aşındırıcı kompozitlerde, zırhlar ve kesici aletlerde parlatma macunları gibi kullanımlarda önemli bir malzeme olarak kabul edilmektedir. Nanoteknolojideki son başarılar temelinde, titanyum karbürün endüstriyel kalitesini artırmak ve yeni özellikler eklemek amacıyla nanometre ölçeğinde titanyum karbür nanopartikülleri sentezlenmiştir.

Titanyum Karbür Nanopartiküllerin Özellikleri

Enerji, dünyamızın en önemli ihtiyaçlarından biridir ve genellikle doğalgaz, petrol ve kömür gibi fosil yakıtlardan elde edilir. Bu yakıtlar, büyük oranda karbon içerir. Modern çağın enerji araştırmacıları, atmosferdeki karbonu etkili bir şekilde yakalamanın yollarını aramaktadır. Bu bağlamda, titanyum karbür gibi bazı geçiş metallerinin karbürleri, dikkat çekici özellikler göstermektedir. Titanyum karbür, karbon dioksiti yakalama, aktive etme, depolama ve hatta kimyasal olarak değerli bileşiklere dönüştürme yeteneğine sahiptir. Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi'ne (DFT) dayalı araştırmalar, titanyum karbürün karbondioksiti etkin bir şekilde adsorbe edebileceğini ve bu iş için stabil bir yüzeye sahip olduğunu ortaya koymuştur. Ayrıca, titanyum karbür, düşük termal genleşme, yüksek elastik modül ve uygun mukavemet gibi ilginç özelliklere sahip bir seramik malzemedir.

Titanyum Karbür Nanopartiküllerinin Hazırlanması ve Sentezi

Refrakter metal seramiklerin üretiminde, özellikle titanyum karbür gibi karbürlerin üretiminde, karbon kaynağı olarak polimerik bileşikler ve metal oksitler kullanılmaktadır. Bu süreç, karbotermal indirgeme adı verilen ve daha düşük sıcaklıklarda gerçekleşen bir yöntemle yapılır. Düşük sıcaklıkta titanyum karbür sentezi için polimerik malzemelerin kullanılması, enerji verimliliği açısından avantajlıdır. Ancak karbotermal sentez, safsızlıklar nedeniyle genellikle düşük verimli ve enerji-yoğun bir süreçtir.

Daha yaygın yöntemler arasında TiO2 ve grafitin karbotermal indirgemesi, Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD) teknikleri ve termal plazma sentezi bulunmaktadır. Bu yöntemler, titanyum karbür nanopartiküllerini sentezlemek için kullanılır ancak yüksek sıcaklıklara ve zaman alıcı işlemlere ihtiyaç duyarlar.

Wire explosion process (WEP) veya darbeli tel deşarjı ise titanyum karbür nanopartiküllerini elde etmek için daha yeni ve maliyet açısından daha uygun bir tekniktir. Bu yöntem, bir metal telin yüksek voltaj ve akım uygulanarak patlatılması ve sonrasında oluşan plazmanın soğuyarak nanopartiküllere yoğunlaşmasını içerir. WEP'nin temel avantajı, enerjinin verimli bir şekilde kullanılması ve basit bir karbonlama ortamında titanyum karbür nanopartikülleri üretebilmesidir.

Karbon Yakalama Teknolojisi'nde nanopartikül kullanımı hakkında bilgi edinmek için blog yazımızı okuyabilirsiniz.

Titanyum nanopartiküllerinin üretimi için yeni bir yöntem geliştirilmiştir. Bu yöntem, eritilebilen bir öncü bileşik kullanır. Titanyum hidrit (TiH2) ve bir organik bileşik olan 1,2,4,5-tetrakis(feniletinil)benzen (TPEB) kullanılarak, 600°C sıcaklıkta ve argon ya da nitrojen atmosferinde TiC ve TiN nanopartikülleri üretilir. Öncelikle öncü bileşik, toz haline getirilir ve 200°C'ye kadar ısıtıldığında TPEB, TiH2 ile reaksiyona girerek bir tür ağ benzeri polimer oluşturur. Bu işlem sırasında Ti yapısının boşlukları karbon atomları ile doldurularak titanyum karbürün oluşumu sağlanır.

Diğer bir yöntem ise, titanyum karbür nanopartiküllerini üretmek için endüstriyel bir plazma yöntemi önerir. Bu yöntemde, üç jetli ve tek geçişli bir plazma reaktörü kullanılır. Reaktörün ve plazma ile ham madde etkileşiminin matematiksel modellemesi, titanyum karbür üretiminin ana teknik parametrelerinin belirlenmesini ve son ürünlerin kimyasal ve ekonomik analizini içerir. Bu işlem için, önceden incelenmiş teknolojik özelliklere ve ısıtma mühendisliğine dayanarak 150 kW gücünde bir plazma reaktörü kullanılır. Reaktördeki plazma akışının sıcaklığı, 5400/1750 K ile 5500/1900 K arasında değişebilir.

Ayrıca, TiO2 çekirdek-sakkaroz kabuk öncüsü, yüksek yüzey alanına sahip titanyum nanopartiküllerini üretmek için kullanılır. Bu yöntem, nanopartiküllerin mezogözenekli yapısından dolayı yüksek yüzey alanı sağlar. Partiküller, 20 nm ve 4 nm'den küçük iki farklı boyutta gözeneklere sahiptir. TiO2 tozu, sulu sükroz çözeltisi içinde karıştırılır ve daha sonra 1150 ila 1600°C arasındaki sıcaklıklarda argon atmosferinde karbotermal indirgeme işlemine tabi tutularak kurutulur. Bu işlem sonucunda titanyum karbür nanopartikülleri elde edilir.

Titanyum Karbür Nanopartiküllerin Kullanım Alanları

Titanyum karbür (TiC) ve onun nano ölçekli parçacıkları, çok çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Özellikle, sermet adı verilen seramik-metal kompozit malzemelerin hazırlanmasında kullanılırlar. Sermetler, yüksek hızlı kesme makinelerinde yaygın olarak tercih edilir. Ayrıca, TiC aşınmaya dirençli yüzeylerde ve metal kaplamalarda, örneğin saat mekanizmaları ve alet uçları gibi alanlarda da kullanılmaktadır.

Uzay araçlarının atmosferik yeniden girişi sırasında, TiC ısıtma kalkanı ve kaplama malzemesi olarak önemli bir rol oynar. Alüminyum alaşımları içinde, özellikle 7075 alüminyum alaşımı (AA7075), titanyum nanopartiküllerin eklenmesiyle çeliğin gücüne yakın bir dayanıklılık kazanırken ağırlığının sadece üçte biri kadar hafif kalır. TiC'nin kullanım alanları, sert alaşım üretimi, koruyucu metal kaplamalar ve ısıya dayanıklı ürünler gibi çeşitli endüstriyel alanları kapsar. Bu geniş uygulama yelpazesi, titanyum karbürün ve onun nano ölçekli parçacıklarının ne kadar önemli ve çok yönlü malzemeler olduğunu gösterir.

Sonuç

Titanyum karbür nanopartiküllerinin üretimi için şu ana kadar sınırlı sayıda yöntem geliştirilmiş olmasına rağmen, bu nanopartiküller özellikle alaşımların güçlendirilmesi ve metalik yüzeylerin direncinin arttırılmasında büyük önem taşımaktadır. Bu sebeple, titanyum karbür nanopartiküllerini daha verimli ve ekonomik bir şekilde elde etmek için araştırmalar devam etmektedir. Ayrıca, titanyumun karbon yakalama kapasitesine sahip olduğu da bilimsel çalışmalarla kanıtlanmıştır. Bu özellik, enerji sektöründe titanyumun kullanımını daha da önemli kılmaktadır. Bu çalışmalar, titanyum karbür nanopartiküllerinin hem endüstriyel uygulamalar hem de çevre dostu teknolojilerdeki potansiyelini ortaya koymaktadır.

Nanoteknolojiye dair en son haberlere ulaşmak için, Blografi'yi ziyaret edin.

Karbon Yakalama Teknolojisinde Nanopartikül Kullanımı - Nanografi Türkiye. (n.d.). Retrieved January 29, 2024, from https://shop.nanografi.com.tr/blografi/karbon-yakalama-teknolojisinde-nanopartikul-kullanim/

Sermet Nedir? Neden Kesici Takımlarda Sermet Tercih Edilir? | Kar-Tes. (n.d.). Retrieved January 29, 2024, from https://kar-tes.com.tr/blog/testereler/sermet-nedir/