Titanyum Diborür, TiB², Sol-Jel Kaplama, İleri Teknoloji Seramikler, Korozyon Direnci, Aşınma Dayanıklılığı, Yüksek Sertlik, Isıl İşlem, Nanoteknoloji Kaplama, Endüstriyel Kaplama, Kimyasal Stabilite, Seramik Malzemeler, Titanyum Kaplama, Sol-Jel Yöntemi, Malzeme Bilimi
Titanyum Diborür (TiB²) Sol-Jel Kaplama Nasıl Yapılır?
Titanyum diborür (TiB²), yüksek sertlik, üstün korozyon direnci ve mükemmel aşınma dayanıklılığı gibi özellikleriyle ileri teknoloji seramikleri arasında öne çıkan bir malzemedir. Sol-jel kaplama yöntemi ile bu malzemenin yüzeylere uygulanması, endüstriyel uygulamalarda performans artışı ve uzun ömür sağlamayı amaçlar. Aşağıda, bu kaplama sürecinin detaylı adımları yer almaktadır:
- Ham Maddelerin Hazırlanması
- Titanyum diborür (TiB²) tozunu temin edin. Tozun tane boyutu genellikle 1-10 mikron aralığında olmalıdır. Tozun saf ve oksitlenmemiş olduğundan emin olmak için aseton veya etanol ile temizleyin ve vakum fırında 100-150°C’de kurutun.
- Kaplama yapılacak substrat (örneğin çelik, alüminyum veya seramik) yüzeyini yağ, pas ve kirden arındırmak için ultrasonik banyoda sırasıyla aseton, etanol ve deiyonize su ile temizleyin. Substratın yüzeyini aktif hale getirmek için hafif bir asit (seyreltik HNO³) ile aşındırma yapabilirsiniz.
- Sol Çözeltisinin Hazırlanması
- Sol-jel öncüsü olarak titanyum alkoksit (örneğin titanyum tetraisopropoksit - TTIP) veya bor alkoksit türevlerini kullanın. Örneğin, TTIP’yi etanol ile 1:4 oranında seyreltin.
- Hidroliz ve kondenzasyon reaksiyonlarını başlatmak için deiyonize su (TTIP:su oranı 1:2-4) ve asit katalizör (örneğin 0.01-0.1 mol HCl) ekleyin. Karışımı manyetik karıştırıcıda (300-500 rpm) 30-60 dakika karıştırarak berrak ve homojen bir sol çözelti elde edin. Bu aşamada pH’ı 2-4 aralığında tutmak reaksiyonu optimize eder.
- TiB² Tozunun Çözeltiye Entegrasyonu
- Hazırlanan sol çözeltisine TiB² tozunu yavaşça ekleyin. Tozun çözelti içinde aglomerasyonunu önlemek için %5-10 oranında (örneğin 100 mL çözeltiye 5-10 g toz) ekleyin ve karıştırmaya devam edin.
- Homojen bir dağılım sağlamak için karışımı 15-30 dakika ultrasonik banyoda (40-60 kHz) işleme tabi tutun. Bu, kaplamanın yüzeydeki tutarlılığını artırır.
- Kaplama Uygulaması
- Dip Kaplama: Temizlenmiş substratı sol çözeltisine daldırın ve 1-5 mm/s hızında çekin. Bu yöntem, 100-500 nm kalınlığında ince ve uniform bir katman sağlar.
- Spin Kaplama: Substratı spin coater’a yerleştirin, çözeltiyi yüzeye damlatın ve 1000-3000 rpm hızda 30-60 saniye döndürerek kaplamayı uygulayın. Katman kalınlığını artırmak için 2-3 kat uygulama yapabilirsiniz, ancak her katmandan sonra ara kurutma şarttır.
- Kurutma ve Isıl İşlem
- Ara Kurutma: Kaplanmış substratı oda sıcaklığında (25°C) 1-2 saat bekletin, ardından 60-80°C’de 30 dakika fırında kurutun. Bu, çözeltideki organik solventlerin buharlaşmasını sağlar.
- Sinterleme: Kaplamayı stabilize etmek için substratı 400-800°C’de 1-2 saat ısıl işleme tabi tutun. TiB²’nin kristal yapısını (örneğin hekzoganal yapı) korumak için sıcaklık artışı 5°C/dakika hızında olmalı ve soğuma da kontrollü yapılmalıdır. Bu aşamada amorf veya anataz fazlar oluşabilir, bu da kaplamanın optik ve mekanik özelliklerini etkiler.
- Kaplama Kalitesinin Değerlendirilmesi
- Yapısal Analiz: X-ışını kırınımı (XRD) ile kaplamanın kristal yapısını (amorf veya kristalin) belirleyin. TiB² kaplamaların genellikle 3,5-4 eV arasında değişen bir yasak enerji aralığına sahip olduğu gözlemlenir.
- Optik ve Mekanik Testler: SEM (Taramalı Elektron Mikroskobu) ile yüzey morfolojisini, profilometre ile kalınlığı ölçün. Aşınma direncini taber abraser testi, korozyon direncini ise tuz püskürtme testi ile değerlendirin.
- Optimizasyon: Gerekirse gözenekliliği azaltmak için yüzey aktif maddeler (örneğin PEG) ekleyin veya hidrofobik özellikler için florosilan kaplama uygulayın.
Bu yöntemle uygulanan TiB² sol-jel kaplama, yüksek sertlik ve korozyon direnci gerektiren alanlarda (örneğin havacılık, otomotiv ve kesici aletler) üstün performans sunar. Isıl işlem ve katman optimizasyonu ile kaplamanın mekanik ve kimyasal özellikleri daha da geliştirilebilir.
