Seramik denince aklımıza genellikle mutfaktaki tabaklar veya banyodaki fayanslar gelir; kırılgandırlar ve elektriği iletmezler. Ancak malzeme biliminde "Seramik" tanımı çok daha geniştir. Titanyum ve Bor elementlerinin birleşmesiyle oluşan Titanyum Diborür (TiB2), bildiğimiz tüm kuralları yıkar. Çelikten 3 kat daha serttir, binlerce derecede erimez ve en şaşırtıcı özelliği: Elektriği iletir. Bu yazıda, tank zırhlarından alüminyum fabrikalarına kadar en zorlu görevlerin aranan yüzü olan bu gri tozu inceliyoruz.
TiB2, metalik bir parlaklığa sahip gri renkli bir seramiktir. Onu diğerlerinden ayıran en büyük özellik, "şizofrenik" bir yapıya sahip olmasıdır:
Seramik Yüzü: Aşırı serttir, aşınmaya dirençlidir ve ısıya dayanır.
Metalik Yüzü: Elektriği ve ısıyı mükemmel iletir (Seramiklerin %99'u yalıtkandır). Bu sayede elektrikle işlenebilir (EDM) ve karmaşık şekiller verilebilir.
Mühendisler ona aşık çünkü özellikleri sınırları zorluyor:
Aşırı Sertlik: Elmas ve Kübik Bor Nitrür'den sonra gelen en sert malzemelerden biridir. Çeliği peynir gibi kesebilir.
Erime Noktası: Yaklaşık 3225 santigrat derecede erir. Bu sıcaklıkta çelik çoktan buharlaşmış, titanyum ise sıvı hale gelmiştir.
Kimyasal Asalet: Erimiş metallere (özellikle alüminyuma) karşı inanılmaz bir direnci vardır. Asitler ve bazlar ona kolay kolay zarar veremez.
Bir tank mermisi veya zırh delici bir mühimmat, saniyede 1000 metreden hızlı gelir. Bunu durdurmak için sadece sertlik yetmez, "tokluk" da gerekir.
Balistik Koruma: TiB2 plakaları, balistik yeleklerde ve araç zırhlarında kullanılır. Mermi TiB2 plakasına çarptığında, seramiğin aşırı sertliği merminin ucunu parçalar ve enerjisini dağıtır. Bor Karbür (B4C) kadar hafiftir ancak ondan daha ucuz ve bazı durumlarda daha performanslıdır.
Havacılık: Yüksek hızlarda (Hipersonik) uçan füzelerin burun kısımları, hava sürtünmesinden dolayı kor haline gelir. TiB2, bu ısıya dayanabilen nadir malzemelerdendir.
TiB2'nin dünyada en çok tonajlı kullanıldığı yer zırhlar değil, alüminyum fabrikalarıdır.
Sorun: Alüminyum üretilirken (elektroliz), kullanılan karbon elektrotlar erimiş alüminyum tarafından kemirilir ve verimsizlik yaratır.
Çözüm: TiB2, erimiş alüminyum tarafından "ıslatılabilen" (wetting) ancak aşındırılmayan tek malzemedir. Elektroliz hücrelerinin katotlarında TiB2 kullanmak, enerji tüketimini ciddi oranda düşürür. Dünyadaki alüminyumun daha ucuza üretilmesini sağlayan gizli güç budur.
Çok sert olduğu için, diğer metalleri kesmek ve şekillendirmek için kullanılan "Kesici Uçlarda" (Keski kalemleri) kullanılır.
Ayrıca kumlama nozulları, tel çekme haddeleri gibi sürtünmenin çok yüksek olduğu parçalarda, çelikten 100 kat daha uzun ömürlüdür.
Bu kadar harika bir malzeme neden her yerde (örneğin araba kaportasında) yok? Cevap: Üretimi çok zor.
TiB2 o kadar yüksek erime noktasına sahiptir ki, toz halinden katı bir blok haline getirmek (Sinterlemek) için 2000 derecelerin üzerine çıkmak ve devasa basınçlar (Hot Pressing) uygulamak gerekir.
Bu da maliyeti artırır. Genellikle saf halde değil, maliyeti düşürmek ve tokluğu artırmak için metalik bağlayıcılarla (Kobalt, Nikel) karıştırılarak "Sermet" (Seramik-Metal) olarak kullanılır.
Titanyum Diborür (TiB2), modern dünyanın en "sert" oyuncularından biridir. Hem bir askerin hayatını kurtaran zırhın içinde, hem de içtiğiniz kola kutusunun hammaddesi olan alüminyumun üretiminde o vardır. Gelecekte, uzay gemilerinin motorlarında ve füzyon reaktörlerinin duvarlarında bu gri tozu daha sık göreceğiz.
