Bor Karbürün Sinterlenmesinde Karbonun Etkisi

Borik oksidin magnezyumdaki karbon siyahı (2B2O3+6Mg+C=B4C+6MgO) ile reaksiyonu ile iki çeşit bor karbür tozu, S-1 ve S-2 hazırlandı. Toz S-1, reaksiyon tamamlandıktan hemen sonra 1500°C’de 10 dakika ısıl işlemle hazırlanırken, S-2 1650°C’de ısıl işlemle hazırlandı. Tozlar saflaştırıldıktan sonra numunelerin kimyasal bileşimi analiz edildi. S-1 ve S-2’deki bor içerikleri sırasıyla %78,2±0,5at ve %76,2±0,5at olarak bulundu. Eser miktarda Al, Mg, Si, Fe, Mn ve Cu gözlendi, ancak bu safsızlıkların toplam miktarlarının %0.1’den az olduğu tahmin edildi ve kalan kısmın yalnızca karbondan oluştuğu kabul edildi. Bu nedenle karbon miktarları sırasıyla %21.8 ve %23.8 olarak türetilmiştir. Hazırlanan toza bir miktar bor ve karbon ilave edildi, ve toz parçalar, saf helyum içinde 2200° veya 2250°C’de 1 saat süreyle sinterlemeye tabi tutuldu. B (veya B4C)-C sisteminin ötektik noktası bölgesine karşılık gelen %25 ila %30 oranında C içeren tozlar kullanılarak yüksek yoğunluklu (>%90 TD) bor karbür pelet elde edilebileceği bulunmuştur. Özellikle, %27.7 oranında C içeren tozun sinterlenmesiyle %93,7 TD’ye sahip bor karbür pelet elde edildi.
B4C+C fazında tane sınırlarındaki fazla karbonun sinterleme sırasında tane büyümesini engelleyeceği sonucuna varıldı. Aynı zamanda, tane sınırları üzerinde karbon bulunması nedeniyle, tane sınırlarındaki B4C-C fazı ara yüzünün erime noktası ötektik noktanınkine düşecektir; bu sayede malzeme taşımacılığı geliştirildi. Bu etkinin bir sonucu olarak, karbon içeriği bölgesinde %25 ila %30 oranında yüksek yoğunluklu bir pelet elde edilmiştir.