Bor fiber

Bor fiberler (bor filamentler / bor lifi / bor elyaf), sürekli bir ince filament veya tel üzerine borun depozisyonu ile elde edilen yapısal fiberlerdir. Bor Lifi, temel borun başlıca endüstriyel kullanımını temsil eden amorf katı bir bor ürünüdür. Bor lifi, yüksek mukavemet ve yüksek elastik modülün bir birleşimini gösterir.

Bor elyaf kullanımına bir örnek; F-15 savaş uçaklarının yatay ve dikey kuyruklarının dış kaplamaları Bor- epoksi karma malzeme ile üretilmiştir.

Başka bir örnek; Türk Silahlı Kuvvetleri tarafından da kullanılan Sikorsky S-70 helikopterlerinin kuyrukları TUSAŞ tarafından üretilmektedir. Yatay kuyruğun Bor-epoksi olduğu belirtilmektedir.

Bor lifi genellikle güçlendirilmiş kompozit malzemelerin üretiminde kullanılmaktadır. Bor, yüksek sertlik, hafiflik, yüksek çekme dayanımı ve yüksek korozyon direnci sahiptir. Bu sebeple refrakter kaplamalarda, elektronik malzemelerde ve fiber takviyeli polimer ve metal matris kompozitlerde kullanılmaktadır.

Bor fiberin temel özellikleri aşağıda listelenmiştir:

• Bor fiber seramik monofilament elyaftır.
• Fiberin kendisi bir kompozittir.
• Dairesel kesit alanına sahiptir.
• Elyaf çapı 33-400 μm (mikrometre) arasında değişmekte olup, tipik çap 140 μm'dir.
• Bor kırılgandır. Bu sebeple bor fiber üretimi geniş çap daha düşük esneklikle sonuçlanır.
• Bor ve tungsten arasındaki termal katsayı uyuşmazlığı, imalat sırasında oda sıcaklığına kadar soğuması sırasında termal artık gerilmelere neden olur.
• Bor lifleri genellikle SiC ile kaplanır veya hafif alaşımları güçlendirmek için kullanıldığında erimiş metal ile temas sırasında yüzeyi korur. Ayrıca, erimiş metal ile elyaf arasındaki kimyasal reaksiyonu önler.
• Hem gerginlikte hem de sıkıştırmada güçlüdür.
• 650 ℃ 'a kadar doğrusal eksenel gerilme-gerinim ilişkisi sergiler.
• Bor fiber imalatı için özel bir prosedür gerektirir. Bu sebeple üretim maliyeti nispeten yüksektir.

Bor Fiber Özellikleri

ÖZELLİK	Birimler	4 Milyon Bor (Tipik)	5,6 Milyon Bor (Tipik)	3 Milyon Bor (Tipik)
Çap	µm inçx10ˉ³	102 4	142 5,6	76 3
Enine Kesit	Şekil	Yuvarlak	Yuvarlak	Yuvarlak
Yoğunluk	g/cm³ lbs / in³	2,61 0,0094	2,48 0,0089	2,82 0,102
Termal Genleşme	PPM / °C PPM / °F	4,5 2,5	4,5 2,5	4,5 2,5
Gerilme Direnci	MPa ksi	4000 580	4000 580	- -
Elastisite Modülleri	GPa msi	428 62	400 58	- -
Sertlik	Knoop	3200	3200	3200

İlk kullanımı

Bor fiber ilk olarak 1959'da C. P. Talley tarafından tanıtılmıştır. Ocak 1969'da Grumman Aerospace Corp. (şimdi Northrop Grumman, Falls Church, Va., ABD), F-14 Tomcat savaş uçağı için Donanma ihalesini kazanmıştır. O yılın Aralık ayında Hava Kuvvetleri, McDonnell Douglas'a (şimdiki Boeing) F-15 Eagle ihalesini vermiştir. Her iki uçakta da  titremeyi azaltmak ve uçakların kütlesini en aza indirmek amaçlanmıştır. Bu sebeple yüksek mukavemetli, yüksek modüllü bir fiber gerektiren sabit kanatlı tasarımlar yapılmıştır. O dönemde, sürekli uzunluklarda karbon fiber mevcut değildir ve cam fiberlerin yeterli modülü yoktur. Son olarak, Grumman F-14'teki yatay kuyruk kaplamaları için ve McDonnell Douglas da, F-15'teki yatay ve dikey kaplamalar ve dümen için bor elyafı seçmiştir. Bor fiber, bir üretim uygulamasında ilk yüksek performanslı fiber olarak kullanılmıştır.

Nasıl üretilir

Bir elektromanyetik reaktör kullanılarak borun endüstriyel işlenmesinden elde edilen atıklardan elde edilen fiberlerin elektronik mikrofotografisi. Liflerin ortalama çapı 250 mikrondur. Büyütme 40X.

Kimyasal buhar biriktirme (CVD) yoluyla bor lifi üretimi, bir borosilikat cam reaktörde gerçekleşir. 0.0005 inç (12 µm) çapında bir tungsten substratı cıva ile kapatılmış bir gaz girişinden sokulur ve reaktörden çekilir. Substrat, bir DC (doğru akım) güç kaynağı tarafından dirençli olarak 1,300 °C'ye ısıtılırken, reaktörün tepesine bor triklorür ve hidrojen eklenir. Tungsten reaktörden geçerken, bor triklorürün hidrojen indirgemesi ile substrat üzerinde bor oluşur. Kullanılmayan bor triklorür, hidrojen klorür yan ürünü ve reaksiyona girmemiş hidrojenin gazları, reaktörün altındaki bir çıkış deliğinden boşaltılır. Bu gazlar daha sonraya temizlenir ya da gelecekteki üretim kullanımı için geri dönüştürülür.

2BCl₃ + 3H₂ ⇒ 2B+6HCl

Çapı tipik olarak 0.004 inç (100 um) olan bor filaman, reaktörden çıkarken başka bir cıva contasından geçer ve bir sarma makarasına sarılır. Sıralı optik tarayıcılar, sarılmadan önce fiber çapını izler ve çapın istenen spesifikasyon dahilinde olmasını sağlamak için bir geri besleme döngüsü tarafından ihtiyaç duyulduğunda hızı hızlandırmak veya yavaşlatmak için ayarlamalar yapılır. Bor lifinin benzersiz bir özelliği, lif ve reçine arasındaki mekanik tutmayı artıran pürüzlü, mısır koçanı yapısıdır.