TR2021012771A2 - Toz halde metal borürleri̇n ergi̇mi̇ş tuz elektroli̇zi̇ i̇le üreti̇mi̇ - Google Patents

Abstract

Bu buluş, halojenür kullanımı gerektirmeksizin geçiş metali borürlerinin elde edilmesini sağlayan bir yöntem ile ilgilidir. Buluş ile geliştirilen yöntem, özellikle metal borürlerin ergimiş tuz elektrolizi ile farklı boyutlarda toz halde üretimine olanak tanımaktadır. Toz tanecik boyutlarının kontrolü de açıklanmıştır.

Description

TARIFNAME TOZ HALDE METAL BORÜRLERIN ERGIMIS TUZ ELEKTROLIZI ILE ÜRETIMI Teknik Alan Bu bulus, halojenür kullanimi gerektirmeksizin geçis metali borürlerinin farkli toz boyutlarinda üretimini saglayan bir yöntem ile ilgilidir. Önceki Teknik Metal yüzeylere isil ve kimyasal dayaniminin ve sertliginin arttirilmasi, isil ve elektriksel iletkenliginin düzenlenmesi gibi amaçlarla ile çesitli metal borür kaplamalar uygulanabilmektedir. Bunlar ilgili yüzeyde kimyasal biriktirme, karbotermik veya metalotermik tepkimeler, toz haldeki istenen metal borür kullanilarak fiziksel biriktirme, infiltrasyon gibi yollar ile uygulanabilmektedir. Karbotermik ve metalotermik yöntemler, karbür ve oksit ile kirlenmis ürün olusturmakta ve bunlarin uzaklastirilmasina yönelik islemler gerektirmektedir. Kimyasal biriktirme ise yüksek maliyetli, düsük hizli üretime yol açmaktadir. Metal borürlerin olusturulmasi için, borun ve istenen metalin halojenür tuzlarindan da yaygin olarak yararlanilmaktadir. Ancak bu bilesiklerin kullanimi nedeni ile açiga çikan halojenlerin insan sagligi ve çevresel etkileri nedeni ile halojenür tuzlarinin kullanimina altematiiler gelistirilmesi gerekmektedir. Perim, Kartal Sireli Güldem, Timur Servet Ibrahim (2016). Electrodeposition of titanium diboride from oxide based melts. Surface and Coatings Technology, 308, 128-135., Doi: titanyum ve borun metal bir matris üzerine bir arada biriktirilmesi ile titanyum diborür kaplama elde edilmesi açiklanmistir. US2741587A sayili dokümanda, refrakter metal borür tozlarinin üretimi açiklanmistir. Bunun için borik anhidrat veya boratlar ile istenen metalin oksitlerinin kullanildigi belirtilmistir. Metal borürlerin toz halde üretimi için anot ve katot arasinda konumlandirilmis bir bariyer kullanilmistir. çelik, karbürlü malzeme) TiB2 kaplanmasina yönelik eriyik tuzlar kullanilan elektrolitik bir yöntem açiklanmistir. Bunun için bor kaynagi olarak borik anhidrat ve alkali boratlar gibi bor oksitlerin, titanyum kaynagi olarak da titanyum, alasimlari, oksitleri veya halojenürlerinin kullanilabilecegi belirtilmistir. Titanyum oksit örnekleri arasinda bunlarin alkali metaller ile olusturduklari tuzlar da bulunmaktadir. Bu doküman ile, karmasik ekipman ve islemler ile koruyucu ortam kullanimina gereksinimin asilmasi amaçlanmistir. borür kaplamalar elde edilmesi için, alkali metal boratlari ve ilgili metal oksidin alkali ve toprak alkali metal tuzlari kullanilmaktadir. borat kullanimi açiklanmis. Yüzeyde taban malzemeden farkli bir metal bulundugu durumda, söz konusu metalin ve borürün sira ile olusturuldugu belirtilmistir. CN lO2203327A sayili dokümanda, bor içeren ince filmlerin ve buna dayanan çok katmanli yapilarin üretimi açiklanmistir. Bu yöntemle birçok metalin (Örnegin, Al, Co, Cr, Cu, Fe, Ni, biçimlere sahip olabilecegi belirtilmistir. Bor kaynagi olarak borun oksitleri, halojenürleri, ve bunlarin alkali ve toprak alkali tuzlarinin kullanilabilecegine deginilmistir. sodium borohydride" baslikli dokümanda (Zoli, L, Galizia, P, Silvestroni, L, Sciti, D. J Am metali oksitlerinin ilgili diborürleri olusturmak üzere etkilesimi incelenmistir. Na-metal-O ve Na-B-O ara türlerinin olustugu ve ilgili inetal borürlerin bunlardan olustugu ortaya konmustur. Bulusun Amaçlari Bu bulusun ana amaci hedeflenmis metal borür veya karisik metal borürlerin, ilgili metalleri ve bor kaynagi bilesikleri içeren halojenür içermeyen elektrolit bilesiminden ergimis tuz elektrolizi ile tek islem adiminda katodik redüksiyon ile sentezlenmesidir Bu bulusun baska bir amaci da, bazik metaller de dahil metal borürlerin koruyucu atmosfer kullanimi gerekmeksizin üretilmesini saglayan bir yöntemin gelistirilmesidir. Bu bulusun daha baska bir amaci da, metal borürlerin düsük maliyet, uygulama kolayligi ve yüksek üretim hizi ile üretilmesini saglayan, sinai ölçekli uygulamalara uygun bir yöntemin gelistirilmesidir. Bu bulusun daha baska bir amaci da, farkli toz boyutlarinda metal borürlerin üretilmesini saglayan bir yöntemin gelistirilmesidir. Bulusun Ayrintili Açiklamasi Bu bulusun amaçlarina ulasmak için gelistirilen yöntem ekli sekillerde gösterilmistir. Sekil 1 Bulusa göre farkli sicakliklarda elde edilen TiB2 örneklerinin XRD grafikleridir. Sekil 2a Bulusa göre 800 °C sicaklikta elde edilen bir T iB2 örneginin SEM görüntüsüdür. Sekil 2b Bulusa göre 900 °C sicaklikta elde edilen bir T iB2 örneginin SEM görüntüsüdür. Sekil 2c Bulusa göre 1000 °C sicaklikta elde edilen bir TiBz örneginin SEM görüntüsüdür. Sekil 2d Bulusa göre 1100 0C sicaklikta elde edilen bir TiBz örneginin SEM görüntüsüdür. Sekil Ze Bulusa göre 1200 0C sicaklikta elde edilen bir TiBz örneginin SEM görüntüsüdür. Bulus konusu metal borür üretim yöntemi, temelde, bir ergimis tuz elektrolizi yöntemidir. Bor kaynagi bir alkali veya toprak alkali metalin boratlari arasindan seçilmektedir. Bor kaynagi ayni zamanda elektrolit görevi görmektedir. Metal kaynagi ise borürleri üretilecek metalin oksitleri, sülfürleri, sülfatlari, nitratlari ve boratlari ile bunlari barindiran tuzlar, isil ayrisma çiktisi ilgili oksitleri olusturan karbonatlari ve hidroksitleri ile bunlari barindiran tuzlar ile bunlarin karisimlari arasindan seçilmektedir. Hem bor kaynagi ve hem de metal kaynagi bilesikler, haloj enür olmayanlar arasindan seçilmektedir. Bulus ile metal borürler toz halinde üretilebilmektedir. Özellikle titanyum diborür (TiBz) üretilebilmektedir. Buna karsin bulusa göre basta zirkon ve hafniyum olmak üzere baska geçis grubu metallerin borürleri de üretilebilmektedir. rnA/cm2 akim yogunlugu kullanilmistir. Bulusun örnek uygulamasinda molar oranlari %10- dioksit (TiOz) ve %1-50 tercihen de %37 olan sodyum hidroksit (NaOH) içeren ergimis karisimlar ile bazi deneyler gerçeklestirilmistir. Bulusun örnek uygulamasinda, belirtilen akim yogunluklari kullanilmis olsa da akim yogunlugu 50 mA/cm2 üzerindeki herhangi bir düzeyde olabilir. Bulus Ti02 yerine, zirkonyum dioksit (ZrOz) veya hafniyum dioksit (HfOz) Deneylerde, karisimlar 100 °C araliklarla birbirlerinden ayrilan sicakliklarda 20 dakika boyunca elektrolize tabi tutulmustur. Elde edilen toz haldeki TiB2 örneklerine ait X-isini kirinimi (XRD) grafikleri ve taramali elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri Sekil 1 ve Sekil 2a-e°de sunulmustur. Bu deneylerde de görüldügü gibi, elde edilen metal borür tozlarinin tanecik boyutlari ve biçimleri sicaklik, akim yogunlugu, konsantrasyon ve elektrolit kompozisyonu ile kontrol edilebilmektedir. Artan sicaklik ile TiBz taneciklerinin altigen biçime yakinsadiklari ve boyutlarinin büyüdügü görülmektedir. Tanecikler özellikle de 1000 °C altinda düzlemsel olarak büyürken, 1000 0C üzerinde ise kalinliklari da artmaktadir. 800 °C altinda elde edilen taneciklerin boyutlari nanometre mertebesindedir. Bulusun örnek uygulamasinda Na2B4O7 kullanilmis olsa da, elektrolit, elektroliz sicakligindaki buhar basinci düsük iyonik bilesenlerden olusan baska oksit tuzlardan da seçilmektedir. Elektroliz dogru akimla gerçeklestirilmektedir. Bunun için sabit veya zamana göre degisen üçgen akim, kare atimli akim (pulse current plating), kesintili akim (interrupted - PIC), periyodik ters akim (reverse current -PRC) gibi farkli formlar kullanilabilmektedir. Ergimis durumdaki tuzlar, iyonlarina ayrismakta ve metal ile bor katotta bir arada indirgenerek ilgili metal borürleri olusturulmaktadir. Bulus konusu yöntem, halojenür olmayan metal ve bor kaynaklarinin kullanimina olanak tanidigindan zararli gazlarin olusumuna neden olmamaktadir. Ergimis elektrolit fazin örtücü davranisi nedeni ile koruyucu atmosfer kullanimi da gerekmemektedir. Böylece yöntem atmosfere açik ortamlarda uygulanabilmektedir. Anot, grafit, karbon, camsi karbon, ilgili metal borür veya ilgili metalden seçilmis olabilir. Elektroliz, bu malzemelerden mamul olan ve anot görevi de gören bir potada gerçeklestirilebilir. Kati veya sivi katot kullanilabilir. Metal ve bor kaynaklari halojenür olmayan bilesikler arasindan seçilse de, aktivatör olarak ve elektrolit viskozitesinin düzenlenmesi için CaF2 gibi isil ayrismaya ugramayan toprak alkali halojenürleri de eklenebilmektedir. Ergimis karisima alkali metal oksitleri ve hidroksitleri de eklenebilir. Bunlar karisim pH degerinin düzenlenmesini saglamaktadir. Böylece metal ve borun indirgenmesi de kontrol edilebilmektedir. Elektroliz sicakliginin elde edilmesi ve korunmasi için elektrik direnç firini ve dolayli isitma saglayan sistemler de dahil birçok farkli isitma sistemi ve yöntemi kullanilabilir. Bulusun tercih edilen bir uygulamasinda, elektroliz sicakliginin elde edilmesi için indüksiyon firini kullanilmaktadir. Zira indüktif isitma, ergimis malzeme içinde iyon akisini da tetikleyerek tepkime hizini arttirmaktadir. Isitma, sistemden geçen akim ile de saglanabilir. Bulus ile gelistirilen metal borür üretim yöntemi, ucuz elektrolit bilesenleri kullanilarak farkli boyutlarda toz halde metal borürlerin endüstriyel ölçeklerde sentezine olanak tanimaktadir. TR TR TR TR

Claims (1)

1.ISTEMLER . Metal borür veya karisik metal borürlerin üretimine yönelik olarak ilgili metalleri ve bor kaynagi bilesikleri içeren ve halojenür içermeyen elektrolit bilesiminden ergimis tuz elektrolizi ile üretimi için, alkali veya toprak alkali metalin boratlari ile bunlarin karisimlari arasindan seçilen bor kaynagi ve elektrolit yapisinda bulunan metalin oksitleri, sülfürleri, sülfatlari, nitratlari ve boratlari, veya metalin bilesiklerinden isil ayrisma ile olusan oksitleri olusturabilen karbonatlari, hidroksitler, nitratlar veya bunlarin karisimlari arasindan seçilen metal kaynagi kullanilarak tek islem adiminda katodik redüksiyon ile metal borür üretim yöntemi olup; metalin geçis grubu uygulanmasi ile karakterize edilmektedir. . Istem l”deki gibi bir metal borür üretim yöntemi olup; molar oranlari %10-90 olan sodyum tetraborat, %1-50 olan titanyum dioksit, zirkonyum dioksit veya hafniyum dioksit ve %1-50 olan sodyum hidroksit kullanilmasi ile karakterize edilmektedir. . Istem l°deki gibi bir metal borür üretim yöntemi olup; metal borür toz taneciklerinin biçim ve boyutlarinin sicaklik, akim yogunlugu ve konsantrasyon araciligi ile kontrol edilmesi ile karakterize edilmektedir. . Istem 1”deki gibi bir metal borür üretim yöntemi olup; 50 ila 1000 mA/cm2 akim yogunlugu uygulanmasi ile karakterize edilmektedir. TR TR TR TR