ATIK MALZEMELERDEN MEKANİK AKTİVASYON İNDİRGEME YÖNTEMİ İLE ÜRETİLEN SİC'İN BAZI FİZİKSEL ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

Abstract

Silisyum karbür (SiC) ileri teknoloji malzemeleri bor karbürle (B4C) beraber zırh üretiminde, yüksek ısı dayanımı ve aşınma direncine sahip olmasından dolayı havacılık ve uzay sektörlerinde kullanılmaktadır ayrıca elektronik dünyasında yarı iletken olarak, silisyuma alternatif olacak şekilde kullanımı gittikçe artmaktadır. Bu nedenle SiC üretimi oldukça önemli bir hale gelmektedir. Silisyum karbürün üretimi belirli yöntemlerle gerçekleştirilmesine rağmen, bu çalışmada SiC üretiminde kullanılan hammaddelerin atıklardan seçilmesi ve aşırı öğütme işlemlerinin uygulanması ile daha düşük sıcaklıklarda ve düşük sürelerde SiC üretilmesi çalışmayı oldukça önemli bir hale getirmiştir. Üretilen ürün literatürde mevcut olmasına rağmen, kullanılan hammadde ve redükleyici literatürde bulunmamaktadır. Günümüzde SiC üretiminde kullanılan Acheson Prosesinde hammadde olarak yüksek saflıkta silika kumu ve redükleyici olarak da petrol koku kullanılmaktadır. Bu çalışmada ise hammadde olarak iki farklı silika (SiO2) tozu kullanılmıştır. İlk olarak ticari SiO2 ile deneylere başlanmış ve deney şartları optimize edilerek SiC üretilmiştir. Daha sonra ERA-MIN3 2021 projesi İş Paketi 6 (İP6) kapsamında, silikatli minerallerin asit liçi sonrasında artık olarak oluşan SiO2 tozunun; alkali liç işlemlerinin sonucunda %97,7 saflıkta elde edilen çöktürülmüş amorf SiO2 tozu kullanılmıştır. Redükleyici olarak laboratuvarlarımızda badem kabuklarından ürettiğimiz biyokömürler ve bağlayıcı olarak da sodyum silikat kullanılmıştır. İlk olarak badem kabuklarına farklı süre ve sıcaklıklarda karbonizasyon işlemleri uygulanmıştır ve en iyi karbon oranına, öğütülmüş badem kabuklarının 700 ?'de 4 saat işlem görmesiyle elde edilen biyokömürde ulaşılmıştır (karbon oranı %92,83). SiO2 ve biyokömür karışımı gezegensel değirmende farklı süre ve farklı devir hızlarında aşırı öğütme işlemlerine tabi tutulmuş ve en yüksek amorflaşma oranı 400 devir/dk. hızında 4 saat öğütme ile elde edilmiştir. Öğütmede elde edilen ürünler hem kül fırınında hem de tarafımızca tasarlanıp ürettirilen direnç fırınında redüksiyon-karbürizasyon işlemlerine tabi tutulmuşlardır. Direnç fırını işlemlerinden sonra yapılan XRD ve diğer analizlerde SiC üretildiği görülmüştür. Üretilen SiC 'ün %98'in üzerinde bir saflıkta olduğu belirlenmiştir.Silicon carbide (SiC) is used in armor production together with boron carbide (B4C) in advanced technology materials, in the aviation and space sectors due to its high heat resistance and wear resistance, and its use as a semiconductor in the electronics world, as an alternative to silicon, is increasing. For this reason, SiC production is becoming quite important. Although silicon carbide production is carried out with certain methods, in this study, the selection of raw materials used in SiC production from waste and the application of intensive milling processes and the production of SiC at lower temperatures and in shorter times have made the study quite important. Although the produced product is available in the literature, the raw material and reducer used are not available in the literature. In the Acheson Process used in SiC production today, high purity silica and is used as raw material and petroleum coke is used as reducer. In this study, two different silica (SiO2) powders were used as raw materials. Experiments were first conducted with commercial SiO2, and SiC was produced by optimizing experimental conditions. Later, as part of the ERA-MIN3 2021 project Work Package 6 (IP6), precipitated amorphous SiO2 powder, obtained with a purity of 97.7% following alkaline leaching processes, was used to produce SiO2 powder, which is the residue formed after acid leaching of silicate minerals. Biochars produced from almond shells in our own laboratories were used as reducers and sodium silicate was used as binders. First, carbonization processes were applied to almond shells at different times and temperatures and the best carbon ratio was reached in the biochar obtained by processing ground almond shells at 700 ? for 4 hours (carbon ratio 92.83%). The SiO2 and biochar mixture was subjected to intensive milling processes in the planetary mill at different times and speeds and the highest amorphization ratio was obtained by grinding at 400 rpm for 4 hours. The products obtained in milling were subjected to reduction-carburization processes both in the muffle furnace and in the resistance furnace designed and manufactured by us. XRD and other analyses performed after the resistance furnace process showed that SiC was produced. It was determined that the produced SiC had a purity of over 98%.