Alüminyum magnezyum borür - Aluminium magnesium boride

Alüminyum, magnezyum borit veya Al 3 Mg 3 B 56 colliqually olarak bilinen BAM a, kimyasal bileşik arasında , alüminyum , magnezyum ve bor . Nominal formülü AlMgB Oysa 14 , kimyasal bileşim yakın Al için 0.75 Mg 0.75 B 14 . Bu bir seramik alaşım giymek yüksek ölçüde dirençli olan ve son derece düşük bir yer alır kayma sürtünmesi katsayısı , yağlanmış AlMgB bir kayıt yağsız içinde 0.04 değeri ve 0.02 ulaşan 14 -TiB 2 kompozitler. İlk olarak 1970 yılında rapor edilen BAM, birim hücre başına dört ikosahedral B 12 birimi ile ortorombik bir yapıya sahiptir . Bu ultra sert malzeme, çelik ve beton gibi yaygın olarak kullanılan diğer malzemelerle karşılaştırılabilir bir termal genleşme katsayısına sahiptir .

sentez

BAM tozları, ticari olarak , elementel bor (magnezyum içerdiğinden düşük dereceli) ve alüminyumun yaklaşık stokiyometrik bir karışımının 900 °C ila 1500 °C aralığında bir sıcaklıkta birkaç saat ısıtılmasıyla üretilir. Sahte fazlar daha sonra sıcak hidroklorik asit içinde çözülür . Reaksiyonu kolaylaştırmak ve ürünü daha homojen hale getirmek için başlangıç ​​karışımı yüksek enerjili bir bilyalı değirmende işlenebilir . Metal tozlarının oksidasyonunu önlemek için tüm ön işlemler kuru, inert bir atmosferde gerçekleştirilir.

BAM filmleri, hedef olarak AlMgB 14 tozu kullanılarak darbeli lazer biriktirme yoluyla silikon veya metaller üzerine kaplanabilir , oysa tozun sinterlenmesiyle toplu numuneler elde edilir.

BAM genellikle hazırlama sırasında malzemeye giren az miktarda safsızlık elementleri (örn. oksijen ve demir) içerir. Demirin varlığının (çoğunlukla değirmen şişelerinden ve ortamdan aşınma artıkları olarak ortaya çıkar) bir sinterleme yardımcısı olarak hizmet ettiği düşünülmektedir . BAM, silikon , fosfor , karbon , titanyum diborid (TiB 2 ), alüminyum nitrür (AlN), titanyum karbür (TiC) veya bor nitrür (BN) ile alaşımlanabilir .

Özellikler

BAM, muhtemelen kendi kendini yağlamadan dolayı bilinen en düşük yağlanmamış sürtünme katsayısına (0.04) sahiptir.

Yapı

Bir kristal ekseni boyunca bakıldığında BAM'ın kristal yapısı . Mavi: Al, yeşil: Mg, kırmızı: B.

Çoğu süper sert malzeme , örneğin elmas kübik veya çinko blende gibi basit, yüksek simetrili kristal yapılara sahiptir . Bununla birlikte BAM, birim hücre başına 64 atom içeren karmaşık, düşük simetrili bir kristal yapıya sahiptir. Birim hücre olan ortorombik ve en belirgin özelliği, dört bor içeren bir icosahedra . Her ikosahedron 12 bor atomu içerir. Sekiz bor atomu daha, ikosahedrayı birim hücredeki diğer elementlere bağlar. Malzeme, genellikle AlMgB formülü ile tanımlanan iken kafesin metal sitelerinin doluluk, bir daha düşük ve dolayısıyla, 14 , kimyasal bileşimi yakın Al için 0.75 Mg 0.75 B 14 . Bu tür stokiyometri olmayan boridler için ortaktır (bkz . bor bakımından zengin metal boridlerin ve bor karbürün kristal yapısı ). BAM birim hücre parametreleri , bir , = 1,0313 nm b = 0,8115 nm, c = 0,5848 nm, Z = 4 (birim hücre başına dört yapı birimleri), uzay grubu Imma , Pearson sembol oI68, yoğunluk 2.59 g / cm ' 3 . Erime noktası kabaca 2000 °C olarak tahmin edilmektedir.

optoelektronik

BAM, yaklaşık ~1.5 eV'lik bir bant aralığına sahiptir. Alt bant aralığı enerjilerinde önemli bir absorpsiyon gözlenir ve metal atomlarına atfedilir. Elektrik direnci numunenin saflığına bağlıdır ve yaklaşık 10 4 Ohm·cm'dir. Seebeck katsayısı arasında -5.4 ve -8.0 mV / K, göreceli olarak yüksektir. Bu özellik, metal atomlarından bor ikosahedraya elektron transferinden kaynaklanır ve termoelektrik uygulamalar için uygundur.

Sertlik ve Kırılma tokluğu

Mikrosertlik BAM tozlarının 32-35 GPa. Boronca zengin Titanyum Borid ile alaşım yapılarak 45 GPa'ya yükseltilebilir, Kırılma tokluğu TiB 2 ile veya yarı-amorf bir BAM filmi bırakılarak arttırılabilir . BAM'a AlN veya TiC eklenmesi sertliğini azaltır. Tanım olarak, 40 GPa'yı aşan bir sertlik değeri BAM'ı süper sert bir malzeme yapar . BAM−TiB 2 kompozitinde, maksimum sertlik ve tokluk TiB 2'nin hacimce yaklaşık %60'ında elde edilir . TiB 2 içeriği ~%10 sertlik kaybı pahasına %70-80'e yükseltilerek aşınma oranı iyileştirilir . TiB 2 katkısı, 28–35 GPa sertliğe sahip, aşınmaya dayanıklı bir malzemedir.

Termal Genleşme

Termal genleşme AlMgB için (aynı zamanda termal genleşme katsayısı, COTE olarak bilinen TEC) katsayısı 14 9 olarak ölçülmüştür x 10 - 6 K -1 dilatometri ile ve yüksek sıcaklık ile X-ışını difraksiyonu senkrotron radyasyonu kullanılarak. Bu değer çelik, titanyum ve beton gibi yaygın olarak kullanılan malzemelerin COTE'sine oldukça yakındır. AlMgB için rapor sertlik değerlerine dayanarak 14 ve kendilerini aşınmaya karşı dirençli kaplamalar olarak kullanılan malzemeler, AlMgB Cote 14 kaplama uygulama metotları ve hizmet kez parçaların performansını belirlenmesinde kullanılabilir.

Malzeme TEC (10 -6 K -1 )
AlMgB 14 9
Çelik 11.7
Ti 8.6
Beton 10-13

Sürtünme

BAM ve TiB 2'den oluşan bir kompozit ( TiB2'nin hacimce yüzde 70'i), en düşük sürtünme katsayısı değerlerinden birine sahiptir; bu , elmas uçla kuru kazımada 0,04–0,05'e denk gelir (Teflon için cf. 0,04) ve suda 0,02'ye düşer. -glikol bazlı kayganlaştırıcılar.

Uygulamalar

BAM ticari olarak mevcuttur ve potansiyel uygulamalar için çalışılmaktadır. Örneğin, pompalardaki pistonlar, contalar ve bıçaklar, parçalar arasındaki sürtünmeyi azaltmak ve aşınma direncini artırmak için BAM veya BAM + TiB 2 ile kaplanabilir . Sürtünmedeki azalma enerji kullanımını azaltacaktır. BAM, kesici takımların üzerine de kaplanabilir. Azaltılmış sürtünme, bir nesneyi kesmek için gerekli kuvveti azaltır, takım ömrünü uzatır ve muhtemelen kesme hızlarının artmasına izin verir. Sadece 2-3 mikrometre kalınlığındaki kaplamaların verimliliği artırdığı ve kesici takımlarda aşınmayı azalttığı bulunmuştur.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar