The Reaction rate controlling steps and turbostatic hexagonal structure transition in hBN synthesis
Hekzagonal bor nitrür sentezinde reaksiyon hızını kontrol eden aşamalar ve turbostatik-hekzagonal yapı geçişi
- Tez No: 21967
- Danışmanlar: PROF. DR. ADNAN TEKİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 1992
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 87
Özet
Bor nitrür karbona olan benzerliği sebebiyle malzeme açısından, ilginç özelliklere sahip yüksek teknolojik bir malzemedir. Memleketimizde bulunan zengin bor cevherleri sebebiyle Türkiye açısından özel bir öneme sahiptir. vBor nitrürün ilk sentezinin ardından bu konudaki çalışmalar uzun bir süre laboratuar merakı olarak devam ettirilmiştir. Gelişmiş ülkelerde 197D'li yıllarda başlatılan ileri seramikler konusunda yapılan çalışmalar sırasında ise basınçsız olarak sinterlenmemesi sebebiyle diğer kovalent bağlı bileşikler gibi bir kenara terkedilmiştir. Daha sonraları çok yüksek sıcaklıklara ve basınçlara çıkabilen preslerin geliştirilmesiyle suni elmas üretilebilmiş ve bor nitrür tekrar ilgi odağı haline gelmiştir. Günümüzde ise yüksek sıcaklık yağlayıcısı yüksek sıcaklık yalıtkanı, pota malzemesi, vasıflı refrakterlerde katkı malzemesi, elektronik malzeme, inert astar vs. olarak kullanılmaktadır. Kübik haline dönüştürüldüğünde ise elmastan sonra bilinen en sert malzeme olarak kesici ve aşındırıcı şeklinde kullanılır. Bor nitrür, kompozit malzemelerde katkı malzemesi olarak da kullanılmaktadır. Ancak kovalent bağlı olması sebebiyle sinterlenmesi için bazı katkı maddeleri gerektirmektedir. Sinterlenme mekanizmasının daha iyi anlaşılması için hekzagonal bor nitrürde kafes ve bağların oluşumu, kristalitlerin gelişimi gibi konuların aydınlatılabilmesi gerekmektedir.Kristal yapısında“a”ve“c”eksenleri boyunca oluşturulan bağların enerjilerinin birbirlerinden ol dukça farklı olduğu bilinmektedir. Farklı enerjilere sahip bağların oluşması için farklı sıcaklıklarda sağ lanan farklı aktivasyon enerjileri gerekecektir. Bor nitrür eldesinde kullanılan yöntemlerden, düşük maliyetli ürün üretilebilmesi sebebiyle, borik oksitin nitrürlenmesi metodu kullanılmıştır. Yapılan termodinamik hesaplamalar, borik oksitin yaklaşık 65D C'nin üzerinde amonyak tarafından nitrürlendiğini göstermiştir. Ancak bu sıcaklıkta hem amonyak kısmen parçalanarak reaksiyona girecek kısmı azalmakta hem de borik oksit ergiyerek katı-gaz reaksiyon arayüzeyini azaltmaktadır. Birinci sorun reaksiyon sıcaklığının ve amonyak akış hızının optimizasyanu ikinci sorun ise inert dolgu malzemesi kullanılarak çözülmüştür. Borik oksit ve amonyak arasındaki reaksiyon teorik olarak yaklaşık % 2B'lik bir ağırlık azalışı oluştur duğundan reaksiyon gelişimini takip için amonyak atmos ferinde çalışabilen ve D. 01 g. hassasiyetli bir TGA kullanılmıştır. Sonuçlar borik oksit/dolgu maddesi yüzey alanı oranı azaldıkça dönüşüm miktarının arttığını gös termiştir. Bu sebeple ilk oluşan bor nitrür filminin reaksiyon arayüzeyinin ilerlemesini yavaşlattığı düşü nülmüştür. Bu nedenle elde edilen BN ağırlığının azal maması şartı ile borik oksit oranının azaltılması yarar lı olacaktır. Termodinamik ve kinetik şartlar dikkate alındığın da BN eldesi için en uygun sıcaklığın 900 C olduğu gö rülmüştür. Yapılan TGA çalışmalarında, sabit yatak şartlarında, dönüşümün sırasıyla kimyasal reaksiyon, kütle taşınımı ve gaz difüzyonu aşamaları tarafından kontrol edildiği belirlenmiştir. Bu aşamalardan en hızlısının kimyasal reaksiyon en yavaşının ise gaz di füzyonu olduğu ortaya çıkarılmıştır. Reaksiyon hızını kontrol eden aşamaların belirlenmesi, proses süresinin azaltılabilmesine ve dönüşümün artırılmasına imkan sağ lamıştır.Kullanılan reaktörde BN oluşumu için gerekli opti mum amonyak akış hızının ise 7000 ml/dak. olduğu belir lenmiştir. Amonyak akış hızı azaldığında parçalanmadan dolayı reaksiyona girecek yeterli amonyak kalmamakta, akış hızı arttığında ise gazların kinetik teorisine göre reaksiyon arayüzeyinde yeterli süre bulunamayan gaz reaksiyona girememektedir. Reaksiyon ürününde inert dolgu maddesi, kalıntı borik oksit ve bor nitrür bulunmaktadır. Bu nedenle bor nitrürün saf olarak kazanımı için üç işlemi yapıl maktadır. Çalışmalar, pH azaldıkça çözeltiye geçen inert dolgu maddesi (Ca“(PD,)?) ve borik oksit miktarı nın arttığını göstermiştir. ”Fazla asidik çözeltinin liç işlemi sırasında korozyon ve sağlık sorunları ya ratacağı düşüncesiyle liç çözeltisi pH=D.5 olacak şe kilde kullanılmıştır. Asidik çözeltide yıkanarak saf laştırılmış ürünle rin X-ışınları difraksiyonu (XRD) incelemeleri krista- lografik yapıdaki bazı ilginç karakteristikleri ortaya çıkarmıştır. Buradan ürünün“turbostatik”olarak adlan dırılan iki boyutta kristalleşmeye sahip olduğu ve kristalleşme derecesinin üretim sıcaklığına bağlı ol duğu anlaşılmıştır. Ürünün iki boyutta kristalleşmesi (002) düzlemine ait pikin (100) ve (101) düzlemlerine ait piklere göre daha belirgin olmasından anlaşılmıştır. X ait pi üzerin için g çıkarrn de gör düzlem ğında ; ait p olacağ sarp o RD i kler de y erek işti ülen inde ıkın ı ve laca nceleme in geli apılan li akti r. Tur pik as görüle 2, numun tersi ğı sonu sinde (100) v simi, inert a ısıl işlemin on enerji atik bor risi turb k asimetr vasy bast imet n pi e>d0 duru cu ç 02, ideal munda ise ıkarılmış e (1D1) düzlemlerine tmosferde ve 1350 C'nin Uç boyutlu kristalleşme sini sağladığını ortaya nitrürün (002) düzlemin- ostatik karbonun aynı isi ile karşılaştırıldı- olduğunda (002) düzlemine düşük açı tarafının sarp yüksek açı tarafının tır. Turbostatik bor nitrürde düzlemlerarası“d”mesafesinin idealden düşük, karbonda ise tersi olması na sebep olacak B-N bağının iki ucunda xıelektranegativiteleri farklı atomların bulunması, kar bonda ise böyle bir durumun olmaması sebep gösterilmiş tir. Inert atmosferde yapılan ısıl işlem sonucunda bar nitrürde turbostatik-hekzagonal yapı geçişini temsil eden ve (002) düzlemlerine ait X-ışınları difraksiyonu pikleri aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. -> 1350 C< de ısı işlem yapılmış 1000 C'de elde edilmiş 29 XIIKristalizasyon ısıl işlemi sırasında turbostatik bor nitrürde (002) düzlemleri arası mesafenin arttığı, karbonda ise azaldığı sonucuna varılmıştır. xıiı
Özet (Çeviri)
Boron nitride displays unique properties due to its similarity to carbon. In this thesis, the reaction progress during the nitridation of boric oxide was followed via thermal gravimetry analysis (TGA) and, later on, formation of the hexagonal lattice during crystallization heat treatment was studied. Thermodynamic analysis showed that nitridation is feasible above the melting point of boric oxide, hence, the usage of an inert filler was necessary to avoid the diminishment of the reaction interface. The TGA studies revealed that, under fixed bed conditions, the rate controlling steps are chemical reaction, flow through porous media (or mass transfer) and gas diffusion, respectively. Further studies revealed the effect of flow rate under constant condi tions and confirmed the thermodynamic calculations indicating the dissociation and shortage of ammonia as the temperature increases. The XRD analysis of the leached products revealed the formation of immature“turbostatic”crystal o structure which formed at around 1 DGD C synthesis temperature. This is probably due to the highly different bonding energies in“a”and“c”axis of the hexagonal lattice. The comparison of the (DD2) plane peak asymmetry of turbostatic BN and carbon yielded the conclusion that the interplanar spacing“d”belonging to (DD2) planes increases to the stable value during heat treatment above 1 35D C. Vlll
Benzer Tezler
- Etanolden asetaldehit üretiminde katalist deaktivasyonu, reaksiyon kinetiği ve optimum çalışma koşullarının incelenmesi
Başlık çevirisi yok
MUSTAFA DEMİRCİOĞLU
- Removal of heavy metals from aqueous solutions by low crosslinked chelating resins containing amidoxime groups
Çapraz bağ oranı düşük gözenekli yapıda şelatlayıcı amidoksime reçineleriyle sulu çözeltilerden ağır metal iyonlarının giderilmesi
NESRİN ÇETİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2006
Kimya MühendisliğiEge ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NALAN KABAY
PROF. DR. MİTHAT YÜKSEL
- Kapileri emme mekanizması ile enjeksiyonda kalıplanmış parçadan bağlayıcının alınması
Binder removal from injection molded part by capillary wicking mechanism
YÜKSEL PALACI
- Oksitli bakır cevherlerinden hidrometalurjik yöntemle bakır sülfat kristalleri üretimi
Production of copper sulphate crystal from copper oxide ores via hydrometallurgical process
HASAN KÖKEŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHMUT ERCAN AÇMA
- An experimental study on cobalt based catalytic dry reforming of methane catalysts
Metanın kuru reformlanmasında kullanılacak kobalt bazlı katalizörler hakkında deneysel çalışma
CANSU YASSI
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. AHMET ERHAN AKSOYLU