Production of boron nitride using chemical vapor deposition method
Kimyasal buhar biriktirme methodu kullanarak bor nitrür üretimi
- Tez No: 371736
- Danışmanlar: PROF. DR. HİLMİ ÖNDER ÖZBELGE, DOÇ. DR. NAİME ASLI SEZGİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 95
Özet
Bor nitrür, kimyasal inertlik, geniş band açıklığı, yüksek oksitlenme direnci ve ısı iletkenliği gibi üstün özellileri ile gelecek vaat eden bir malzemedir. Ayrıca, seramik matriks bileşeni olarak dış yükü dağıtmada ve matriks çatlaklarının yönünü değiştirmede de kullanılmaktadır. Bu nedenle, bir çok çalışmanın konu başlığı olmuştur. Bu çalışma, kimyasal buhar biriktirme yöntemi (CVD) kullanılarak çift taraflı çarpan jet reaktörde diboran (B2H6) ve amonyak (NH3) gazlarından tungsten (W) üzerine biriktirilen bor nitrür (BN) üretimini incelemektedir. Yüzey sıcaklığı, toplam gaz akışı ve reaktant gazların konsantrasyon oranı gibi üretim parametreleri tartışılarak çarpan jet reaktöründeki BN üretimi çalışılmıştır. XPS, XRD, Raman Spectrum ve SEM analizleri kullanılarak üretilen bor nitrür (BN) ince filminin karakterizasyonu yapılıp, yapısı ve morfolojisi incelenmiştir. XRD analizi, bor nitrürün tungsten yüzey üzerinde oluştuğunu göstermiştir. Üretilen filmdeki elementlerin atomik oranları XPS analizi ile elde edilmiştir buna gore ürün içerisinde bor nitrür dışında başka borlu birleşikler olabileceği ortaya çıkmıştır. Raman spectroscopy üretilen film içerisindeki B-N bağlarının varlığı ile ilgili bilgi vermiştir. SEM analizi göstermiştir ki üretilen filmin morfolojisi sıcaklık ile değişmektedir. Sıcaklığın biriktirme hızına etkisi 900oC – 1200oC sıcaklık aralığında çalışılmıştır. Biriktirme hızının sıcaklık ile doğru orantılı olarak arttığı bulunmuştur. Toplam gaz akışındaki farklı diboran ve amonyak molar oranlarının biriktirme hızına ve üretilen filmin morfolojisine olan etkileri çalışılmıştır. Film boyunca oluşan profili gözlemlemek için kalınlık analizi yapılmıştır. Buna göre, film biriktirme hızı reaktantlar reaktöre 0.050 molar oranda ([B2H6]/[NH3]) beslendiğinde maksimuma ulaşmaktadır. Toplam akış hızının biriktirme hızına etkisi reaktantların konsantrasyonu sabit tutularak araştırılmıştır. Buna göre, toplam gaz akışı biriktirme hızı ile ters orantılı olarak değişmektedir. Bu durum gazların reaktörde kalma süreleri ile açıklanabilir. Sonuç olarak, maksimum biriktirme hızı icin sıcaklık ve konsantrasyon oranı toplam gaz akışının 150 ml/dk oldugu durumda sırasıyla 1200 oC ve 0.050 ([B2H6]/[NH3]) olarak bulunmuştur.
Özet (Çeviri)
Boron nitride is a promising material with its outstanding characteristics like chemical inertness, large band gap, high oxidation resistance and thermal conductivity. It is also used as ceramic matrix component which transfers external load and deflects matrix cracks. Therefore, it has become a subject matter for many studies. In this study, the process of boron nitride (BN) production from diborane (B2H6) and ammonia (NH3) on tungsten (W) substrate in impinging jet reactor is investigated using chemical vapor deposition (CVD) method. The process parameters; temperature of the substrate, total gas flow rate and concentration ratio of the precursors are studied to obtain the highest deposition rate in the impinging jet reactor. The composition, structure and morphology of the produced films were studied using XRD, XPS, Raman Spectroscopy and SEM methods. XRD analyses of the products showed that boron nitride formed on the tungsten substrate. Atomic ratio of the elements in the produced film was obtained from XPS analysis which shows that other boron products might be formed in the product as well. Raman Spectroscopy gave information about the existence of the B-N bonds. SEM analyses showed that the morphology of the produced films changes with respect to temperature. Effect of temperature on deposition rate was studied between 900oC and 1200oC. It is found that deposition rate is positively correlated with temperature. Different molar ratios of B2H6 to NH3 were studied in order to analyze the effects of different molar ratios on the deposition rate and morphology of the film. It is found that, at the molar ratio of 0.033 and 0.099, the morphology of the film is similar. At the molar ratio of 0.050, rounded grains on the topography were observed. Deposition rate of the film reaches to maximum when the reactants are fed to the reactor at the molar ratio of 0.050. The effects of total flow rate on the deposited film were investigated keeping the concentration of the reactants constant. Total flow rate is negatively correlated with deposition rate due to the residence time of the reactants in the reactor. Thickness analyses were done to observe the profıle throughout the fılm. As a result, it is found that the highest deposition rate is obtained at the temperature of 1200oC with a total flow rate of 150 ml/min and molar ratio ([B2H6]/[NH3]) of 0.050.
Benzer Tezler
- Chemical vapor deposition of boron nitride nanotubes
Bor nitrid nanotüplerin kimyasal buharlarin çöktürülmesi yöntemi ile üretilmesi
NİYAZİ OKAN ÇİFTCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. ERMAN BENGÜ
- Production of boron nitride
Bor nitrür üretimi
ENGİN ÖZKOL
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Bölümü
DOÇ. DR. İSMAİL ATILGAN
PROF. DR. H. ÖNDER ÖZBELGE
- The Production characterization and burnup of uranium dioxide-gadolonium oxide fuel and buron nitride loated uranium diokside-gadolonium oxide fuel
Uranyum dioksit-gadolonyum oksit yakıtlarının ve bor nitrür kaplı uranyum dioksit gadolonyum oksit yakıtlarının üretimi, fiziksel özellikleri ve nükleer yanma özellikleri
İBRAHİM USLU
- Au, Ag, Cu metalleri yüklenmiş bor-nitrür nanotüp yapılarının etilen oksit adsorpsiyonu ve gaz sensörü için kullanılabilirliğinin yoğunluk fonksiyoneli teorisi (DFT) ile incelenmesi
Au, Ag and Cu doped BNNT for ethylene oxide gas detection: A density functional theory study
SELİN DOLMASEVEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Kimya MühendisliğiBursa Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET FERDİ FELLAH
- Bor nitrürün dozimetrik özelliklerinin lüminesans tekniklerle incelenerek sağlık fiziği uygulamalarında kullanılabilirliğinin araştırılması
Feasibility investigation of the dosimetric properties of boron nitride by using luminescence techniques on health physics applications
ÇAĞAN HAKAN ÖZTOPRAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Fizik ve Fizik MühendisliğiAnkara ÜniversitesiMedikal Fizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GAYE ÖZGÜR ÇAKAL