Kinetics of boron carbide formation by chemical vapour deposition technique
Kimyasal buhar biriktirme tekniği ile bor karbür üretim kinetiği
- Tez No: 82562
- Danışmanlar: PROF. DR. H. ÖNDER ÖZBELGE
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Kimyasal Buhar Çöktürme, Bor Karbür, Bor Karbür Oluşum Kinetiği VI, Chemical Vapor Deposition, Boron Carbide, Kinetics of Boron Carbide Formation IV
- Yıl: 1999
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 101
Özet
öz kimyasal buhar biriktirme tekniği ele bor karbür üretim kinetiği Dilek, Sabri Noyan Yüksek Lisans, Kimya Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi : Prof. Dr. H. Önder Özbelge Eylül 1999, 101 sayfa Bor Karbür, üstün mekanik, ısıl ve kimyasal özellikleri olan, özgül ağırlığı düşük ve metallerle kompozit malzeme üretimine uygun yüzey niteliklerine sahip bir malzemedir. Son yıllarda, bor karbürün Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD) metodu ile üretilmesi, bu tekniğin basitliği ve ekonomik oluşu nedeni ile önem kazanmıştır. CVD prosesinde iki önemli safha bulunur: gazların yüzeye bitişik, dar bir filmin içinden kütle transferiyle geçmesi; ve substrat yüzeyindeki kimyasal reaksiyon. Bu çalışmada, bortriklorür, metan ve hidrojen gazlan karışımından kimyasal buhar çöktürme yöntemiyle bor karbür üretim kinetiği kütle transferi direncini ortadan kaldırarak incelemek amacıyla, iki yüze çarpan-jet reaktörde incelenmiştir. Reaksiyonlar kuvars bir reaktörün içinde asılı konumda bulunan ince (15 um kalınlık, 0.2 cm en, 3 cm boy) tungsten folyolann üzerinde gerçekleştirilmiştir. Çalışılan bağımsız parametreler, reaksiyon yüzeyi sıcaklığı (1200°C- 1450 °C) ve reaktör giriş gazlanndaki BCI3/CH4 oranıdır (2,5-6,0). Reaksiyona sokulan hidrojen gazı stokiyometrik oranın çok üzerindedir. Reaktör çıkış gazlarının FT-IR spektrum analizi bor karbürün kimyasal buhar biriktirmesi esnasında, bir yan ürün olarak dikloroboran (BHCfe) oluşumunukanıtlamıştır. X-ışını toz kırınımı analizinin sonucu olaraksa, sadece P-rombohedral bor karbürün (B4C) oluştuğuna karar verilmiştir. Reaksiyon sistemindeki ilgilenilen molekül ve atomlar düşünüldüğünde, birbirinden bağımsız iki ayrı reaksiyon göz önünde bulundurulmalıdır. Bunlar, bor karbür ve dikloroboran oluşum reaksiyonlarıdır. Yapılan deneyler, giriş gazlanndaki oranının BCI3/CH4 artması ile, bor karbür oluşumunun arttığını ve bor karbür seçiciliğinin yükseldiğini göstermiştir. Yüzey sıcaklığının yükseltilmesi ise, hem B4C, hem de BHCI2 oluşumunun artmasına yolaçmıştır. Yapılan bütün deneylerde, BHCI2 reaksiyonuna olan seçicilik, B4C oluşum seçiciliğine kıyasla daha yüksek olarak bulunmuştur. Reaksiyonların stokiyometrisi dolayısıyla böyle bir sonuç ortaya çıkmıştır. Çarpan-jet reaktörü deney sonuçları, termodinamik denge hesaplamaları ile karşılaştırıldığında, reaksiyona giren gazların reaktörde alıkonuş süresinin çok kısa olması nedeniyle reaksiyonların denge konumundan uzakta olduğu gözlenmiştir. Kinetik veriler, B4C'ün oluşum hızının BCI3 konsantrasyonuna 1,5 'uncu dereceden, CH4 konsantrasyonuna ise -0,5 'inci dereceden orantılı olduğunu göstermiştir. Çalışılan yüzey sıcaklıklarında BHCk'ın oluşum hızı ise BCI3 konsantrasyonuna 0,75 'inci dereceden orantılı olarak bulunmuştur. Bu sonuçlar, daha ayrıntılı bir inceleme gerektiren karmaşık bir mekanizmayı ima etmektedir. Reaksiyonların aktivasyon enerjisi diyagramları, reaksiyon mekanizmalarının 1250 °C ila 1300°C 'daki yüzey sıcaklıklarında değiştiğini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
ABSTRACT KINETICS OF BORON CARBIDE FORMATION BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION TECHNIQUE Dilek, Sabri Noyan M.S., Department of Chemical Engineering Supervisor : Prof. Dr. H. Önder Özbelge September 1999, 101 pages Boron carbide is a material of low density with superior mechanical, thermal and chemical properties, and it has surface porperties suitable for composite production with metals. In recent years boron carbide production by Chemical Vapour Deposition (CVD) proved to be a favourable method for its simplicity and economical features. In the CVD process there are two important steps: mass transfer of gases across the stagnant film next to the substrate, and the reaction on the surface. In this study the reaction kinetics of boron carbide formation by CVD from a mixture of boron trichloride, methane and hydrogen is studied by eliminating the mass transfer resistance using a dual impinging jet reactor. The reactions were carried out on thin tungsten foils (15 um thick, 0.2 cm wide and 3 cm long) suspended in a quartz reactor. The two independent parameters were the substrate temperature (1200°C - 1450 °C) and the BCI3/CH4 ratio (2.5 - 6.0) in the inlet gas stream where H2 was highly in excess. IllThe FT-IR spectra of the effluent proved the formation of dichloroborane (BHCI2) as a by-product during CVD of boron carbide. It was deduced that only P-rhombohedral boron carbide B4C was deposited as a result of X-ray powder diffraction analysis. Considerations on the molecules and the atoms involved implied that two independent reactions should be considered. These are B4C and BHCI2 formation reactions. Analysis of the experimental data showed that the conversion to B4C and the selectivity of the B4C formation reaction increased with the BCI3/CH4 ratio in the inlet gas stream. The increase in temperature resulted in an increase in the conversion to both B4C and BHCI2. The selectivity of the BHCI2 formation reaction was found to be higher than that of the B4C formation reaction in all of the experiments conducted. This is an expected result due to the stoichiometry of the reactions involved. Comparison of impinging jet CVD reactor results with the thermodynamic equilibrium calculations showed that both of the reactions are far from the equilbirum, since the contact time of the reactants with the hot substrate surface is extremely short. Kinetic data showed that the production rate of B4C at the substrate surface is proportional to around 1.5 power of BCI3 and - 0.5 power of CH4 concentrations. Production rate of BHCI2 is proportional to around 0.75 power of BCI3 concentration in the temperature range studied. These results imply a complex reaction mechanism involved which requires further study. Plots of the activation energies of the reactions showed that the reaction mechanisms change between the surface temperatures of 1250°C to 1300°C.
Benzer Tezler
- Kimyasal buhar biriktirme yöntemi ile volfram çekirdekli bor fiber üretiminde sistem tasarımı
System design in tungsten-cored boron fiber production by chemical vapor deposition
SELİM ERTÜRK
Doktora
Türkçe
2012
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL DUMAN
- Ergimiş boraks banyosunda çeliklere vanadyum karbür kaplama
Vc coating of steels in molten borax bath
SEYED MOHAMMED MOUSAVİ KHOEE
- TiB2 coating on different substrates via dual process:CA-PDV and CRTD-Bor
Farklı malzemeler üzerinde çift işlem (KA-FBB, KRTD-Bor) ile TiB2 kaplamasının elde edilmesi
MEHRAN KARIMZADEHKHOEI
Doktora
İngilizce
2024
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLDEM KARTAL ŞİRELİ
PROF. DR. MUSTAFA KAMİL ÜRGEN
- Chemical vapor deposition of boron carbide
Kimyasal buhar biriktirme yöntemi ile bor karbür üretimi
MUSTAFA KARAMAN
Doktora
İngilizce
2007
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİLMİ ÖNDER ÖZBELGE
DOÇ. DR. NAİME ASLI SEZGİ
- Development and characterization of high entropy (HfTiZrMn/Cr)B2 based ceramics
Yüksek entropi (HfTiZrMn/Cr)B2 bazlı seramiklerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
İLAYDA SÜZER
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DUYGU AĞAOĞULLARI