Termal Dissosiasyon Yoluyla Gaz Fazdan Elementer Bor Üretimi

Abstract

Bu çalışmada, ileri teknoloji malzemesi olan ve katıldığı malzemelere ileri teknoloji özelliği kazandıran elementer bor tozu üretimi amaçlanmıştır. Bor en sert ikinci element olmasının yanında, yüksek ergime sıcaklığı, yüksek mukavemeti, yüksek kimyasal direnci, yarı iletken özelliği ve mükemmel nükleer özellikleri sayesinde bir çok yerde kullanım alanı bulmaktadır. Bu çalışmada, elementer bor üretimi, BCl3-H2 gaz karışımlarının sıcak kuvars yüzeyindeki termal dissosiasyonuna dayanan kimyasal buhar biriktirme (CVD) yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmanın özgün tarafı, kullanılan çöktürme yüzeyinin literatürde belirtilenlerden farklı olması ve böylece yüzey-toz ayrımı sorununun giderilmesidir. Kuvars altlık yüzeyinin sıcaklığı, yüksek sıcaklığa ısıtılmış kızgın direnç teller tarafından sağlanmıştır. Kuvars reaktör içine yerleştirilen kızgın kuvars altlık yüzeyine, değişik oranlarda (% hacimce) BCl3-H2/Ar gaz karışımları gönderilmiştir. Üretim sürecinde farklı deney tasarımları denenmiş olup bu tasarımların pozitif ve negatif yönleri ayrıntılı olarak tartışılmıştır. Deneysel çalışmalarda prosesin verimi ve ürünlerin kristal yapısı üzerinde etkili olan, BCl3/H2 mol oranı ve yüzey sıcaklığı parametreleri incelenmiştir. Atık gazların karakterizasyonu FTIR cihazı ile gerçekleştirilmiştir. Ürün karakterizasyonunda ise, XRD, SEM/EDS, AAS, DSC ve Particle Analyzer cihazları kullanılmıştır. Sonuç olarak, α-rombohedral ve β-rombohedral kristal yapılarına sahip saf elementer bor tozları üretilmiştir.In this study, the fabrication of elemental boron is aimed as a high tech product and as an important infrastructure material for the production of advanced technology materials. Boron as being the second hardest element has several application areas thanks to its high melting temperature, high strength, high chemical resistance, semiconductor properties and excellent nuclear properties. In this study, the production method of elemental boron is the chemical vapor deposition (CVD) based on the thermal dissociation of gas mixtures of BCl3-H2 on the hot quartz surface as substrate. The original aspect of this study is that the substrate material is different from the other studies in the mentioned literature and hence the problem of surface/powder separation is accomplished. The temperature of quartz surface is provided by resistance wires heated up to high temperatures. BCl3-H2/Ar gas mixtures in different ratios (on vol. % basis) have been fed to this hot quartz surface placed into a quartz reactor. Different experimental designs have been tried in the production process and the positive and negative aspects of these designs have been broadly discussed. In experimental studies, the parameters affecting the crystal structure of final product and the process efficiency, such as BCl3/H2 molar ratios and surface temperature have been examined. The characterization of exhaust gases have been carried out by FTIR. XRD, SEM/EDS, AAS, DSC ve Particle Analyzer have been used for the product characterization. In conclusion, α-rhombohedral and β-rhombohedral crystal structures of pure elemental boron powder have been produced.