1. Ulusal Nükleer Yakıt Teknolojisi Sempozyumu, 3-5 Eylül 19i f İ H I If H jf I I l l URANYUM DİOKSİT-GADOLİNYUM OKSİT YAKITININ BOR KARBÜRLE KAPLANMASI TR0000024 H. DİŞBUDAK 1, İ. USLU 1, A. Y. BİLGESİ) 2, G. GÜNDÜZ 3 1 Türkiye Atom Enerjisi Kurumu, Ankara 2 Ankara Üniversitesi Fen Fakültesi Kimya Mühendisliği Bölümü, Ankara 3 Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Ankara ÖZET Bu araştırmada kullanılan saf uranyum dioksit ile uranyum-gadolinyum (%5 ve %10) yakıtları çöz-pel tekniğiyle üretilmiş, ve sonra yakıtların ve kuvartz camların üzeri kimyasal buhar çökeltme yöntemiyle bor karbürle (B4C) kaplanmıştır. B4C kaplanması, karbon tetraklorür (CCI4) ve bor triklorürün (BCI3) tepkimesi ile, aşırı hidrojen ortamında, 1000-1175 C'de molibden disilisit dirençli tüp fırın içerisinde gerçekleştirilmiştir. Kızılötesi (FT-IR) spektrumlan mevcut literatür verileri ile uyum sağlamaktadır. BCI3/CCI4 molar besleme hızı oranlan, bor karbür kaplama kompozisyonunu değiştirmemiştir. Yapılan deneylerde kaplama kompozisyonunun doğrudan sıcaklığın bir fonksiyonu olduğu görülmüştür. Soğuk bölgelerde daha çok bor içerikli kaplama oluşurken sıcak bölgelerde daha çok karbon içerikli kaplama oluşmuştur. Optik mikroskop altında ince taneli, katmanlı bor karbür kaplamaları elde edildiği görülmüştür. ABSTRACT In this research pure urania and urania-gadolinia (5 and 10 %) fuels were produced using the solgel technique, and then fuels and quartz substrates were coated with boron carbide (B4C) by chemical vapor deposition (CVD). B 4 C coating was achieved from the reaction of Carbon tetrachloride (CCI4) with boron tricloride (BC1 3 ) in a tube furnace heated to 1000 to 1175 C by molybdenum silicide wire, under excess hydrogen. The results of the infrared (FT-IR) spectrum analysis of boron carbide coated fuel were found to be in agreement with the ones given in the literature. The change in molar ratio feeding rate of BCI3/CCI4 did not affect the boron carbide coating composition. Coating composition is a direct function of the furnace temperature. In the colder parts of the furnace the coating composition is boron rich, but at the higher temperature regions of the furnace, the carbon content of the coating composition is increased. Under optical microscope it was seen that boron carbide coating is thin grained and has a layered structure. 221
GİRİŞ Bu araştırmada kullanılan saf uranyum dioksit ile uranyum dioksit-gadolinyum oksit (% 5-% 10) yakıtları, Orta Doğu Teknik Üniversitesi (ODTÜ) Kimya Mühendisliği Bölümü Nükleer Uygulamalar Laboratuarında çöz-pel tekniğiyle üretilmiştir [1], Yakıtların kalsinasyon, peletleme ve sinterleme işlemleri Çekmece Nükleer Araştırma ve Eğitim Merkezi'nde (ÇNAEM) yapılmış ve kullanılan yakıtların fiziksel ve kimyasal özellikleri Gündüz ve arkadaşları tarafından incelenmiştir [2-4]. Günümüzde nötron yutucuların yavaşlatıcıya ilave edilmesinin olumsuzluklarını gidermek için nötron yutucuları yakıta doğrudan karıştırılmaktadır. Bu teknikte Gadolinyum oksit nötron yutucusu endüstriyel olarak kullanılmaya başlanmıştır. Gadolinyum oksit, yakıtla % 10'dan fazla karıştırıldığında yakıtın yoğunluğu, ısı geçirgenliği, erime noktası önemli ölçüde azalmakta ve ısıl genleşme katsayısı artmaktadır. Gadolinyum oksitin yakıtla karıştırılmasındaki bu kısıtlama nedeniyle, son zamanlarda yakıtların nötron yutucularıyla kaplanması yoluna da gidilmektedir. Nükleer yakıtların, zirkonyum diborit (ZB2) ile kaplanması yöntemi ABD'inde başarı ile gerçekleştirilmiştir [5-6], Kaynaklara yeni geçmiş bir yöntem olan, yakıtı bor nitrür (BN) ile kaplama [7-8] yukarıdaki yöntemlere göre daha avantajlıdır. Zirkonyumun yakıt geri kazantmında çözünürlük problemlerinin olması, bor nitrür kaplamada ise azotun nötronla çekirdek tepkimesine ( 14 N(n,p)) girmesi istenmeyen bir durumdur. Bor karbürle kaplamanın nötronik avantajları ayrıntılı olarak incelenmiş ve zirkonyum diborit ve bor nitrür kaplamaya nazaran daha avantajlı olduğu görülmüştür [9]. Bu nedenle bu çalışmada uranyumlu yakıtın bor karbür bileşiği ile, karbon tetraklorür (CCU) ve bor triklorürün (BC1?), aşırı hidrojen ortamı altında 1000, 1100, 1175 C'de molibden disilisit rezistanslı tüp fırın içerisinde kaplanması gerçekleştirilmiştir. Bor karbür kaplama literatürde pek çok teknik ve çeşitli bor-karbon bileşikleri ile gerçekleştirilmektedir. Tokamak reaktörlerinin duvar malzemesi çalışmalarında. B-C katı kaynağı, elektron hızlandırıcılı ısıtma (Electron Cyclotron Heating) sistemleri ile çok kaliteli B4C kaplanması yapılmıştır [10-11]. Aynı amaç doğrultusunda atmosferik ve vakum basıncında, B4C tozu kullanılarak çelik iş parçası üzerine 1.6 mm kalınlıkta kaplama gerçekleştirilmiştir [12] %3 ile 30 arası bor içeren B4C kaplaması düşük basınç plazma püskürtme (Low Pressure Plasma Spray, LPPS) ve C3H6-BCI3-H2 maddeleri ile kimyasal buhar çökeltme yöntemleri ile gerçekleştirilmiştir [13]. Termonükleer reaktörlerde duvar malzemeleri, kimyasal bor-karbon reaksiyonu, kimyasal buhar çökeltme (CVD) ve LPPS tekniklerim adapte edilerek B4C ile kaplanmıştır [14]. Tanecik yönlendirme (sputtering) yöntemiyle katı B4C/C karışımı ve %15 CHTün argona ilavesi ile argon plazması oluşturulup, iki tabakalı, WC X /B 4 C kaplama gerçekleştirilmiştir. Vakum altında C+B karışımı hazırlanıp kaynak ve katot olarak kullanarak, (katot ve molibden parçası mesafesi 4-6 cm tutulup) argon veya hidrojen ark-plazmasıyla B4C kaplaması gerçekleştirilmiştir [15-16]. BI3-CI4 başlangıç maddesiyle, 10-3 torr basınç ve 2000 C'nin altında çalışma sıcaklığıyla, tantal elektrotla (tantalum wire) ark oluşturup kimyasal buhar çökeltme yöntemiyle %2-20 karbon miktarı içeren çeşitli yapıda bor karbür bileşikleri elde edilmiştir. Aynı çalışmada BB13-CH4-H2 indirgemesiyle atmosfer basıncında, kimyasal buhar çökeltme yöntemiyle plazma ortamında bor karbür bileşikleri elde edilip, örgü parametreleri incelenmiştir [17]. Bor karbür kaplaması, BCI3-CH4-H2 karışımı kullanılarak, kimyasal buhar çökeltme yöntemiyle soğuk duvarlı reaktörde yapılıp, reaksiyonun kinetik modeli incelenmiştir [18]. Bir başka 222
çalışmada B4C kaplaması üç ayrı yöntemle incelenmiştir. Bunlar: plazma ile katı bor kaynağı buharlaştırma tekniği, B(CH3Xi (trimetyl boron)-h2 karışımının plazma ortamında çökeltilmesi, ve rf plazma destekli CVD (Plasma Enhanced CVD) yöntemleridir [19]. 2.45 GHz frekansında ve 200 W gücündeki mikrodalga plazma destekli CVD yöntemiyle BBr3- CH4-H2 başlangıç maddeleri kullanılarak çelik, süper alaşım ve refraktör gibi çeşitli malzemeler, 600 C ve daha düşük sıcaklıklarda B4C ile kaplanmıştır [20]. 3 khz'lik indüksiyon fırınında B4C-C karışımı ötektik noktasının biraz altında, yaklaşık 2400 C'de termal olarak bor karbür kaplanmıştır [21]. BCI3-CH4-H2 başlangıç maddeleriyle, 1000-1200 C sıcaklık, 50 torr basınç altında ve soğuk duvarlı termal CVD yöntemi kullanılarak elde edilen bor karbür kaplama incelenmiştir [14]. Bor ve karbon bileşikleri, BCI3-CCI4-H2 kimyasalları kullanılarak 1000-1600 C'de, termal CVD, rf plazma destekli CVD ve piroliz yöntemleri ile atomca %9-20 karbon oranında (B10C-B4C) grafit malzemeler üzerine kaplanmıştır [22], BOR KARBÜR KİMYASAL BUHAR ÇÖKELTME YÖNTEMİYLE KAPLANMASI Bor-karbon bileşiklerini kimyasal buhar çökeltme yöntemiyle sentezleme, basitliği, işletim toleransının genişliği gibi avantajlarıyla uygun bir yöntemdir. Bor karbür kaplanması, bor triklorür veya bor tribromürün, karbon tetraklorür veya metanla, 1000-1600 C'de tepkimesiyle gerçekleştirilmektedir. Bu çalışmada BC1 3 -CCI 4 -H 2 karışımı kullanılmıştır. Genel tepkime aşağıdaki şekilde verilir: mccl 4 + nbclj i^-> B n C ra (+HC1) (1) Bu tepkimeyle genellikle homojen bir biçimde atomca %9-20 karbon oranında (B10C-B4C) rombohedral bor-karbon bileşikleri elde edilmektedir [22]. Buna rağmen karbon yüzdesine göre elektriksel iletkenlik ve ısılelektrik gücü değişim göstermektedir. DENEYSEL TEKNİK Kaplama deneyleri, Orta Doğu Teknik Üniversitesi (ODTÜ), Kimya Mühendisliği Bölümü, Nükleer Uygulama Laboratuvarı'nda tarafımızdan üretilen M0Sİ2 dirençli, 56 cm uzunluğunda ve 5 cm çapında alümina tüp-fırmda gerçekleştirilmiştir. Optimum deney koşullarının tesbiti için, yüksek saflıkta kuvars iş parçası (substrate) kullanılmıştır. Tüp fırın rezistansları H 2 ile soğutularak, yaklaşık 28-32 amper ve 50-60 volt'da varyak yardımıyla çalıştırılmıştır. Çalışmada kullanılan deney sistemi Şekil. 1 'de verilmiştir. Fırın merkezindeki sıcaklıklar, PtlORh-Pt alaşımlı termoçift ve Ankara Nükleer Araştırma ve Eğitim Merkezi'nde (ANAEM) üretilen, dijital, ve milivolt dönüşümlü göstergelerle ölçülmüştür. Kaplanacak malzemeler (nükleer yakıt veya kuvars iş parçalan), fırın içerisinde eksenel olarak yanyana konulmuş ve içerisinden soğutma gazı geçirilen iki kapiler alümina tüp (10 x 600 mm) üzerine tutturulmuştur. Kuvars iş parçaları 15 x 10 x 2 mm ebadında plakalar şeklinde kesilmiştir. 223
Ayrı bir ısıtıcı yardımıyla ısıtılan CC1 4 buharları, reaksiyon ortamına H 2 'le taşınmıştır. Çelik tüp içerisinde muhafaza edilen BC1, ise nozül kullanılarak, argon (Ar) gazı ile reaktöre verilmiştir. Fırın çalışma sıcaklığına ulaştıktan sonra, 2 saat süreyle depolama sürdürülmüştür. Tepkime, aşırı H2 ortamında gerçekleştirilmiş, tepkime sırasında BC1,/CC1 4 akış hızı oranı 5-8 arasında tutulmuştur. Bu çalışmada, Kevill ve Rissmann'nın araştırması temel alınmıştır [22]. Bu araştırmacılar, BC1 3 /CC1 4 akış hızları oranını 4-9 arasında tutarak, bor karbürdeki karbon miktarı değişim yüzdesini %18.1-%22.3 karbon aralığında elde etmişlerdir. DENEY SONUÇLARI ve TARTIŞMA Kızıl-ötesi (FT-IR) Analizi Bor karbürün, 300-4000 cm" 1 kızıl-ötesi (FT-IR) bandları KBr (potasyum bromür) peletleme tekniği ile, Mattson 1000 FT-IR cihazı kullanılarak ölçülmüştür. Bor karbür tozu, KBr kristalleri ile karıştırılarak 80 kpa vakumda, özel bir kalıp sistemiyle, 10 ton/cm 2 basınç altında peletlenmiştir. CVD sonrası elde edilen ürün, ince toz şeklinde olduğu için, özel bir tozlaştırma tekniği kullanılmamıştır. Kızıl-ötesi absorbsiyon bandları spektra verileri, Şekil 2-4'de üç farklı sıcaklık için verilmiştir. Bu bandlar alınırken, band duyarlılığı ) 6 cm" 1 ve tarama sayısı 60 olarak seçilmiştir. Bor karbürün, karbonca zengin B4C-B12C homojen tek faz aralığında, rombohedral birim hücresinin tepesinde oluşmuş, icosehedral düzenlenmiş, 12 atomdan meydana geldiği bilinmektedir. Yapılan son araştırmalar, bor karbürün B-B-B, C-C-C, C-B-C, C-B-B, B-C-B gibi üç atomlu zincir konfîgürasyonları olduğunu göstermiştir. Bu üç atomlu zincir konfigürasyonlan, değişik frekans dağılımlarına neden olacaklarından, kızılötesi absorblama ve yansıtma spektrumlarında, titreşim frekanslarının incelenmesi ile birbirlerinden ayırt edilebilirler [23]. Üç farklı sıcaklık deneyi sonrası (1000, 1100, 1175 C) elde edilen bor karbür örneklerinin, FT-IR absorbsiyon band spektrumları alınmış ve Şekil 2, 3, 4'de verilmiştir. Bunların karakteristik rombohedral yapıda olduğu görülmüştür. Her üç şekilden de görüleceği gibi spektrumlarda birbiriyle uyum sağlayan yedi absorbsiyon bandı gözlenmiştir. Bunlar: (i) 550 cm" 1, (ii)650 cm"', (iii) 800 cm"', (iv) 885 cm" 1, (v) 1200 cm" 1, (vi) 1400-1550 cm" 1 (vii) 2250 ve 2350 cm" titreşim frekanslarında ortaya çıkmışlardır. Ölçülen bu arbsorbsiyon bandları, Werheit ve Kuhlmann'mn [24] çalışmasıyla da tutarlılık ve benzeşim içindedirler. Bu çalışmada, bütün FT-IR absorbsiyon bandı boyunca farklı olarak CO 2 'den kaynaklanan 2250 ve 2350 cm" 1 C-0 titreşim frekansına [25]; 3000-3500 cm" 1 geniş absorbsiyon band aralığında da nemden kaynaklanan O-H titreşim frekansına [26] rastlanmıştır. Bu bilgiler ışığında, Şekil 2,3,4'de FT-IR bantları ölçülen yedi bölgede değerlendirilmiştir. Bunlar: (i) Dar bir banda, yaklaşık 550 cm"'me gözlenen zayıf ve dar pik O-B-0 bağ titreşimini göstermektedir. Bu band Kamatsu ve arkadaşlarının çalışmaları [25] ile uyuşmaktadır. Bu bağ deney esnasında az bir miktarda rombohedral bor karbürün oksitlendiğini göstermektedir. (ü) 650 cm" 1 absorbsiyon bandındaki dar ve zayıf titreşim frekansı saf B-B bağını temsil : etmektedir [25]. 224
(iii) 800 cm" h de geniş ve şiddetli bir biçimde, hep aynı yerde ölçülen titreşim frekansı, amorf bor, kristal bor, ve bor karbür karışımlarından oluşan B+B-B-C bağlarını göstermektedir [23-26]. Bu band aralığında, titreşim frekanslarının üst üste çakıştığı görülmektedir. Bu çakışma bor ve borca zengin rombohedral bor karbür titreşim frekans bölgesini belirtmektedir. (iv) 885 cm" 1 civarında çok zayıf bir absorblama bandı B-O (BC>6) titreşim bağıdır [23-25]. (v) yaklaşık 1200 cm" 1 'de güçlü ve çok keskin şekilde görülen bu titreşim bağı, B-C^C zincir yapısını göstermektedir [26-27]. Bu titreşim bandı son yapılan araştırmalarda kabul edilen rombohedral bor karbürün temel iki titreşim bandından biridir. - (vi) 1450-1550 cm"' yayvan titreşim frekansında şiddetli olarak gözlenen bu absorbsiyon bandı C-B-C'den oluşmuş rombohedral bor karbürün en temel titreşim bağlarından birisidir [23-24,27]. Bu band spektrumları rombohedral bor karbürün, karbonca zengin band bölgesini temsil etmektedir. (vii)2250 ve 2350 cm" 1 'deki zayıf titreşim abzorbanslan olarak gözlenen bu bandlar karbondioksitden (CO2) gelen C-0 bağım temsil etmektedirler [28]. Bor triklorür(bcl 3 ) - Karbontetraklorür (CCI4) Oranlan Etkisi : Bu çalışmada buhar depolama tepkimesi, atmosferik koşullarda BCI3/CCI4 akış hızı oram 5-8 arasında tutularak gerçekleştirilmiştir. Finn içerisindeki gazların geri tepme etkisi, tepkime koşullarına göre, taşıma gazları olan H2 ve argonun gaz basınçlarına müdahale ederek ayarlanmıştır. Fırın içerisindeki gazların geri tepmesi ve reaksiyon ortamını yavaş terketmeleri, kalma sürelerini artırdığı için, bu ayarlamalar dikkatli ve reaksiyona pozitif etki sağlayacak şekilde yapılmıştır. BCI3/CCI4 oranları, kristal oluşumunu (boyut ve homojenlik) ve ayrıca depolama morfolojisini (biçimini) ve kompozisyonu da etkilemektedir. Şekil 5'de 1000 C'de yapılan kaplamadan alman optik mikroskop görüntüsü verilmiştir. Burada, beklenen kahverengi kabuklu, borca zengin, bor karbür bileşiği [22] gözlenmiştir. Bu karnabahar benzeri morfoloji, Vandenbulcke ve arkadaşlarının [29] %17.5 karbon kompozisyonundaki çalışmaları ile benzeşim içindedir. 1100 C'deki kaplamanın optik görüntüleri de Şekil 6'da verilmiştir. Bu morfolojide, ideal bor karbür B4C (%21.7 C ve %78.3 B) bileşiğine yaklaşan kahverengi ağırlıklı, kahverengi-siyah tanecik yapı gözlenmiştir. Şekil 7'de ise 1175 C'de elde edilen kaplamanın görüntüleri, ideal bor karbüre en yakın, koyu siyah, daha büyük hücre morfolojisinde, çok homojen yapılı kristaller halindedir. Şekil 7'de görülen beyaz parlak hatlar, depozit sinterlenmediği için soğuma esnasında çatlayıp incelen film tabakalarıdır. Yapılan her üç deneyde de, iğne yapılı kristallerden oluşan B2. X C yapılı, doğrudan-termoelektrik dönüşüm yapma yeteneği olan kristallere rastlanılmamıştır. Borun nötron yutucu etkisi göz önüne.alınarak, deneylerde borca zengin rombohedral bor karbür bölgesinde çalışılmıştır. Rombehedral bor karbür bileşiği, homojenlik aralığı B9C (atomca %10 karbon) ve B4C (atomca % 21.7 karbon) gibi geniş bir aralıkta tek fazlı ve kararlıdır. SONUÇLAR 1. Geniş bir homojenlik aralığına sahip bor karbür, karbonca zengin, sertliği en yüksek B^C'den, borca zengin B^C'ye kadar 12 atomdan meydan gelen, on iki kenarlı (icosahedral) düzenlenmiş, rombohedral birim hücre yapısında, tek fazlı bir davranış gösterir. 2. Son araştırmalara göre, ideal bor karbür (B4C) temel yapısal modeli B4.3C şeklindedir. Bu yapıda B4.3C'de %81 oranında C-B-C ve %19 oranında C-B-B bağ yapısının olduğu 225
görülmüştür [21]. Buradan karbonca zengin bor karbürde C-B-C bağlan fazla ve dominant olurken, borca zengin bor karbürde ise, C-B-B bağlan fazla ve dominanttır. 3. Ölçülen bu absorbsiyon bandlan, Werheit ve Kuhlmann'nm [22] çalışmasıyla da tutarlılık ve benzeşim içindedirler. Bu çalışmada, bütün FT-IR absorbsiyon bandı boyunca farklı olarak 2250 cm"' ve 2350 cm" 1 CO 2 'den kaynaklanan C-0 titreşim frekansına; 3000-3500 cm' 1 geniş absorbsiyon band aralığında da nemden kaynaklanan O-H titreşim frekansına rastlanmıştır. 4. 1000 C'de yapılan kaplamada, beklenen kahverengi kabuklu, borca zengin, bor karbür bileşiği gözlenmiştir. 1100 C'deki kaplamada kahverengi ağırlıklı, kahverengi-siyah tanecik yapı gözlenmiştir. 1175 C'de elde edilen kaplamanın görüntüleri, ideal bor karbüre en yakın, koyu siyah, daha büyük hücre morfolojisinde, çok homojen yapılı kristaller halindedir. 5. Kaplama kompozisyonunun doğrudan sıcaklığın bir fonksiyonu olduğu görülmüştür. 6. Soğuk bölgelerde daha çok bor içerikli kaplama oluşurken sıcak bölgelerde daha çok karbon içerikli kaplama oluşmuştur. 7. Optik mikroskop altında ince taneli, katmanlı bor karbür kaplamaları elde edildiği görülmüştür. TEŞEKKÜR CVD fırın kapaklannın yapılması, BCI3 306-çelik tüpünün dizaynı gibi önemli ve hassas işlerin yapılmasında emeği geçen ANAEM Mekanik Atölye Şefi Yusuf Mahmut ve ekibine, fırın, sıcaklık ölçüm cihazım temin eden Dr. Zeynep Koksal ve Eyüp Özavcı'ya, Optik görüntülerin alınmasını sağlayan İhsan Tutluer ve Dr. Zafer Sağel'e ve AÜFF'den FT-IR alınmasında gösterdiği candan yardımlarından dolayı Ali Karaduman'a, TPAO-XRD ölçümleri için gerekli altyapıyı oluşturan Sn. Doğan Alaygut ve Dr. Oğuz Ertürk'e, bor karbür ile ilgili çalışmalarıyla katkıda bulunan İTÜ'den Dr. Gültekin Göller' e teşekkürlerimizi sunarız. Bu çalışmanın hazırlanmasında değerli eleştirilerle katkıda bulunan TAEK Başkam Doç.Dr. Emin Özbaş'a, Teknoloji Dairesi Başkanı Ali Alat'a, ve Dr. Ediz Tanker'e gösterdiği sıcak ilgi ve kolaylaştırıcı desteklerinden dolayı teşekkür ederiz. KAYNAKLAR [İ] USLU İ. ve ark., "Uranyum Dioksit - Gadolinyum Oksit Yakıtlannın Çöz - Pel Tekniğiyle Üretilmesi", Nükleer Yakıt Teknolojisi Sempozyumu'97, ÇNAEM, İstanbul, 3-5 Eylül 1997. [2] GÜNDÜZ G., USLU L, "Powder Characteristics and Microstructure of Uranium Dioxide and Gadolinium Oxide Fuel", J. Nucl. Mater., 231 113-120, 1996. [3] GÜNDÜZ G. ve ark., "Effects of Different parameters on Densities of Uranium Dioxide and Uranium Dioxide -Gadolinium Oxide Fuels Produced by the Sol-Gel Technique", Nucl. Technol., 111, 63-69, 1996. [4] IAEA TECDOC Final Report on "Technology and Performance of Integrated Burnable Absorbers for Water Reactor Fuel", basımda. [5] SIMMONS R.L. ve ark., "Integral Fuel Burnable Absorbers with ZrB 2 in Pressurized Water Reactors", Nucl. Technol., 80, 343, 1988. 226
[6] PRITCHETT J.E. ve MUELLER D.E., "Operational Experience with ZrB 2 Integral Fuel Burnable Absorbers", Trans. Am. Nucl. Soc, 55 117 (1987). [7] GÜNDÜZ G., USLU L, DURMAZUÇAR H, "Boron Nitride Coated Nuclear Fuels", Nucl. Tech., 116, 78-90, 1996. [8] USLU İ., ÇOLAK Ü, TOMBAKOĞLU M., GÜNDÜZ G, "The Production, Characterization and Neutronic Performance of Boron Nitride Coated Uranium Dioxide Fuel", 4 lh International Conference on CANDU Fuel, Pembroke, Canada, October 1995. [9] TANKER E., USLU L, DİŞBUDAK H., GÜNDÜZ G., "Bor Karbür Kaplı Nükleer.. Yakıtların Nötronik Hesaplamaları", Nükleer Yakıt Teknolojisi Sempozyumu'97, ÇNAEM, İstanbul, 3-5 Eylül 1997. [10] BARSUK, V.A. ve ark., "Test of the Boron Containing of the Graphite Limited in the T=10 Tokomak", J. Nucl. Mater., 191-194,1417,1992. [11] HİNO T., YAMASHINA T., "Evaluation for Boron Mixed Graphite and High Z Metal As Plasma Phasing Material", J. Nucl. Mater., 196-198, 531, 1992. [12] VAN D.L., ve ark., "Plasma Spray Boron Carbide Coatings for First-Wall Protection", J. Nucl. Mater., 211,135, 1994. [13] LINKE J. ve ark., "Performans of Boron/Carbon First Wall Materials Under Fusion Relevant Conditions", J. Nucl. Mater., 176-177, 856, 1990. [14] JOHANSSON A.S., CARLSON J.O., "Crystallinity, Morphology and Microstructure of Chemical Vapor Deposited Carbon Film on Different Substrate", Thin Solid Films, 261, 52,1995. [15] D1EHL P.E. ve ark, "Characterization of WC X /B 4 C Multilayers sputtered in Reactive Argon-Metan Atmospheres", Thin Solid Films, 239, 57, 1994. [16] SHINO H. ve ark, "Characterization of Carbon Boron Coatings Prepared on Molybdenum By a Vacuum Arc Deposition Method", Thin Solid Films, 189, 149, 1990. [17] PLOOG K., "Composition and Structure of Boron Carbides Prepared by CVD", J. Crystal Growth, 24-25, 197, 1974. [18] SREEKANTH B. ve ark., "Chemical Vapor Deposition of Carbon on Graphite by Methane Pyrolosis", 42, No:l 1, 3123, 1996. [19] BOUCHER C. HIROIKA Y., ve ark., "Comparison of Three Boronization Techniques in TdeV", J. Nucl. Mater., 196-198, 587, 1992. [20] CHOLET V. ve ark., "Chemical Vapor Deposition of Boron Carbide From BBr 3 -CH 4 -H 2 Mixtures in a Microwave Plasma", Thin Solid Films, 188, 143, 1990. [21] VALENTINE P.G. ve ark., "Boron Carbide Based Coatings on Graphite for Plasma- Phasing Components", J. Nucl. Mater., 212-215,1146, 1994. [22] KEVILL D.N. ve RISSMANN T.J., "Growth of Crystals of Several Boron-Carbon Compositions by Chemical Vapor depositions", J. Crystal Growth, 74, 210, 1986. [23] KUHLMANN U., WERHIT H., "Distribution of Carbon Atoms on the Boron Carbide Structure Elements", J. Alloys & Compounds, 189, 249, 1992. [24] WERHEID H. ve ark., "Solid Solutions of Silicon in Boron Carbide Type Crystals", J. Alloys & Compounds, 209, 181, 1994. [25] KOMATSU S. ve ark. "Chemical Transport of Boron in a low Pressure Hydrogen Plasma", J. Nucl. Mater. Sci., Lett., 4, 51, 1985. [26] BLUM N.A. ve ark., "Infrared Absorption of Amorphous Boron Films Containing Carbon and Hydrogen", Phys. Stat. Sol. (a) 41, 481, 1977. [27] MARTIN J. M. L. arl., "pulsed Laser Evaporation of Boron-Carbon Pellets: Infrared Spectra and Quantum Chemical Structures and Frequencies for BC2", J. Chem. Phys. 99 (1), 12, 1993. [28] PAISLY M..1. ve ark., "Boron Nitride Thin Films by Microwave ECR Plasma Chemical Vapor Deposition", Thin Solid Films, 235, 30, 1993. [29] VANDALBULCKE L. HERBIN R., J. Less Common Metals, 80, 7, 1981. 227
AlUmUna tub CCI 4 + H 2 Çıkış -«gazlan BCI, Şekil.l Elektrik Isıtmalı Sıcak Duvar Termal CVD Düzeneği i.10 ı.oo ABS 3000 2000 1000 300 Dalga sayısı (era' 1 ) Şekil 2 Bor Karbürün FT-IR Spektrumu (kaplama sıcaklığı: 1000 C) 228
1.00 0.80 ABS 0.60 0.40 ~ 0.20 4000 3000 2000 Dalga sayısı (cm" 1 ) 1000 300 Şekil 3 Bor Karbürün FT-IR Spektrunıu (kaplama sıcaklığı: 1100 C) 2.00 1.60 ABS 1.20 0.80 0.40 4000 30C0 2000 Dalga sayısı (cm" 1 ) 1000 300 ' Şekil 4 Bor Karbürün FT-IR Spektrumu (kaplama sıcaklığı: 1175 C) 229
Şekil 5. 1000 C'de Borca Zengin Bor Karbür Optik Görüntüsü (x2600) Şekil 6. 1100 C'de Borca Daha Az Zengin Bor Karbür Optik Görüntüsü (x2600) Şekil 7. 1175 C'de Karbonca Zengin Bor Karbür Optik Görüntüsü (x2600) 230