Теплопроводность циркония и сплавов на его основе, применяемых в атомной энергетике тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

РГб од

российская академия наук

ИНСТИТУТ ВЫСОКИХ ТЕМПЕР/ТУР

На правах рухописн Мусаева Замира Алиевна

УДК 535.21

Теплопроводность циркония и спл *ов на его основа, применяемых в атошюй энергетике

Специальность 01.04. 14 Теплофизика и молекулярная физика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-иатеиатических наук

Москва - 1993

Работа выполнена в Институте высоких температур РАН Научный руководитель: доктор технических наук.

профессор Пелецкий В. Э. Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Пахомов Е. П. кандидат технических наук, Миклашевская Е. П., МЭИ Ведуцая организация: Институт металлургии

им. А.А.Байкова, г.Москва

Зацита состоится

1993 г. в

часов

на заседании Специализированного совета К 002.53.02. Института высоких температур РАН по адресу: 127412, Москва, Ижорская ул., 13/19, ИВТАН

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИВТАН.

Автореферат разослан

1993 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат технических наук

Медвецкая Н. В.

©Научное объединение "ИВТАН" Российской акадеуии^наук, 1993 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы обусловлена необходимостью тгалученит надежных данных по теплофизиче^ким свойствам конструкционны< материалов, которые используются в атомных реакторах 1 ¡гелопиг высоких температур и больших градиентов. Для проведенид геппо.-м: расчетов реакторов как для рабочих режимов, гак н дл* акстремальных усло'вий в аварийных ситуациях, нужно знат;. поведение теплофизивеских свойств применяемых сплавов на основе циркония в широком интервале температур, включавшем точку фазового перехода и при различных внешних условиях, к которым относятся газовая среда, водяной пар и т.д.

Для изучения поведения материала в условиях аварийных ситуаций необходимо знать как изменяются теплофизические свойства сплавов под влиянием растворенного в них кислорода. Целью работы являлось:

1. Экспериментальное исследование температурных зависимостей теплопроводности н удельного электросопротивления чистого циркония и сплава на основе [гг * 1% иь).

2. Экспериментальное исследование влияния окисления на температурную зависимость теплопроводности п электросопротивления сплава иг + 1ж №>).

Научная новизна заключается в следующих результатах работы:

1. Получены экспериментальные данные по теплопроводности чистого циркония ^ расширенном интервала температур 350 - 1700 К.

2. Получены экспериментальные данные по теплопроводности и удельному электросопротивлению сплава (2г ♦ 1* ль) в интервале ампера тур 350 - 1500 К.

3. Впервые исследовано влияние кислорода на теплопроводность циркония и сплава Э-110 системы цирконий - ниобий в интервале температур 330 - 1200 К.

1. Определена функция Лоренца для чистого циркония и его сплава

i 71 > >;ь) в интервале температур соответственно 350 1 700 К 35'" i5( К, и также определена функция Лоренца для г-плава * i* м.) с различной концентрацией кислорол-.

Практическая ценность работы состоит в том. что: 1 Создана экспериментальная установка, позволяйся проводит исследования теплопроводности сплавов в широком (350 1800 Í интервале температур на образцах малых размеров Установи сочетает в cede высокую производительность и высокую точност измерений значений коэффициента теплопроводности. Измерительна ячейка позволяет работать с конструкционными материалам различных классов от диэлектриков до металлов с уровне проводимости от 5 до 200 Bt/M-K.

Г.. Полученные данные по теплопроводности и удельном млектросопротивленив сплавов на основе циркония необходимы дл проведения Шиловых расчетов реакторов, как для рабочих рехиыо гак и длл экстремальных условий в аварийных ситуациях.

Апробация работы.

Результаты диссертационной работы докладывались и обсуядалиа на семинарах отдела N'21 ИВТАНа, на Теплофизнческой конференцн! СНГ, Махачкала, 24-28 ивня 1992 г.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, шести глав, в и во, jb. списка литературы и приложения. Обдий объем работы 100 страниц, включая 32 рисунка и 5 таблиц. Библиография содержит 79 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ.

Во введении кратко излагается состояние изучаемого вопроса и формулируется цель работы.

Глава 1 посвящена сбзору работ по исследование .• •¡.юлрову.лнооти циркения и сплавов на егс основе Сплавы на

нове циркония является важными конструкционными материалами, зторые применяется в атомной энергетике Исследование тепловых и зектрическнх свойств этих материалов представляет большой <терес не только применительно к задаче расчета штатных тепловых шшов реактора, но и для расчета динамики развития аварийных пуаций

Коррозионная стойкость циркония довольна низка Для покишг-ния фрчуЗионнсЛ стойкости циркония без существенного роста • чения кхвата нейтронов и ухудшения механических свойств материала ¡пользуется легирование ниобием. Наиболее распространенными шяются сплавы Н 1 (гг ♦ \х чъ) и Н С.5 (гг » 2.5х^>. Сплав Н 1 ¡пользуется для изготовления оболочек ТВЭЛов, а Н 2.5 канальных >уб.

В литературе имеется большое количество раб >т, посвященных ¡следованию чистого цирхония, однако прак очески отсутствуют кедения о переносных свойствах промышленных реакторных сплавов юсщиеся экспериментальные данные для чистого циркония относятся |бо к области высоких температур, либо к умеренным температурам ¡боты, в которых мохно было бы найти данные по теплопроводности. >лученные на одном и том ве образце с помощью одной и той же >тодики как при высоких, так и при умеренных температурах ислючая точку фазового перехода) практически отсутствуют. Кроме (го, данные о теплопроводности зачастую извлекаются на осноне шных об электропроводности с помоцью закона Видемана Франиа, •о в с;вою очередь требует тщательного анализа поведения числа »ренца, особенно в окрестности а р перехода

соответствии с поставленной задачей Лыпа -¡о:,дана :сперныентальная установка для исследования коэффициента >плопро водности конструкционных материалов на образцах м.члмх 13меров в широком интервале температур.

Глава ? с писание установки и методики • и

коэффициента теплопроводности.

¡{солБДсваппЯ коэффициента теплинроьоднисти были выполнены методоц стационарного продольного теплового потока, модифицированный применительно к задаче изучения теплопроводности в расширенной диапазоне температур. Расчетная формула метода основана на соотношении Био-Фурье ч = -х■агаат и строится с учетом того, что созданное устройство позволяет определить локальное значение теплового потока и температурного градиента в выбранном сечении образца. Коэффициент теплопроводности определяется по формуле:

.(т.., . °г-<|т ■ ( 1 .¿с ,

Рс' "ах"

,де: л - тепловой поток, измеряемый с помоиью специального калориметрического устрой-тва.

ИТ

-д^- градиент температуры, который определяется в рабочем сечении образца.

ь - поперечное сечение образца. С( поправки. С> - поправка на тепловое расширение, Сг поправка на радиационный теплообмен в зазорах конструкция, С) - поправка на влияние пирометрических каналов, С< - поправка на теплоотвод по электродам термопар. Измерения коэффициента теплопроводности проводились на экспериментальной установке, рабочий участок которой схематично показан на рис.1. Важнейшим элементом измерительной ячейки является массивный медный калориметра, который состоит из теплопровода 4 и теплопрнемника 3 с крышкой 9. Теплоприемник 3 имеет сверху гнездо, в котором с помозда разрезной к&йбы крепится образец 1. Хршкой образец плотно занимается в\ гнезде теплопрнемника. • На нарукной поверхности теплопровода размечена батарея дифференциальных ( хромель - Копелевых ) термопар 5, спаи которых заделаны в специальные гнезда,

-TT»

ei <¿

прорезанные в верхней и низшей частях теплопровода. В ни.кнея тети теплоприемника припаяна медная трубка, п которой пропускается охлаждающая вода. Соосно с калориметр© установлен охлаждаемый медный экран 7. Толайн

фггороплзетового кольца С подбирается таким образом, чтобы межд торцевыми поверхностями теплоприемника 3 в экрана 7 нмелс зазор - 0.5 мм. Плоскость этого зазора образует рабочее сечен» образца, в окрестности которого проводятся измерена: температуры. С этой цельо в образце высверливаются радиальные пирометрические канала глубиной 0.7» 0. 8d, гда d диаметр образца. Диаметр сверления d=l.2 мы. В интервал, температур 350-1200 К используются хромель-аломелевыэ термопары диаметром 0.2 мм., а вше -оптический пирометр ЭОП-66. Работа элементов калориметра состоит в следующем: тепловой пота создается электронным пучком, направляемым на ннхннй торе! образца сквозь ограничительную диафрагму (таиталовый мл1 молибденовый диск в иедном цилиндре). На участке образца д< первого пирометрического канала происходит формирована регулярного радиального профиля температуры, который определяете; теплообменом на поверхности образца. Тепловой поток, проходящий через . рабочее сечание образца, передается (»лучение» теплоприекнику 3, а затем теплопроводность^ - теплопроводу 4 í охлалдасцей воде. Тепловой поток создает на теплопроводе рззносп температур, которая измеряется батаргей дифференциальны} термопар 5. ЭДС этой батареи является основнш измерительны* сигналом калориметра, по которому определяется величина тепловогс потока. Калориметр предварительно градуируется.

Образец нагревается электронной бомбардировкой.

Bcj эксперименты проводились в вакууме 10's мы. рт. ст. Проверка работоспособности установки была проведена на образце кз нергакевдей стали марки 12х18н10т. Отличие наших данных от

о

<5обаеных раксжеидуещд! в работа Сергеева 0. А. п интервале ■еиларатур 350 1100 К находятся и проделан погрешности кспермнзита. Получэшшэ результаты подтверждают

аботоспособаость установки.

Глава 3 посвяцена исследовании теплопроводности чистого дркония. Теплопроводность чистого циркония была получена а итервало таиператур 350 1700 К. (Ьиэреиия проводились на бразцах с частотой (¿эталла 69.9% (осногнио прнигсн Ре, с, нг, о) лоткость асслвдуеиых образцов пра коинатиой теыпературо оста ал яла б. 49 г/сы.1. В данной работа использовались няяндричесхиэ образцы диаметром 12 ии., длиной 60 ни. В области аппаратур 350-1200 К для измерения температуры использовались рокэль-аяэиелевые термопары диаиатроц 0.2 им. , введенные внутрь адцальнь» сверлений глубиной 9 ии. Королек" термопары пришшался центру дна сверлеиая. Проаода териоэлектродов изолировались и ентркроваяись алундосой солодкой диацатром 1 ии. При высоких еыпературах эти сверления пспользоаздясь в качэстпв моделей ерного тела для измерения теипаратуры с поиозьо оптического ироиетра ЗОП-66. Опитою даниыз били получены на двух бразцах, взятых из различны» партий. В сериях 1-3 спользовался образец из одной партии нодядного циркония, серия была получена на образце, изготовленной из другой партии, а рисунке 2 приведены данные этих серий. В каадой из серий, олучэиных в области а-фази после воврацення к области комнатных еиператур, наблюдается некоторое уменьшение теплопроводности, дной аз причин этого уменьшения иоает явиться поглолениа иркониеи остаточных газов во время опыта отя измерения сопротивления образцов до и после опыта не ОЗВОЛЯЮТ считать ЭТОТ фактор ОСНОВНЫМ (р=сопаО.

Глава А посвяьена исследованию коэффициента теплопроводности электросопротиЕ."ения сплава гг ♦ IX чь.

Л, BT/m К

30

Рис. г ПОЖГЕРМА ТЕГОЮПРОВОДНОСТИ ЦИРКОНИЯ: 1-4

I

o, O-i

CD-I

© -3 X -V

j-1.

то wo i600

- разные серна кзыэрений

Как ужэ отмечалось сплав Э-110 (гг+1х >1Ь) является важным конструкционным материалом в атомной энергетике. Для исследования коэффициента теплопроводности сплава Э-110 нами были использованы стержневые образцы диаметром Б мм. и длиной 30 мм.. Для измерения температуры, как и в случае с чистым цирконием, были выполнены 4

пирометрических радиальных канала на образце (их геометрия

I

глубина П мм., <1=1.,2 мм.). При низких температурах использовались хромель алюмелевые термопары, при высоких - оптический пирометр ЭОП 66.

Было проведено 6 экспериментов на двух образцах. На каждом образце для проверки воспроизводимости результатов измерения проводились при повышении и понижении температуры. Полученные в интервале температур 350 1500 К данные были аппроксимированы с помоцьв метода наименьших квадратов. На рисунке 3 приведены полученные нами данные по теплопроводности сплава Э 110 (кривая 1) и для сравнения нанесены имевшиеся литературные данные. В области температур 350-900 К теплопроводность полученных нами данных практически постоянна. При- приближении к температуре полиморфного я 0 превращения (т=1135. к) наблюдается изменение характера температурной зависимости ' коэффициента

теплопроводности. В области р-фззы теплопроводность изменяется с температурой практически по линейному закону. Данные работы Амаева (кривая 2) полученные для сплав" Н-1, который наиболее близок по составу к наши« образцам Сон содергит IV. мь) имеет Оолее высокие значения теплопроводности в интервале температур 300-1000 К. К сожаления, в этой работе пет сведений о методе исследования и погрешности полученных данных. Данные работы Кикрскова (кривая 3) получены для сплава с содержанием ниобия 1.52% в интервале текператур 350-900 К. Они получены методом Кольрауша в вакуума. Погрешность этих данных в работе не дается.

35.0 л

30.0 -

25.0 -

. аз

Э 20.0 -

15.0 -

1 - данные авторов

2 - дакныэ Ампееа

3 - данные гЛикрякова

Ю.О г < 1 I ! т I г ! | I I 1 I I 1 и 1 « ( I т I ¡'Т7 т ■;"{ .ц < ■< ч » I ; > м ; I ; I I I 1 г < ( | I I I I г I т 1 I | г I I г I 200 400 ' . СОС ССО 1СС0 12СЮ 1-МЗО

Рис 3

т,к

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ СПЛАВА

1г+Ы ЫЬ

с

(л

Е

0

со '

1

О

а

120 0 -

100.0 -

60.0 -

60.'

I I ! I I I I I I I I I I

ГТ-500

I I I 1 I I I I I г I I

700

-г-ГГ 900

| | I I I I I I I I I | I 1 I I I I I I 1 | I I I I

1100 1300 1500

Рис 4

т,к

УделЬное электросопротивление сплава Э-Н0

Сопоставляя наши данние с данными работы А маева, _ нельзя определенно назвать причины такого расхождения, хотя это практически один и тот же сплав. В работе Акаев? такае не дается химический состав сплава, и не описан технологический процесс изготовления образцов, что определяет исходную структуру образцов. Кроме того, расхождение в полученных нами данных и данных работы Амаева могет объясняться различным содержанием ниобия, так как для это^о сплава содержание ниобия могет по технологии меняться от 0.8 до 1.1%.

Для измерения удельного электросопротивления образцов сплава Э-110 использовалась рабочая камера, построенная на основе вакуумного универснального поста ВУП-5. Остаточное давление ь высоковакууыном объеме прг охлаздеиии ловушки водой составляло 1.3-10*5Па. В рабочей камере нахо'дится нагреватель, намотанный на алундову!) трубк/.из молибдена («1=1мм. , длиной 1мм.), ыоаностыэ примерно 300 вт. Для измерен ия удельного электросопротивления через образец пропускался постоянный ток. Для измерения температуры образца использовалась яромель-алюмелеьая термопаре . диаметром,0.2 мм., которая .-приваривалась точечкой сваркой к поверхности образца.

Полученные данные били аппроксимированы с помогло метода наименыаах кьадргтав. ла рисунке 4 приведены полученные данные удельного электросопротивления сплава Э-110, а такла для" сравнения нанесены данние*по р кз работы Микрвкова, полученные 5 области температур 300-1000 К. Полученные иаыи данние имеют резкоз уканьшенке удельного электросопротивления в области фазового перехода, который начинается при тсшературо

приблизительно 1050 К ч заканчивается примерно при теглзературе 1200 К.. В р-фазе наблюдается практически линейный рост электросопротивления. ■ В Главе 5 рассматривается влияние растворенного кислорода на

теплопроводность и уделызоз электросопротивленио сплава Э-110. Для определении злазгшл ;а?слсрода на коэффициент теплопроводности цирхснпознз сплавсз ¿или из -этозлэны образцы сплава Э-110 о' различным содорзэнкэы кислорода. Насизепие образцов "кислородом осуществлялось шафотэриогравииетг ччэсхсй установка с контролируемой awociepofl "mgdtd-it-s" фирмы sbtaram. Насыаонио производилось с кспользоаанием чяродувшихся процедур контролируемого С с непрерывной регистрацией привеса) окисления и последутаего го«огенизиругдего вакуумного отжига, который необходим для рзстаорения плзнкн 2rOi ¡1 выравнивания градиента концентрация кислорода по сечекно образца. Отжиг проводился при температура 1£00°С, :i р"сГ£ 10"5 mi. рт. ст. з течении 3 час. Для нсседовавая козфЗздпепта теплопроводности были отобраны образцы трех составов с рз.зпой концентрацией кислорода (3.3% ат., 6.3% ат. , 9% ат. oi). Ibyvs:n!a влияния кислорода проводилось на образцам уиэнькгнньсг размероз Сдианзтр образ"оз - 5 мм. , длина -30 ым). Эксперимента по определении коэффициента теплопроводности были проведены в интервале температур 350-1200 К. Для измерения температура яспольэсаались хромоль-ал-шэлевмв теруопари. Они пркзаряззйшеь я nosspxnocra образца.а четырех точка:*, в которых и рг.ссчлтигаяссь значение продольного градиента температура. Полуде ¡ш-г? лами экспериментальное данные длл каждого состава бзим яппрокегт^оааки с поиезьз (Метода игтаяэпьгша кзадратов слэдусалми уразненсла:

удя сплзм с 3.3% ат.oj : х=10.928о + 0.043-10"'т ♦ 5.207 • 10* V ars сплаял с б. 3% ат. Oi : \=11. 0373 - 3. 554-10*'т ♦ 1.Б88-10"*т>

длл сплпел с 9% ат. оз : 1=18.2339 - 2.73-10''т ♦ 3. S3-10"5т" Получэпииэ результата приведены на рисунке б. lb рисупха яядпо, что пр.; температуре ргвней примерно 900 К для сбразцоз sees состапоэ (включая н сплзз Э-110 не насиненный кислородом? происходят изменение влияния кислорода на ксзф£иаие-ит

теплопроводности. Если в интервале температур от комнаткой до примерн 800 К значения коэффициента теплопроводности уменьшались с увеличением содержания кислорода, то в'-вг этой температуры наблюдается обратная зависимость: с ростом содержания кислорода в образцах значения коэффициента теплопроводности увеличиваются. Причем для сплава 3.3% ат. в интервале температур 330 900 К зависимость коэффициента теплопроводности от температура, практически линейна, а для сплавов В. 3% и нгбявдаэтся боле« крутой рост зависимости х от т и он» имеет практически близка® значения в этом интервале температур.

Следует отметить, что в литературе практически нет данных о влиянии кислорода на коэффициент теплопроводности циркониевых сплавов. Единственная работа, в которой делаится попытка проанализировать зависимость теплопроводности циркония от концентрации кислорода это работа Треко (1955). В ней давтел значения коэффициента теплопроводности в савкскмостн от содержания кислорода только при одной температуре равной 0*С. Причем эти данные получены расчетным путем по изкереннш значениям коэффициента электросопротивления в известному числу Лоренца. По втим данным Треко сделал вывод, .что каздыа поточечный атомный процент кислорода понижает теплопроводность примерно на 10%. В наши; экспериментах мы ке наблод^ем такого равномерного изменения коэффициента теплопроводиостЕ с увеличением содержания кислорода, . более того, при температур® выше 900 К наблюдается обратный процесс. Такое поведение кривых теплопроводности нельзя объяснить упорядочением кислорода с ростом температуры, так как упорядоченная система сохранилась бы при обратном температурном ходе, т.е. при возврате из области высоких температур в область низких температур. При этом кривые теплопроводности воспроизводились при прямом и обратном температурном ходе в каждом опыте

30.0

25.0 -

f— CQ

20.0 -

К

ts.o

too

1 - чистый сплав Э-IIO

2 -- 3.3;? ат. кислорода

гч Л'-* ___ _ ~ ~

GTe кислорода

Т—!—1—I I I 1—1—1—i—i—¡—I—;—r~1—1—I—9—i—r—r—i—r—T—í—f—í—I—|—T—I—¡—I—I ■-)■'■ I—I—f—I—1—I—I—ГГ

:üO ¿00 600 800 loco

T,K

Рис 5 Теплопроводность сплава э-liO

с разной гсокцетрациеи кислорода

w 160.0 ч

E о

ю | 110.0 -О

Q.

60.0 -

10.0

1 - чисти?: сплав Э-IIG

2 - 3.3% ат. кислорода

3 - 6.3^ ат. кислорода

4 - ат. кислорода

I I I I I I I I I i I 'I М I I I I I [I I I I I I I ) I ) I I I I I I I I I I I I || || || I I I II | 1 ) | | I I I I | I I

200 400 600 600 1000 1200 14С0

т,к

Рис 6 УделЬное Электросопротивление сплава Э-ЦО

с разной концентрацией кислорода

Поэтому такое поведение, по-видимому, следует связать о характерными чертами электронной структуры системы цирконий кислород. Уровень Ферми у циркония находится справа от глубокого минимума кривой плотности электронных состояний. Ее резкое возрастание с энергией в окрестности энергии Ферми

связано с электррнами d зоны с большой эффективной массой

i

Легировапие кислородом может заметно сдвигать положение уровня Ферми и заметно изменять плотность d-состояний при этой анергии. Гост теплопроводности с увеличением концентрации кислорода мог бы быть связан с уменьшением плотности состояний d-зоны, в которую рзссеиваптся более легкие носители s-зоны. Однако, такой эффект наблюдался бы я при температурах слева от области минимума полнтеркл х(т). Альтернативным объяснением вида концентрационной зависимости и температурной зависимости теплопроводности может бить развитие при повышенной температуре эффекта биполярной диффузии совместным переносом тепла электрона«:: и дырками дополнительных состояний, возникающих при внедрении кислорода в решетку циркония.

Удельное электросопротивление образцов, насыщенных кислородом, било изиереко в рабочей камере ВУП-5, о которой упоминалось etsse. Полученные результаты были аппроксимированы с помочью ЮЖ. На рисунке 6 прведекы полученные нами данныэ по удельному электросопротивлению в интервале температур 130-1BD0 К. Ib рисунка видно, что с увеличением содержания кислорода в образцах удельное электросопротивление растет. Причем в интервале температур от 350 до 900 К зависимость р от т близка к линейной, а а интервала от 550 до 1150 К р практически не зависит от темперзтури, а начиная с температуры приуэрно 1150 К заметен некоторкЯ спад значений удельного электросопротивления.

Глава 6 посвящена определению значений функции Лоренца для чистого циркония, сплава Zr + 1% нь и сплава 2г + 1% Nb с

Т7

различной концентрацией кислорода, по Езиарашна i и р. Получзкные нами вкспернкзнтаньиш путей зиа'эния соотйозеикя Бидемана-Франца для циркония ti ого сплавов оказались йольаэ теоретического значения. Наша кривая функции Лоренца для чистого циркония в интервале температур 350-1700 К обнаруживает пологий максимум в районе 600 К и слабое умэиьвение величины l вплоть до фазового превращения. В области высокотемпературной 0ЦК - (ази значения ФЛ иодидного циркония весьма близки к теоретическому значение числа Лоренца и - 2.445 10"'в1/ к', характерному для вырожденного электронного газа. Принимая со снк&шние сто обстоятельство, uosaio полагать, что фононная теплопроводность /з-циркония не играет зама х ной роля в процессе перекоса тепла, & рост с температурой об^ей теплопроаодноста отражает спещфгеу поведения электронной состаЕляваей. В области нпзкотсшшратуриой u-фазы ситуация не столь однозначна. С одной стороны, замэтисэ превышение значений ФЛ над теорйтичкегаш заставляет полагать, что ьклад фононного механизма здесь играет суцест&ениу» роль. В то q время характер политерма теплопроводности а-циркония сильно маскирует этот вклад. Характерная для последнего зависимость от температуры типа 1/т в об^ей теплопроводности нккак иа проявляется. Значения функции Лоренца для справа zr + IX нь получены нами в интервале температур 350 1500 К. Обнаружено, что в области а-фазы политерма функции Лоренца аномальна, пра приблихении к температуре а-р превращения спад ее сменяется возрастанием, а в области р-фазы значение функции Лоренца выходит на теоретическую величину. На рисунке 7 приведены полученные наш значения функции Лоре;.да в области температур от 350 до 1200 К для сплава Zr + IX нь с разной концентрацией кислорода: 3.3% ат., 6. ЗУ. ат. , 9% ат.. Из рисунка видно, что с ростом содернання кислорода в сплаве увеличиваются значения функции Лоренца. Причз» для сплавов 6.3". ат. и ЗУ, ат. кислорода ход кривых практичесг

3.0 -1

4.0

СП

со I

о

I—I

«® 3.0

I - чпстьс: сплав Э-110 ^ - 3.3, ат. кислорода

3 - 6.3> а?, кислорода

4 - » '« ат. кислорода

2.0 1 |- | ) | -| | » | | < | | | | | | | | | I | | | I I | I | | I | I I I I I I I I I | I I 1 I I I 200 4СО ЗОо 800 1000

"П"| 1200

т.к

Рис 7

Функции Лоренца длл сплава э-ЦО с разной концентрацией кислорода

имеет одинаковий характер, т.е. в интервале температур от 350 ко примерно 700 К значения функции Лоренца уменьшается и прц температуре выше 700 К растут. Для сплавз 3.3% ат. члс^о Лоренца имеет болез низкие значения и оно практически во всем интервала температур не изменяется. По <~тепекк превышения рассчитанной по измеренный значениям теплопроводности к удельному электросопротивлении величины ь над его теоретический значением, можно судить о величине фононной составлявшей в обцей теплопроводности материала. Б сплавай циркония с разным содержанием кислорода, вероятно, ее влияние увеличивается с понижением температуры н с повышением концентраций. С повышением температуры для циркония и его сплавов х® возрастает, что ко наблюдается для других металлов.

ВЫВОДЫ

1. Создана экспериментальная установка для исследования коэффициента теплопроводности металлов и сплавов. Установка позволяет получать сведения о коэффициенте теплопроводности твердых материалов в расширенном диапазоне температур дЗбО - 1800 К)

2. Проверка работоспособности установки и достоверности получаемых результатов была проведена с помочь» измерения теплопроводности нержавеющей стали в интервале температур 350-1200 К. Согласование полученных данных с имеющимися литературными данными в пределах погрешности эксперимента подтвердило достоверность получаемых результатов.

3. Проведено экспеоиментальное исследование коэффициента тепле ¡роводности чистого циркония в широком интервале, температур от 350 до 1700 К, включающем область а - р перехода. Полученные данные свидетельствует о монотонности

температуркой крзаоЗ теплопроводности при полиморфном превращения этого металла. Отмечен аномальный характер теипературио.1 зависимое!.! теплопроводности чистого

циркония: шншмуы в области а-фаи , возрастание при приблнпения к температуре полиморфного превращения к полодительныа температурный коэффициент в области £-фазы.

Проведено экспериментальное исследование коэффициента теплопроводности а удельного электросопротивления реакторного силам Э-110 12т ♦ 1* мь) а интервала температур 350-1500 К Обнаружено, что температурная зависимость теплопроводности сплава Э-110 воспроизводит тип иолитермы чистого циркония в области р-фаэы, а легирование циркония ниобием поникает теплопроводность цархонма.

3. Впарвкэ получешг экспериментальниэ данные по теплопроводности и удельному электросопротивление реахтср ого сплава Э-110 ¿"различным содерданиам растворйнногб кислорода (3.У/, ат , 6.3% ат., 9Х Г в интервала тетера тур 350-1200 К. Показ я чо, что с роск«1 содергашя кислорода в образце значения тепяййрогюдноста уиеньйаотея при температурах" от 350 К до фО К, а В5гэ этой температуры характер влияния внедренного газа па теплопроводность становится обратным.

0. Определены значэнкя функции Лоренца для чистого циркония и его сплава Э-110 а интервале температур соответственно 350-1700 X и 350-1500 К. Получено, что а области р-фазы для чистого циркония и сплава Э-110 значение функции Лоренца вуходит иа теоретическую величину характерную для упругого рассеяния носителей. Для а-фззы

политериа функции Лоренца аном льна, при приближении к тоьгпературе а-р превращения спад ее меняется возрастанием. Показано, что растворение кислорода в

¿плаве г г ыъ сопровождается увеличением числа Лоренца, при этом аномальный характер температурной зависимости функции Лоренца усиливается с ростом концентрации кислорода По результатам исследовании опубликованы следу капе работы

1. Пелецкий В. Э. . Грнцук А. П. . Мусаева 3. А Экспериментальна» исследования переносных свойств альфа и бета циркония ТВТ. 1992. Т. 30. N6. Г 1090.

?. Пелецкий В. Э. , Гривук А. П . Цусаева 3. А Теплофазическ^я конференция СНГ, Махачкала, 24-28 нш 1ЭЭ2 г ' Теокси докладов.

3. Исследование теплофизических свойств реакторных материалов Пелецкий В. Э. , Мусаева л. А. , Петрова И. И. и др. Отчет ШТАЛ. N74/90, М. , 1990 г

З.А.Цусаева

ТьЛЮПРОВОДНОСТЬ ЦИРКОНИЯ И СШШЮВ НА ЕГО ОСНОВЕ, ПРИМЕНШ&М В АТ0ИН0Й ЭНЕРГЕТИКЕ.

Автореферат

Подписано к печати 2I.Cj.93

¡ечать офсетная 5ад.аз № 669

Уч. иэд.я. 1,5 Тираж 100 экз.

Формат 60x84/16 Усл.печ.д. 1,39 Бесплатно

АЛ "Пане".127412,Москва, Ижорская ул..13/19