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缺陷对硅碳棒热传导性能的影响规律有重要意义

2022-09-16 15:50:10     点击:

    硅碳棒由于性能优异已广泛应用于核技术领域在辐照环境下载能入射粒子可使材料中的原子偏离屏,体格点位置进而产生过饱和的空位、间隙原子、错位原子等点缺陷这些缺陷将改变材料的热物性能劣化材料的服役性能因此木文利用平衡分子动力学方法(Green-Kubo方法)采用Tersoff型势函数研究了点缺陷对立方碳化硅(3-SiC或硅碳棒)热传导性能的影响规律研究过程中考虑的点缺陷包括:Si间隙原子(SiI,Si空位(Si、一)、Si错位原子(Sia),C间隙原子(CI),C空位(C、一)和C错位原子(Cs)研究结果表明热导率(随点缺陷浓度(e的增加而减小在研究的点缺陷浓度范围(点缺陷与格点的比例范围为0.2%一1.6%)额外热阻率(OR一Rdefee、一RpeufeetnR一1/yRdefee、为含缺陷材料的热阻率、为不含缺陷材料的热阻率)与点缺陷的浓度呈线性关系其斜率为热阻率系数研究表明:空位和间隙原子的热阻率系数高于错位原子的热阻率系数:;高温下点缺陷的热阻率系数高于低温下点缺陷的热阻率系数:S1空位和S1间隙原子的热阻率系数高于C空位和C间隙原子的热阻率系数这些结果有助于预测及调控辐照条件下硅碳棒的热传导性能硅碳棒因具有优异的性能,如抗辐照能力强、化学稳定性好、热导率高等,在核技术领域备受关注.由于sic堆垛层错的形成能低,所以具有多型体现象,即成分相同,但构型和物理性质有差异[0.目前,已经发现的sic多型体有250多种[=]其中,受关注比较多的是立方结构,-SiC或3GSiC),六方结构(如4H-SiC和6H-SiC).在高温气冷堆[s]中,硅碳棒作为TRISO(tristruc-tural-isotropic)型包覆燃料颗粒(简称TRISO颗粒)中的包覆层,可阻挡裂变产物的释放,且可高效导出核芯的热能,避免堆芯温度过高.然而,在辐照环境下,载能入射粒子(如中子和裂变碎片等)可使材料中的原子偏离品体格点位置,引起离位损伤,进而产生过饱和的空位、间隙原子、错位原子等点缺陷.硅碳棒中的基本点缺陷类型包括:Si间隙原子(Sir).Si空位(Si)、Si错位原子(Sia),C间隙原子(dI、C空位(CV)和C错位原子(d0i这些缺陷是构成复合缺陷的基本单元.研究了中子辐照下硅碳棒的微观结构变化,结果表明,在相对较低的温度(蕊800℃)下,辐照后材料里的缺陷主要为点缺陷及小间隙团簇.基于分子动力学研究表明,基本撞击原子辐照产生的剩余点缺陷主要为Frenkel对和错位原子.这些缺陷会影响材料的热物性能,在辐照条件下,SiC材料的热导率会降低.这可能会导致堆芯过热进而造成TRISO颗粒失效,影响反应堆的安全运行.因而研究点缺陷对硅碳棒热传导性能的影响规律有重要意义.www.zbqunqiang.cn


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