第四讲 包壳材料

Space lattice（空间点阵） is a point array which represents the regularity of atom arrangements.
c
β
a
α
γ
b
Lattice Constants
c
βα
aγ
b
七大晶系
Triclinic(三斜)
a≠b≠c ，α≠β≠γ≠90°
other.
2 4 ( 3 a)3
∴ For BCC,
34 a3
0.68
2. HCP
Example: Be, Mg, Zn, Cd, α-Zr, Hf
Ti( low temperature)
n＝ 1 12 1 2 3 6
6
2
CN＝12
ξ＝0.74
Monoclinic（单斜）
a≠b≠c ， α＝β＝90°≠γ α＝γ＝90°≠β
Orthorhombic（正交） a≠b≠c ，α＝β＝γ＝90°
Tetragonal（四方） a＝b≠c ，α＝β＝γ＝90°
Cubic（立方）
a＝b＝c ，α＝β＝γ＝90°
Hexagonal（六方） a＝b≠c ，α＝β＝90°γ＝120°
别是什么？ • 6）简述Zr-Sn合金的发展历程。 • 7）Zr-4合金的氧化腐蚀规律是什么？ • 8）Zr合金内氢化破坏的过程如何？ • 9）消除Zr合金的内氢化措施有哪些？ • 10）简述PCI引发包壳的破损过程。
减小元件破损率、保证包壳的完整性是提高元件燃耗、保证 反应堆正常、高效和经济运行的重要前提和主要制约因素。
包壳材料
• 包壳的堆内行为 • 锆合金及合金化原理
Questions
• 1）对包壳材料的性能要求是什么？ • 2）可考虑用作包壳的候选材料有哪些？ • 3）Zr合金的合金化目的是什么？ • 4）为什么在Zr中加入Sn有助于抵消N的危害，
降低腐蚀速率？ • 5）在Zr中加入Fe、Ni、Nb等合金元素的好处分
1. BCC
Example: α-Fe , V, Nb, β-Zr Ta, Cr, Mo, W, alkali metals
n = 2 atoms/cell CN=8
The number of nearest neighbours around each atom is called —— Coordination Number.
0.414R
体心立方(bcc) a
3a 4
2 8 0.68 12 0.291R 6 0.154R <100> 0.633R <110>
密排六方(hcp)
a, Βιβλιοθήκη Baidu (c/a=1.633)
a 2

1 2
a2 3

c2 4

6 12 0.74 12 0.225R 6
0.414R
晶胞 空间点阵几何规律的基本空间单元，一般取最小平行六面体。
base-centered (C). face-centered (F) ④ Tetr: simple (P). body-centered (I) ⑤ Cubic: simple (P). body-centered (I).
face-centered (F) ⑥ Rhomb: simple (P). ⑦ Hexagonal: simple (P).
Packing fraction Volume of atoms / cell
＝
Volume of unit cell
To determineξ, The atom is looked as a hard
sphere, and the nearest neighbours touch each
Rhombohedral（菱方） a＝b＝c ，α＝β＝γ≠90°
+
+
+
P
I
C
F
7×4＝28
Delete the 14 types which are identical
28－14＝14
2. 14 types of Bravais lattice
① Tricl: simple (P) ② Monocl: simple (P). base-centered (C) ③ Orthor: simple (P). body-centered (I).
★一些基本概念
• 原子数：平均每个晶胞含有的原子个数。 • 原子半径：原子核到最外层电子的平均距
离，它集中反映了原子核对核外电子的吸 引力和核外电子间相互排斥的平衡结果。
• 致密度：晶胞内原子球所占体积与晶胞体 积之比值K=nv/V
• 配位数：一个原子（或离子）周围同种原 子（或异号离子）的数目称为原子（或离 子）的配位数，用CN来表示。
a2

( c )2 2

2

3

3 2
a


2
c 8 1.633 a3
CN 12 0.74
•••
•
•• •
•• • ••• • •••
结构特征 点阵常数
原子半径 R
晶胞内原子数
配位数
致密度
四面体间隙
数量 大小
八面体间隙
数量 大小
面心立方(fcc) a
2a 4
4 12 0.74 8 0.225R 4
对包壳材料的性能要求 设计尺寸？
易于加工，成本低
常见的包壳材料
锆的物理性质
• 什么叫做相？相变？密排六方hcp&体心 立方bcc？
• 金属或合金中具有同一成分，同一状态的均一 组成，并有界面与其它部分分开的均匀组成部 分称为相。固溶体相和化合物相等。
• 由于温度、成分或压力的变化而导致金属或合 金发生相的分解，相的合成或晶体结构的转变 过程称为相变。
锆的化学性质
锆的氧化腐蚀机理
根据Hauffe原子价规律，加入同族元素或者第VB，VIB，VIIIB族元素，将增加 氧化膜内的电子浓度，减少膜中阴离子空位，从而抑制氧离子扩散，降低腐蚀速率。
锆合金的合金化目的
Classification of materials based on structure
Regularity in atom arrangement —— periodic or not (amorphous)
Single crystal: Polycrystalline:
in the form of one crystal grain boundaries grains