Бориды - Самсонов Г.В.
Скачать (прямая ссылка):
76
Тановых образцов легйруюЩймй электродами из боридов титана,-циркония и вольфрама получаются наиболее износостойкие слои. Данные по механическим и термическим свойствам боридов дают основание предположить сравнительно высокую их термостойкость.
Рис. 24. Зависимость эрозии анодов Ya из боридов переходных металлов от среднеквадратичных смещений их атомов
V м2 при электроискровом Легировании.
радиационная стойкость
Одной из характеристик механической прочности боридов является их радиационная стойкость, определяющаяся способностью материала выдерживать высокие упругие напряжения.
Бориды и сплавы на их основе благодаря высоким поперечным сечениям захвата тепловых нейтронов применяются в регулирующих устройствах и защитных блоках ядерных реакторов [348]. Медленные нейтроны, вступая в ядерную реакцию с атомами бора
1SB + Jn -> ІП + *Не + у + 2,78 Мэв,
вызывают деление ядер бора на два легких осколка-ядра лития и гелия с энергией 0,59 и 1,77 Мэв соответственно. Объем пары атомов лития и гелия почти в 10 раз больше объема атома бора, в связи с чем каждый такой акт деления сопровождается сильным распуханием решетки. Вследствие большого поперечного сечения реакции деления ядер 10B (4010 барн) и высокой концентрации этих ядер в естественной смеси изотопов (19%) облучение боридов нейтронами приводит к быстрому накоплению лития и гелия в решетке борида, что, в свою очередь, вызывает серьезное повреждение борсодержащих материалов.
Возможности снятия напряжений посредством пластической деформации в случае хрупких боридов весьма ограничены, поэтому можно предположить наличие определенной взаимосвязи между радиационной стойкостью и модулем нормальной упругости E или, в случае неодинакового размера зерен d, отношением Elifd, определяющим напряжение, необходимое для распространения трещины из одного зерна в другое.
Сравнение полученных в работе [439] данных, приведенных в табл. 20, показывает, что такая корреляция действительно наблюдается.
77
Таблица 20
Борид Модуль нормальной упругости, кн/ммг Размер зерна, MKM Отношение E/YT Средний размер осколков, MM Радиационная СТОЙКОСТЬ, усл. ед.
TiB4 530 25 106 Не разру- 5
шился
(Ti, Сг)Ва 566 30 103 Tp же 4
ZrB2 343 38 55 2 1
CrB2 211 9 70 3 2
LaB4 398 15 102 Б 3
Исследование образцов боридов титана, циркония, хрома и лантана в вертикальном водоохлаждаемом канале ядерного реактора ВВР-М, расположенном в зоне отражателя, показало, что в боридах TiB2 и (Ti, Cr) B2 появляются трещины, а образцы боридов циркония, хрома и лантана разрушались на осколки размером от одного до нескольких миллиметров [439].
Причина прявления трещин и разрушения образцов боридов— накопление гелия в области несовершенств кристаллической решетки. В работах [122,423] показано, что радиационная ,стойкость зависит от условий, контролирующих диффузию гелия в решетке боридов, т. е. от характера связи и типа кристаллической структуры. В связи с тем, что в кристаллической структуре диборидов отмечается последовательное чередование слоев металла и бора, диффузия атомов гелия между слоями определяется в основном прочностью химической связи Me—В.
Согласно конфигурационной модели локализации валентных электронов [433, 436], как это уже отмечалось выше, при образования боридов переходными металлами IV группы, атомы которых преимущественно доноры электронов,, происходит переход нелокализованной части валентных электронов от атомов металла к атомам бора. Это сопровождается стабилизацией «^-конфигураций атомов бора и локализацией у их остовов ранее нелокализоваиных электронов металла, что вызывает общую энергетическую стабилизацию борида. У атомов переходных металлов V и VI групп наблюдается тенденция к повышению стабильности <25-еостояний в связи с увеличением степени заполненности d-полосы. Поэтому прочность химической связи Me—В убывает в ряду TiB2-(Ti, Cr)B2—ZrB2-CrB2- Действительно, как показали результаты работы [439], максимальное расширение решетки наблюдается в случае диборида титана, обладающего наибольшей прочностью химической связи между слоями атомов металла и бора, что препятствует диффузии гелия между слоями (табл. 21). Наблюдаемая анизотропия искажения элементарной
78
Связь радиационной стойкости боридов с модулем нормальной упругости
Таблица 21
Изменение решетки боридов под воздействием излучения, %
Борид
Относительное изменение объема элементарной ячейки
Относительное изменение периодов решетки, %
Л а/а
Л в/с
TiB2 (Ti, Cr)B. ZrB2
3,1 1,4 0,9
1,5 0,4 0,3
0,1 0,6 0,3
ячейки диборидов свидетельствует, о преимущественном расположении атомов лития и гелия внутри слоев, что подтверждает наличие сильных связей между слоями й менее прочных внутри сдоев. Переход от- TiB2 к (Ti, Cr)B2 и далее к ZrB2 сопровождается ослаблением связи Me-В, что облегчает выход гелия из решетки и уменьшает ее «распухание», Одновременно наблкк дается уменьшение степени анизотропии расширения решетки. Следовательно, появляется возможность размещения Примесных атомов между слоями Увеличение выхода гелия из решетки при переходе от TiB2 к ZrB2 наблюдали экспериментально [734].
