Взаимодействие цирконий-углерод

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Взаимодействие цирконий-углерод

05.01.2020

Диаграмма состояния системы цирконий — углерод приведена на рис. 9. В этой системе образуется единственное соединение — карбид ZrC. Углерод понижает температуру плавления до эвтектической, находящейся, по данным разных работ, в области 1810—1860°С и повышает температуру а—>в-превращения до 872—885°С.

Растворимость углерода в в-цирконии, по данным различных работ, приведена в табл. 7. Значения максимальной растворимости углерода при эвтектической температуре, полученные в работах, следует рассматривать как оценочные. Более точные данные получены в работе. Зависимость максимальной растворимости [в % (ат.)] углерода в в-цирконии от температуры (в области температур 1175—1880°С) описывается уравнением

Растворимость циркония в графите, по данным работы, составляет менее 0,01% (по массе).

Скорость диффузии углерода в в-цирконии исследовали различными методами: анализом содержания изотопа C14, микрорентгеноспектральным анализом, измерением скорости электропереноса. Несмотря на разные значения D9 и Q, величины коэффициентов диффузии углерода в (3-цирконии в интервале температур 1000—1600°С, полученные в работах, практически одинаковы (табл. 8)

В работе при исследовании диффузии углерода в цирконии, имеющем размер зерен 15—45 мкм, сделана попытка разделения эффектов объемной и зернограничной диффузии. Путем анализа экспериментальных кривых распределения углерода в цирконии в интервале температур 1100—1700°С было найдено, что предэкспоненциальный множитель и энергия активации при диффузии по объему зерен составляют 1,4*10в-6 см2/с и 30000 кал/моль, а при диффузии по границам зерен — 0,235 см2/с и 24100 кал/моль. Согласно этим данным, коэффициенты диффузии по границам зерен в исследованной области температур на б порядков выше коэффициентов диффузии по объему зерна. Полученные в работе значения коэффициентов диффузии по границам зерен примерно в 10 раз выше, а по объему зерен примерно на 4 порядка ниже значений, приведенных в работах.


В широком интервале температур исследована диффузия углерода в карбиде циркония. Расхождение в значениях энергии активации самих коэффициентов диффузии очень велико. Это является следствием не только различия состояния исследованных образцов и точности использования методик, но и недостаточной обоснованности ряда допущений, положенных в некоторых работах в основу расчета коэффициентов диффузии. Следует, однако, отметить, что при температурах около 1900°С значения коэффициентов диффузии, полученные в различных работах, относительно хорошо согласуются друг с другом. Большие же расхождения, наблюдаемые при низких температурах, могут быть объяснены еще и тем обстоятельством, что большинство значений при этих температурах получены путем далекой экстраполяции за область исследованных температур, что не всегда может быть оправданным и преемлемым.

При исследовании диффузии углерода на моно- и поликристаллических образцах было установлено, что коэффициент объемной диффузии в области температур 1350—2150°С на 1—2 порядка меньше коэффициента диффузии по короткоциркуляционным путям, причем с увеличением температуры различие в значениях коэффициентов диффузии уменьшается.

В нескольких работах коэффициент диффузии углерода в карбиде циркония был рассчитан из значений скорости роста карбидного слоя. В работе была измерена толщина карбидного слоя, образующегося на поверхности графита при его взаимодействии с жидким цирконием, в зависимости от времени и температуры взаимодействия. В области температур 2000—2800°С рост карбидных слоев строго подчиняется параболическому закону и константы парабол имеют следующие значения:


Приведенные значения в совокупности с экспериментально найденными в этой же работе величинами предела растворимости углерода в жидком цирконии позволили рассчитать значения коэффициентов диффузии углерода в карбиде циркония Параметры температурной зависимости этих коэффициентов приведены в табл. 8. Сопоставление аналогичных расчетов, выполненных этими же авторами для диффузии углерода в карбиде титана, с данными других работ показало достаточную надежность описанного метода. Это позволяет рекомендовать температурную зависимость коэффициента диффузии углерода в карбиде циркония, по данным работы, для расчетов скорости карбидизации циркония при температуре выше 2000°С. При расчете коэффициентов диффузии по толщине карбидного слоя в работах было принято, что лимитирующим звеном в процессе карбидизации циркония является диффузия углерода в твердой фазе. Однако в работе при исследовании карбидизации иодидного циркония в вакууме антраценовой сажей было установлено, что хотя кинетику роста карбидного слоя и можно описать в общем виде уравнением yn=kx, но величина п для разных температур имеет различное значение: при 1200, 1300 и 1400°С она равна 1; 1,37 и 1,22 соответственно. Такой в общем аномальный рост карбидного слоя объяснен в работе тем, что в исследованных условиях на кинетику карбидизации, помимо диффузии углерода в твердой фазе, оказывали влияние такие процессы, как твердофазные химические реакции, поступление активных атомов в диффузионную зону, кристаллографические перестройки.

При быстром нагреве циркония в контакте с графитом может происходить дополнительный разогрев в результате выделения большого количества тепла вследствие образования карбида. Так, например, циркониевые пластины толщиной 1 мм при нагреве в засыпке из сажи до >1300°С со скоростью 200 град/ч разогревались вследствие выделения тепла карбидизации вплоть до плавления. Снижение скорости нагрева до 100 град/ч уже не приводило к заметному разогреву, так как выделяющееся при карбидизации тепло успевало отводиться от образца теплоотдачей.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: