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铀钍基合金相图的热力学计算

2020-12-02阅读(311)

铀钍基合金相图的热力学计算

论文摘要

核能是一种重要的新能源,而核材料将是实现核反应堆安全、高效运行的重要物质保障。铀钍合金是核材料中的重要组成部分。由于核材料的研究受到苛刻的实验条件限制,通过大量实验尝试的传统材料研究方法不适合于核材料的研发。为了设计高性能的核材料,有必要掌握相图和热力学信息。本论文基于计算相图的方法（CALPHAD）,对U-Th-X（X:Pu,Cr,Cu,Mg,Mn,Nb,Zr）各三元系的相图进行了热力学优化与计算,并在此基础上建立铀钍基合金的热力学数据库,主要研究工作如下:（1）系统收集、整理和分析了U-X（X:Mn,Nb,Th,Cr,Cu,Mg）六个二元系的热力学信息和实验相图数据,首次优化与计算了U-X（X:Mn,Nb,Th,Cr,Cu,Mg）各二元系的相图,并与实验信息取得良好的一致性。（2）系统收集、整理和分析了Th-X（X:Pu,Cr,Mn,Nb,Zr）五个二元系的热力学信息和实验相图数据,首次优化与计算了Th-X（X:Pu,Cr,Mn,Nb,Zr）各二元系的相图,并与实验信息取得良好的一致性。（3）基于文献报道和本论文计算得到的U-X和Th-X各二元系的热力学参数,根据已有的实验相图信息,首次优化与计算了U-Th-Mn和U-Th-Zr两个三元系的相平衡。计算结果与实验信息吻合良好。（4）基于文献报道和本论文计算得到的U-X和Th-X各二元系的热力学参数,外推计算了U-Th-X（X:Pu,Cr,Cu,Mg,Nb）各三元系在350℃和1000℃的等温界面相图。根据本研究的计算结果,对U-X（X:Mn,Nb,Th,Cr,Cu,Mg）和Th-X（X:Pu,Cr,Mn,Nb,Zr）各二元系及U-Th-X（X:Pu,Cr,Cu,Mg,Mn,Nb,Zr）各三元系相图进行热力学评估,初步建立了铀钍基核材料热力学数据库,为核材料的设计提供重要的理论参考。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 铀、钍及铀钍合金的特点与应用
  • 1.2 铀钍合金的国内外研究与发展现状
  • 1.3 相图计算原理与方法
  • 1.3.1 相图计算的发展过程
  • 1.3.2 相图计算的原理
  • 1.3.3 相图计算的过程
  • 1.3.4 相图计算的优点
  • 1.4 相图与材料设计
  • 1.4.1 材料设计的概念与途径
  • 1.4.2 相图及其在材料设计中的应用
  • 1.5 核材料相图
  • 1.6 本论文的研究目的、意义及内容
  • 参考文献
  • 第二章 相图计算的热力学模型
  • 2.1 相图计算的热力学模型
  • 2.1.1 理想溶体模型
  • 2.1.2 正规溶体模型
  • 2.1.3 亚正规溶体模型
  • 2.1.4 亚点阵模型
  • 2.2 本研究中所采用的热力学模型
  • 2.2.1 纯组元
  • 2.2.2 液相和端际固溶体相
  • 2.2.3 化学计量比化合物
  • 2.2.4 金属间化合物溶体相
  • 参考文献
  • 第三章 U-X（X:Mn,Nb,Th,Cr,Cu,Mg）二元相图的热力学优化与计算
  • 3.1 U-Mn二元系
  • 3.1.1 U-Mn二元系相图的实验信息
  • 3.1.2 热力学优化与计算过程
  • 3.1.3 结果与讨论
  • 3.2 U-Nb二元系
  • 3.2.1 U-Nb二元系相图的实验信息
  • 3.2.2 热力学优化与计算过程
  • 3.2.3 结果与讨论
  • 3.3 U-Th二元系
  • 3.3.1 U-Th二元系相图的实验信息
  • 3.3.2 热力学优化与计算过程
  • 3.3.3 结果与讨论
  • 3.4 U-Cr二元系
  • 3.4.1 U-Cr二元系相图的实验信息
  • 3.4.2 热力学优化与计算过程
  • 3.4.3 结果与讨论
  • 3.5 U-Cu二元系
  • 3.5.1 U-Cu二元系相图的实验信息
  • 3.5.2 热力学优化与计算过程
  • 3.5.3 结果与讨论
  • 3.6 U-Mg二元系
  • 3.6.1 U-Mg二元系相图的实验信息
  • 3.6.2 热力学优化与计算过程
  • 3.6.3 结果与讨论
  • 参考文献
  • 第四章 Th-X（X:Pu,Cr,Mn,Nb,Zr）二元相图的热力学优化与计算
  • 4.1 Th-Pu二元系
  • 4.1.1 Th-Pu二元系相图的实验信息
  • 4.1.2 热力学优化与计算过程
  • 4.1.3 结果与讨论
  • 4.2 Th-Cr二元系
  • 4.2.1 Th-Cr二元系相图的实验信息
  • 4.2.2 热力学优化与计算过程
  • 4.2.3 结果与讨论
  • 4.3 Th-Mn二元系
  • 4.3.1 Th-Mn二元系相图的实验信息
  • 4.3.2 热力学优化与计算过程
  • 4.3.3 结果与讨论
  • 4.4 Th-Nb二元系
  • 4.4.1 Th-Nb二元系相图的实验信息
  • 4.4.2 热力学优化与计算过程
  • 4.4.3 结果与讨论
  • 4.5 Th-Zr二元系
  • 4.5.1 Th-Zr二元系相图的实验信息
  • 4.5.2 热力学优化与计算过程
  • 4.5.3 结果与讨论
  • 参考文献
  • 第五章 U-Th-X（X:Pu,Cr,Cu,Mg,Mn,Nb,zr）三元系相平衡的热力学计算
  • 5.1 U-Th-Mn三元系
  • 5.1.1 U-Th-Mn三元系相平衡的研究现状
  • 5.1.2 热力学优化与计算过程
  • 5.1.3 计算结果与讨论
  • 5.2 U-Th-Zr三元系
  • 5.2.1 U-Th-Zr三元系的相平衡研究现状
  • 5.2.2 热力学优化与计算过程
  • 5.2.3 计算结果与讨论
  • 5.3 U-Th-X（X:Pu,Cr,Cu,Mg,Nb）三元系相图的热力学优化
  • 参考文献
  • 第六章 总结
  • 致谢
  • 攻读硕士学位期间论文发表目录
  • 附录

    • 相关论文文献

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