بررسي تاثير ناخالصي نيوبيوم در خواص مكانيكي بلور زيركونيوم با استفاده از نظريه تابعي چگالي

A DFT Study of the Effect of Nb Impurity on Mechanical Properties of Zr

زيركونيوم يكي از مهمترين موادي است كه به عنوان پايه در ساختار راكتورهاي هسته اي به كار مي رود و داراي سطح مقطع جذب بسيار پايين براي نوترونهاي حرارتي بوده و آلياژهاي آن با نيوبيوم داراي خواصي مناسب براي شرايط كاري راكتورها مي باشد. يكي از پارامترهاي مهم در طراحي آلياژها، خواص مكانيكي آنها مي باشد. در اين پژوهش، ما با استفاده از نظريه تابعي چگالي، خواص مكانيكي آلياژ Zr-6%Nb را محاسبه نموده و با مقادير مربوط به زيركونيوم خالص مقايسه نموده ايم. در اين محاسبات، از تقريب گراديان تعميم يافته براي تابعي تبادلي-همبستگي استفاده شده است. نتايج محاسبات نشان مي دهد كه افزودن 6% نيوبيوم باعث تغيير چشمگيري در ثابتهاي الاستيك C11 ، C12 و C44 مربوط به زيركونيوم خالص مي گردد و اين به نوبه خود مدولهاي يانگ و برشي را تحت تاثير قرار مي دهد.

Zirconium is one of the most important base materials used in structural components of nuclear reactors, having low absorption cross-section for thermal neutrons, and its alloys with niobium has good properties in the working conditions of reactors. One of the important parameters used in the design of alloys is the mechanical properties. In this work, using the density-functional theory, we have calculated the mechanical properties of Zr-6%Nb and compared with those of pure Zr crystal. The generalized gradient approximation for the exchange-correlation functional is used in the calculations. The calculation results show that alloying with a 6% niobium, results in significant changes in the elastic constants C11, C12, and C44 of pure zirconium, which in turn, influences the Young’s and shear moduli.