Was ist Wärmeleitfähigkeit von Zirkonium – Definition

Wärmeleitfähigkeit von Zirkonium

Wärmeleitfähigkeit von Zirkonium

Zirkonium ist ein glänzendes, grauweißes, starkes Übergangsmetall, das Hafnium und in geringerem Maße Titan ähnelt. Zirkonium wird hauptsächlich als Feuerfest- und Trübungsmittel verwendet, obwohl geringe Mengen als Legierungsmittel wegen seiner starken Korrosionsbeständigkeit verwendet werden. Zirkoniumlegierung (z. B. Zr + 1% Nb) wird häufig als Umhüllung für Kernreaktorbrennstoffe verwendet. Die gewünschten Eigenschaften dieser Legierungen sind ein geringer Neutroneneinfangquerschnitt und Korrosionsbeständigkeit unter normalen Betriebsbedingungen. Zirkoniumlegierungen haben eine geringere Wärmeleitfähigkeit (ungefähr 18 W / mK) als reines Zirkoniummetall (ungefähr 22 W / mK).

Spezielle Referenz: Thermophysikalische Eigenschaften von Materialien für die Kerntechnik: Ein Tutorial und eine Sammlung von Daten. IAEA-THPH, IAEA, Wien, 2008. ISBN 978–92–0–106508–7.

Wärmeleitfähigkeit von Metallen

Metalle sind Feststoffe und besitzen als solche eine kristalline Struktur, bei der die Ionen (Kerne mit ihren umgebenden Schalen der Kernelektronen) translatorisch äquivalente Positionen im Kristallgitter einnehmen. Metalle weisen im Allgemeinen eine hohe elektrische Leitfähigkeit , eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine hohe Dichte auf. Dementsprechend kann der Transport von Wärmeenergie auf zwei Effekte zurückzuführen sein:

• die Wanderung freier Elektronen
• Gitterschwingungswellen (Phononen).

Wenn Elektronen und Phononen Wärmeenergie übertragen, die zur Wärmeleitung in einem Feststoff führt, kann die Wärmeleitfähigkeit ausgedrückt werden als:

k = k _e + k _ph

Das strukturelle Alleinstellungsmerkmal von Metallen ist das Vorhandensein von Ladungsträgern, insbesondere Elektronen . Die elektrischen und Wärmeleitfähigkeiten von Metallen stammen aus der Tatsache , dass ihre äußeren Elektronen delokalisiert sind . Ihr Beitrag zur Wärmeleitfähigkeit wird als elektronische Wärmeleitfähigkeit k _{e bezeichnet} . Tatsächlich übersteigt in reinen Metallen wie Gold, Silber, Kupfer und Aluminium der mit dem Elektronenfluss verbundene Wärmestrom einen kleinen Beitrag aufgrund des Phononenflusses bei weitem. Im Gegensatz dazu ist bei Legierungen der Beitrag von k _ph zu k nicht mehr vernachlässigbar.