원자로 재료의 접합에 용가제로 사용되는 비정질 Zr-Be계 합금의 열적 안정성 및 브레이징 특성에 대한 연구

Abstract

1. Zr1-xBex 이원계 합금과 Ti1-yBey 이원계 합금을 각각 (0.7≤x≤0.5) 와 (0.37≤y≤0.41) 조성범위에서 급냉응고법에 의하여 비정질합금을 제조할 수 있었다. 2. Zr1-xBex 비정질 합금계는 Be 함량이 0.3 과 0.35 at% 인 경우 결정화는 우선 -Zr 이 형성된 후 온도가 증가하면 ZrBe2가 형성된다. 반면 Be 함량이 0.4 at% 이상인 겨우 결정화는 -Zr 과 ZrBe2 가 동시에 형성된다. Ti1-yBey 비정질 합금계는 본 실험 전체 조성영역에서 결정화는 두단계로 이루어졌으며 저온에서는 -Ti 이 고온에서는 TiBe 이 형성됐다. 3. DSC 결과로부터 Ti1-yBey 이원계 합금의 결정화온도가 Zr1-xBex 이원계 합금의 결정화온도보다 높고 또한 Ti1-yBey 합금의 결정화 활성화에너지가 Zr1-xBex 합금보다 크다. 따라서 Ti1-yBey 이원계 합금이 Zr1-xBex 이원계 합금보다 열적으로 더 안정 하였다. 4. 비정질 ribbon 을 용가제로 사용하는 경우가 물리증착법에 의한 Be 용가제를 사용하는 것보다 Be의 확산이 적어 접합층의 두께가 얇은 우수한 특성을 보였다. 5. Zr1-xBex 이원계 비정질 합금 중 Zr0.7Be0.3 이원계 합금은 용가제로 사용하여 brazing 한 경우 접합층 계면이 매끈하며 Be 확산이 가장적기 때문에 핵연료봉 접합에 가장 적합한 용가제이다. 비정질 Ti1-yBey 이원계 합금을 용가제로 사용하여 brazing 한 경우 접합층의 구조는 Zr1-xBex 이원계 비정질 합금을 사용한 경우와 유사하지만 Zr cladding sheath 쪽으로 Zr-Ti 고용층이 형성되었다. 또한 접합층내에서도 다량의 Zr이 검출되었다. 6. z=0.01, 0.03, 0.05, 0.07, 0.1의 조성을 갖는 Zr(0.7-z)TizBe0.3, Zr(0.7-z)NbzBe0.3, Zr(0.7-z)VzBe0.3, Zr(0.7-z)MozBe0.3 삼원계 비정질 합금의 경우 Zr0.7Be0.3 이원계 비정질 합금의 경우와 마찬가지로 α-Zr 의 생성과 ZrBe2 의 생성의 2단계로 결정화가 진행된다. Be의 일부를 Si으로 치환한 Zr0.7Be0.3-zSiz 삼원계 비정질 합금의 경우도 2단계로 결정화가 진행된다. 7. Zr(0.7-z)MzBe0.3 (M = Ti, Nb, V, Mo) 삼원계 비정질 합금과 Zr0.7Be0.3-zSiz 삼원계 비정질 합금의 경우 치환량(z)이 증가함에 따라 결정화 온도와 활성화 에너지가 증가한다. 8. 열적 안정성 측면에서 Zr1-xBex 이원계 비정질 합금보다 삼원계 비정질 합금이 더 우수한 특성을 나타내었으며 Zr-V-Be, Zr-Ti-Be, Zr-Mo-Be, Zr-Nb-Be 삼원계 비정질 합금의 순서로 더 우수하였다. 이상과 같은 결과로부터 Zr-V-Be-Si 의 사원계 비정질 합금은 매우 우수한 열적안정성을 나타낼 것으로 사료된다. 9. Zr(0.7-z)MzBe0.3 (M = Ti, Nb, V, Mo) 삼원계 비정질 합금을 용가제로 사용하여 brazing한 경우 접합부의 두께증가 측면에서는 이원계 비정질 합금의 경우에 비하여 큰 변화가 없었다. 그러나 치환량(z)이 너무 많게 되면 접합부의 두께가 약간 증가하는 경향을 나타낸다. 특히 Nb, Mo을 치환한 경우에는 접합부 주변에 새로운 상이 형성되었다.