Технические науки – энергетика
Скачков В. О., Іванов В. І.,
Воденнікова О. С., Мосейко Ю.В.
Запорізька державна інженерна
академія
ПРО ВИЗНАЧЕННЯ
ТЕПЛОФІЗИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ
Піж
час оцінки умов застосування композиційних матеріалів у вузлах тертя необхідно
враховувати їх теплоємність і коефіцієнт теплопровідності, які забезпечують
поглинання та відведення теплової енергії, що створюється в зоні тертя.
Як компоненти композитів
використовували лускатий і штучний графіт, глинозем, карбід титану, а також
порошок алюмінію. Під час формування щільнішої структури композиту на поверхню
його основних компонентів заздалегідь наносили нікелеве покриття.
Розрахункові значення теплоємності
багатокомпонентних композитів 
із достатньою
точністю можна обчислити за формулою
,
(1)
де 
, 
- об’ємний вміст і
теплоємність компонента з номером 
; 
- кількість
компонентів у композиті.
Враховуючи залежність теплоємності
від температури, можна записати
, (2)
де 
- коефіцієнти; 
, 
- емпіричні
коефіцієнти; 
- температура.
Зразки
композитів (табл. 1) одержували методом двостороннього гарячого пресування за
питомого тиску 60 МПа та температури 723 К.
Таблиця 1 - Склад композиційних матеріалів триботехнічного
призначення
|
Компоненти композиту триботехнічного призначення |
Вміст компонентів, %, за серіями зразків |
|||
|
I |
II |
III |
IV |
|
|
Графіт |
11,6 |
20,1 |
34,5 |
44,3 |
|
Глинозем |
57,1 |
- |
21,2 |
- |
|
Карбід титану |
- |
60,5 |
19,3 |
- |
|
Порошок алюмінію |
29,5 |
17,7 |
23,1 |
53,4 |
|
Нікель |
4,5 |
1,7 |
1,9 |
2,3 |
Практичні значення теплоємності
зразків визначали методом динамічного колориметра з тепломіром та адіабатичною
оболонкою на приладі НТ-с-400. Зіставлення досліджених та обчислених значень зазначеного
параметра досліджуваних композитів (табл. 2) показує, що величина максимального
відхилення не перевищує 12 %.
Таблиця 2 - Теплоємність одержаних зразків
композитів
|
Серія зразків |
Теплоємність зразків, Дж/(кг×К), за температури, К |
|||||||||
|
293 |
373 |
473 |
573 |
673 |
||||||
|
обч. |
досл. |
обч. |
досл. |
обч. |
досл. |
обч. |
досл. |
обч. |
досл. |
|
|
I |
0,78 |
0,74 |
0,97 |
0,92 |
1,06 |
1,08 |
1,12 |
1,15 |
1,18 |
1,16 |
|
II |
0,67 |
0,63 |
0,88 |
0,84 |
0,99 |
0,94 |
1,06 |
1,11 |
1,12 |
1,10 |
|
III |
0,73 |
0,70 |
0,97 |
1,00 |
1,12 |
1,09 |
1,20 |
1,22 |
1,27 |
1,29 |
|
IV |
0,77 |
0,73 |
1,01 |
0,97 |
1,15 |
1,12 |
1,23 |
1,22 |
1,31 |
1,34 |
У рамках
середовища класу 
[1] коефіцієнт
теплопровідності багатокомпонентного композиту 
можна записати як
,
(4)
де 
- коефіцієнт
теплопровідності 
-го компонента композиту;
- випадкова
індикаторна функція компонента 
.
Використовуючи дані
теплопровідності компонентів композиту [2] для зразків за формулою (4)
обчислювали значення коефіцієнта теплопровідності в інтервалі температур 293…673
К (табл. 3). Дослідні значення коефіцієнтів теплопровідності, одержаних з
використанням стандартної методики на приладі НТ-l-400, також наведено у табл. 3.
Таблиця 3 - Коефіцієнт теплопровідності
зразків композитів
|
Серія зраз-ків |
Коефіцієнт теплопровідності зразків, Вт/(м×К), за температури, К |
|||||||||
|
293 |
373 |
473 |
573 |
673 |
||||||
|
обч. |
досл. |
обч. |
досл. |
обч. |
досл. |
обч. |
досл. |
обч. |
досл. |
|
|
I |
62,4 |
63,6 |
58,0 |
56,7 |
54,6 |
53,8 |
51,2 |
50,4 |
47,5 |
48,7 |
|
II |
61,3 |
60,4 |
60,1 |
62,0 |
57,9 |
59,0 |
55,7 |
57,0 |
52,9 |
54,5 |
|
III |
76,5 |
74,5 |
74,2 |
75,3 |
70,1 |
71,4 |
65,5 |
66,9 |
60,7 |
61,8 |
|
IV |
134,6 |
136,2 |
131,5 |
133,0 |
126,6 |
128,4 |
120,8 |
123,6 |
114,7 |
117,0 |
Встановлено, що під час підвищення
температури спостерігається зниження величини коефіцієнта теплопровідності
зразків усіх серій у середньому на 16 %. При цьому обчислені значення цих
коефіцієнтів з точністю не нижче ніж 12 % узгоджуються з величинами, одержаними
в експерименті.
Література
1.
Адаскин, А. М.
Материаловедение и технология материалов [Текст] / А. М. Адаскин, В.
М. Зуев. – М. : Форум, 2010. – С. 184-193.
2.
Свойства
конструкционных материалов на основе углерода [Текст] : справочник / Под ред.
В. П. Соседова. – М. : Металлургия, 1975. – 336 с. – Библиогр. : с. 332-335.