Технические науки / отраслевое машиностроение

Скачков В.А., Воденников С.А., Воденникова О.С.,

Иванов В.И., Сергиенко С.С., Мосейко Ю.В.

Запорожская государственная инженерная академия

К ОПРЕДЕЛЕНИЮ ТЕПЛОЕМКОСТИ

МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ УГЛЕРОД-АЛЮМИНИЕВЫХ

КОМПОЗИТОВ

При создании элементов конструкций с заранее заданными служебными свойствами [1] возможно применение многокомпонентных углерод-алюминиевых композитов. Особенно эффективно их применение в узлах трения, где другие антифрикционные материалы, требующие смазки, имеют низкую работоспособность из-за высоких низких температур, а также агрессивности среды.

При оценке условий вышеуказанной применимости композитов данного типа следует учитывать их теплоемкость, которая обеспечивает поглощение тепловой энергии, образующейся в зоне трения.

Для изготовления данных композитов использовали чешуйчатый и искусственный графит, глинозем, карбид титана, а также алюминиевые порошок и пудру. С целью повышения адгезии между компонентами и формирования более плотной структуры композита на поверхность графита, а также глинозема и карбида титана, предварительно наносили гальваническое никелевое покрытие.

С достаточной инженерной точностью теплоемкость многокомпонентных композитов с_м.к можно рассчитать по формуле

, (1)

где c_i, P_i – теплоемкость и объемное содержание компонента с номером i; N – число компонентов композита.

Учитывая зависимость коэффициентов теплоемкости от температуры, можно записать

, (2)

где B_i – коэффициенты; T – температура.

Коэффициенты B_i уравнения (2) вычисляют с использованием соотношения:

. (3)

Образцы композитов на основе вышеперечисленных компонентов были получены прямым двухсторонним горячим прессованием при удельном давлении 60 МПа и температуре 723 К. Состав полученных образцов композитов представлен в табл. 1.

Таблица 1. Состав образцов композитов

Компоненты композита	Содержание компонентов, %, по сериям образцов
	I	II	III	IV
алюминий	53,3	76,5	26,9	10,5
графит искусственный	37,7	13,9	-	9,6
графит чешуйчатый	6,7	8,6	11,5	11,9
никель	2,3	1,0	4,5	1,5
оксид алюминия	-	-	57,1	-
карбид титана	-	-	-	66,5

Теплоемкость образцов углерод-алюминиевых композитов определяли методом динамического колориметра с тепломером и адиабатической оболочкой на приборе НТ-с-400.

Исходные данные для расчета теплоемкости с использованием формул (2) и (3) представлены в табл. 2 [2].

Таблица 2. Коэффициенты в модели теплоемкости

Компонент		×10^3	×10^5
Углерод	4,10	1,02	-2,10
Алюминий	4,94	2,96	0
Никель	4,06	7,04	0
Оксид алюминия	27,43	3,06	-8,47
Карбид титана	11,83	0,80	-3,58

В табл. 3 приведены опытные и расчетные значения теплоемкости исследуемых типов многокомпонентных углерод-алюминиевых композитов. Величина максимального отклонения теоретических и практических значений данного теплофизического параметра не превышает 20 %.

Таблица 3. Теплоемкость полученных образцов композитных материалов

Серия образцов	Теплоемкость образцов, Дж/(кг×К), при температуре, К
	293	373	473	573	673
	расчет опыт	расчет опыт	расчет опыт	расчет опыт	расчет опыт
I
II
III
IV

Литература

1. Костиков, В. И. Сверхвысокотемпературные композиционные материалы [Текст] / В. И. Костиков, А. Н. Варенков. – М.: Интермет Инжиниринг, 2003. – 560 с.

2. Уикс, К. Е. Термодинамические свойства 65 элементов, их оксидов, галогенидов, карбидов и нитридов [Текст] / К. Е. Уикс, Ф. Е. Блок. – М.: Металлургия, 1965. – 240 с.