*99315*

Технічні науки / галузеве машинобудування

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ УГЛЕРОД-АЛЮМИНИЕВЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

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

Сергиенко С.С., Мосейко Ю.В.

Запорожская государственная инженерная академия

 

Многообразие матричных материалов и схем армирования позволяет направленно регулировать прочность, жесткость и другие служебные свойства путем подбора состава, изменения соотношения компонентов и макроструктуры композиционного материала. Особенно эффективно их применение в узлах трения, где другие антифрикционные материалы, требующие смазки, имеют низкую работоспособность.

Для оценки условий применения композиционных материалов в узлах трения учитывают их коэффициент теплопроводности, который обеспечивает отвод тепловой энергии, образующейся в зоне трения.

В рамках среды класса  [1] коэффициенты теплопроводности многокомпонентного композита  можно записать

 ,                                                    (1)

где   – коэффициенты теплопроводности -го компонента  композита;   – случайная индикаторная функция компонента  [1];   – число компонентов в композите.

Обобщая результаты работы [2] применительно к многокомпонентным хаотически армированным композиционным материалам, получают расчетную формулу для прогнозирования коэффициентов теплопроводности:

 ,                                 (2)

где   – коэффициент вариации коэффициентов теплопроводности -го компонента композита;   – объемное содержание компонента композита с номером ;    – оператор статистического осреднения;   – момент второго порядка для ;   – среднее значение, полученное осреднением (1).

Величину  вычисляют по формуле

 .                                                           (3)

В табл. 1 представлены коэффициенты теплопроводности компонентов композита для температуры до 673 К.

 

Таблица 1. Коэффициенты теплопроводности компонентов композита, Вт/(м×К)

Компоненты

композита

Температура, К

Источник

293

373

473

573

673

Углерод

111

104

97

89

81

[3]

Алюминий

235

238

234

230

224

[4]

Никель

90,4

79,7

72,1

63,3

60,9

[4]

Оксид алюминия

32,3

30,0

27,4

24,8

28,2

[5]

Карбид титана

25

27

28

29

30

[5]

 

Используя данные табл. 1, с использованием формулы (2) произведены расчеты коэффициентов теплопроводности в интервале температур 293…673 К (табл. 2).

Экспериментальные значения коэффициентов теплопроводности, полученные по стандартной методике, приведены в табл. 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2. Коэффициенты теплопроводности (числитель - эксперимент, знаменатель – расчет), Вт/(м×К), в интервале температур 293…673 К

Серия

образцов

Температура, К

293

373

473

573

673

I

II

III

IV

 

Из анализа полученных результатов следует, что расчетные значения коэффициентов теплопроводности с точностью не хуже 12 % соответствуют величинам, полученным в эксперименте.

Литература

1. Богачев, И.Н. Введение в статистическое металловедение / И.Н. Богачев, А.А. Вайнштейн, С.Д. Волков. – М.:  Металлургия, 1972. – 216 с.

2. Волков, С.Д. Статистическая механика композитных материалов / С.Д. Волков, В.П. Ставров. – Минск:  БГУ, 1978. – 205 с.

3. Свойства конструкционных материалов на основе углерода:  справочник / под ред. В.П. Соседова. – М.:  Металлургия, 1975. – 336 с.

4. Зиновьев, В.Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах:  справочное издание / В.Е. Зиновьев. – М.:  Металлургия, 1989. – 384 с.

5. Мармер Э.Н. Материалы для высокотемпературных вакуумных установок / Э.Н. Мармер. – М.:  Физматлит, 2007. – 152 с.