*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.