Композиционные материалы теплопроводность

Тепло- и электропроводность металлов почти на два порядка больше, чем у полимерных материалов и поэтому в случае металлов не возникает никаких проблем в отводе тепла от локального источника (например, в корпусах подшипников, плитах разъема). На практике при расчете теплопередачи к жидкостям через металлические стенки редко возникала необходимость принимать во внимание тепловое сопротивление стенки. Несколько отличная картина наблюдается в случае композиционных материалов, теплопроводность которых определяется теплопроводностью матрицы и армирующего наполнителя, причем и матрица, и наполнитель являются худшими проводниками, чем металлы, которые они могут заменять. Естественно, что с увеличением масштабов использования высокопрочных композиционных материалов появилась необходимость в получении информации об их теплофизических и электрических свойствах. [c.285]

Характерные свойства основных типов графитовых нитей, используемых в- производстве многонаправленных композиционных материалов, приведены в табл. 6.1. Для получения высоких механических свойств материала обычно применяют высокопрочные и высокомодульные волокна в случае обеспечения более низкой теплопроводности можно использовать низкомодульные волокна. Высокомодульные волокна обусловливают высокую теплопроводность, плотность и наиболее низкое температурное расширение. Выбор самого подходящего типа волокон в каждом конкретном случае следует рассматривать как самостоятельную задачу проектирования [109]. [c.167]

Из всего изложенного выше отнюдь не следует, что для повышения коэффициента теплопроводности нужно применять только дискообразные включения и нельзя применять сферические. Может, например, оказаться, что изготовление дискообразных включений обходится слишком дорого или что с ними трудно обращаться. В этом разделе преследуется единственная цель — показать, что выигрыш в теплопроводности, получающийся за счет правильного выбора формы и укладки включений, достаточно велик и поэтому при проектировании композиционных материалов эти факторы могут оказаться наиболее существенными. [c.280]

Очевидно, ни один из металлов в чистом виде не годится в качестве материала для электрических контактов. Разработанные для контактов сплавы, такие, как серебро — медь, серебро — кадмий и др., имеют по сравнению с металлами повышенную прочность и твердость, поверхность их не тускнеет, но их электро- и теплопроводность значительно ниже. Для получения требуемых характеристик контактов в сильноточных цепях разрабатываются композиционные материалы, которые сочетают высокую электро- и теплопроводность с высокими температурами плавления и кипения, или обладают ни.зкой смачиваемостью и низкими фрикционными свойствами, и т д. Свойства типичных композиционных материа- [c.418]

Мы не имеем возможности в объеме данной книги проследить закономерности изменения большинства физических свойств композиционных материалов в связи с их структурой, методами получения и др. Приведем лишь некоторые примеры использования в технике композиционных материалов с особыми физическими свойствами и покажем на примере нескольких композиций характер изменения термического расширения теплопроводности и в зависимости от состава их и направления армирования. [c.220]

Теплопроводность. Расчет теплопроводности волокнистых композиционных материалов производят с использованием моделей и методов обобщенной теории проводимости. Теплопроводность композиции в общем случае определяется теплопроводностью составляющих компонентов, соотношением компонентов, типом структуры и существенно зависит от направления изменения относительно волокон. [c.221]

В работе [17] приведены расчетные и экспериментальные значения теплопроводности для трех групп композиционных материалов, отличающихся как по типу структуры, так и по природе составляющих компонентов. Первая группа материалов имела плоскую плетеную структуру из молибденовых и вольфрамовых волокон диаметром 40—60 мкм. Пористость металлов составляла 0,12 и 0,16 (Мо) и 0,145, 0,195 и 0,250 (W). Материал был получен импульсным прессованием сеток, изготовленных из металлических волокон. Измерения теплопроводности проводили стационарным методом. [c.221]

Экспериментальных работ по определению теплопроводности композиционных материалов крайне мало, поэтому использование моделей и методов теории обобщенной теории проводимости для оценки и проектирования материалов с требуемыми свойствами представляется вполне целесообразным. [c.223]

Композиционные материалы наряду с высокой удельной прочностью обладают малой плотностью, а также низкой теплопроводностью, высокой химической стойкостью и теплостойкостью, антикоррозионными, электроизоляционными и другими свойствами, которые обусловили широкое применение их в различных отраслях народного хозяйства. [c.3]

Для неразрушающего контроля прочности изделий из композиционных материалов, по-видимому, оптимальным будет такой критерий прочности, который можно выразить через показатели анизотропии прочности, а данные показатели, в свою очередь,— через соответствующие показатели анизотропии каких-либо физических параметров (например, через скорость продольных или сдвиговых волн, диэлектрическую проницаемость, коэффициент теплопроводности и т. д.), определяемых непосредственно в изделии в разных структурных направлениях без их разрушения. [c.27]

Основными параметрами, используемыми при неразрушающем контроле, являются скорость распространения упругих волн в различных структурных направлениях, диэлектрическая проницаемость и коэффициент теплопроводности. Поэтому в настоящем параграфе рассмотрим методику контроля указанных параметров в изделиях из композиционных материалов. Как уже указывалось, скорость упругих волн (продольных, сдвиговых, поверхностных и др.) определяется импульсным ультразвуковым методом, диэлектрическая проницаемость — емкостным или микро-радиоволновым. Более эффективным является последний, так как позволяет проводить контроль без контакта с поверхностью изделия. [c.131]

Представляет интерес оценка влияния теплового эффекта АН и фильтрации газообразных продуктов разложения на интенсивность переноса тепла внутри теплозащитного покрытия. Предположим, что можно ввести некоторое эффективное значение коэффициента теплопроводности, которое позволяет получить в материале, не претерпевающем физико-химических превращений, такое же температурное поле, как и в композиционном материале с фрон- S5 [c.85]

Особенностью композиционных материалов является переменная пористость по толщине прогретого слоя. Если определить пористость П как отношение свободного объема, занятого газом, к полному объему материала, а массовую пористость Пт как отношение массы образовавшегося газа к полной массе материала (стеклопластика), то эффективные значения теплопроводности и теплоемкости можно представить следующими приближенными соотношениями [c.246]

Изложены современные методы расчета и оптимизации параметров термоизоляции энергетических установок при стационарном и нестационарном режимах работы применительно к корпусам паровых и газовых турбин энергоблоков, трубопроводам теплотрасс и паропроводам, котельным и печным агрегатам. Рассмотрены теплоизоляционные конструкции с теплопроводными включениями и разнородными анизотропными материалами. Получены оценки для эффективных значений теплофизических характеристик термоизоляции из композиционных материалов различной структуры. Проведен учет зависимости теплофизических характеристик материалов от температуры и предложен приближенный метод определения термического сопротивления теплоизоляционных конструкций сложной формы с контролем погрешности расчета. [c.2]

В теплоизоляциях с ограниченным временем работы могут использоваться подвергающиеся тепловому разрушению композиционные монолитные материалы, состоящие, как правило, из отдельных элементов термостойкого наполнителя (зерен, чешуек, волокон, слоев ткани, пленок), заключенных в матрицу из органического или неорганического связующего. Указанные композиционные материалы обычно анизотропны по отношению к свойству теплопроводности. Тепловое воздействие на поверхность такой теплоизоляции вызывает в композиционном материале сложные физико-химические процессы, сопровождаемые плавлением, испарением, газификацией и уносом вещества и связанные со значительным поглощением теплоты, что в основном обеспечивает защиту теплоизолируемого объекта от указанного воздействия. Этот тип термоизоляции относят к классу тепловой защиты [4]. [c.8]

Двойственную вариационную формулировку стационарной задачи теплопроводности в некоторых случаях удается применить для оценки эффективной теплопроводности композиционных материалов и пористых термоизоляторов. Пусть композиционный материал состоит из наполнителя с теплопроводностью Я.1 и матрицы с теплопроводностью Х.2, причем объемное содержание матрицы составляет р. В случае пористого термоизолятора р будет соответствовать пористости, - теплопроводности скелета, а 2 - теплопроводности среды в порах. [c.58]

Развитие всех отраслей промышленности, а также задача повышения качества выпускаемых изделий потребовали создания новых конструкционных материалов. Авиация, ракетно-космическая техника, ядерная энергетика и многие другие отрасли нуждаются в материалах, характеризующихся высокими прочностью, термостойкостью и жаропрочностью, малой плотностью, теплопроводностью и электропроводимостью, диэлектрическими, магнитными и другими специальными физическими свойствами. Объединение различных ценных свойств отдельных материалов позволило создать единое целое - композицию. Современное материаловедение уже добилось значительных успехов в исследовании и разработке композиционных материалов (КМ). [c.456]

Исследования [48) показали практическую возможность применения фотохромных картин как недорогого метода локации дефектов в композиционных материалах. Изученные покрытия могут быть удалены механически или смыты слабыми растворителями. Покрытия этого типа активируются ультрафиолетовым облучением. Образец с активированным покрытием нагревают и наблюдают изменение цвета, связанное с уменьшением теплопроводности в областях, лежащих вблизи несплошностей. [c.481]

Армирующие волокна обладают не только механическими свойствами, превосходящими механические свойства матрицы, но и более высокой теплопроводностью и отличными от матрицы электрическими свойствами. Очевидно, что ориентация волокон относительно вектора потока энергии должна оказывать влияние на соответствующие свойства композиционных материалов. Наблюдаемая при этом анизотропия свойств, связанных с явлениями переноса, является одной из характерных особенностей таких материалов и отличает их от большинства металлических материалов конструкционного назначения. Теплопроводность в продольном направлении композиционного материала (вдоль оси волокна) даже в случае изотропного армирующего наполнителя может быть на 30% выше, чем в поперечном направлении (перпендикулярном оси волокна). Композиционные материалы на основе углеродных волокон имеют отношение теплопроводности в осевом направлении к теплопроводности в поперечном направлении около 50 1. [c.286]

Обычно в литературе описываются два основных подхода к анализу эффективной тепло- и электропроводности композиционных материалов, состоящих из непрерывной полимерной матрицы и волокнистого армирующего наполнителя. Первый и наиболее простой подход основан на допущении о том, что композиционный материал можно рассматривать как систему сопротивлений. Такой подход является универсальным для любого явления проводимости и буква к обозначает любой коэффициент проводимости — коэффициент теплопроводности, удельную электропроводность, коэффициент диффузии и диэлектрическую постоянную или диэлектрическую проницаемость. [c.288]

В дальнейшем мы ограничимся лишь рассмотрением нескольких методик, которые были использованы при изучении теплопроводности полимерных композиционных материалов и соответствующих материалов матрицы, а также основных принципов, на которых основано определение теплопроводности. Более подробную информацию о технике эксперимента можно найти в соответствующей литературе, например в работе [7]. [c.296]

В современной технологии композиционных материалов все большее место занимают волокнистые материалы, представляющие собой композицию из мягкой матрицы (оспоБы) и высокопрочных волокон, армирующих матрицу. Материалы, упрочиепиые волокнами, характеризуются высокой удельной прочностью, а также могут иметь малую теплопроводность, высокую химическую и термическую стойкость и т. п. Для получения композиционных материалов используют различные волокна проволоки из вольфрама, молибдена, волокна оксидов алюминия, бора, карбида кремния, графита и т. п. —в зависимости от требуемых свойств создаваемого материала. Вопросами исследования и создания волокнистых материалов занимается новая, быстроразвивающаяся отрасль поронжовой металлургии — металлургия волокна. [c.421]

В ядерной промышленности композиционные материалы широко применяются в ядерном реакторе. Один из основных элементов реактора — топливный элемент, при изготовлении которого композиционные материалы нашли самое широкое применение. Первые реакторы были спроектированы в расчете на ураномопибде-новый сплав. Этот сплав имел лучшие рабочие характеристики, чем нелегированный уран, недостатком его было взаимодействие с другими материалами при повышенных температурах, относительно низкая температура плавления и др. В связи с этим обратили внимание на топливо системы керамика — окись. Одиако эти соединения, обладающие характерной для керамики хрупкостью, имеют низкую теплопроводность и относительно низкую плотность делящихся атомов, поэтому в поисках оптима.пьного состава топливных элементов основное внимание было уделено композиционным топливным элементам. [c.448]

Благодаря целому ряду ценных свойств, наиболее важными из которых являются высокая удельная прочность, низкая теплопроводность и отличные технологические качества, в современной технике все большее применение для изготовления ответственных деталей и агрегатов машин находят армированные полимерные материалы, составляющие особый класс композиционных материалов. К указанному классу материалов относятся угле-металлопластики, разработанные в Институте проблем материаловедения АН УССР [99]. [c.250]

Химическое меднение. Химическое меднение является одним из немногих способов получения композиционных материалов на основе меди и его сплавов, армированных углеродным волокном. Введение углеродных волокон в медные сплавы целесообразно в некоторых случаях, когда требуется материал с высокими элек-тро- и теплопроводностью, близкими к соответствующим характеристикам меди, но более прочный, с более низким температурным коэффициентом линейного расширения. Кроме того, он может служить и хорошим материалом для высокопрочных, самосмазываю-щихся ПОДЦ1ИИНИКОВ трения. Часто химическое меднение исполь-зуют для улучшения смачиваемости углеродных волокон или нитевидных кристаллов в процессе изготовления композиционных материалов на основе алюминиевых сплавов методом пропитки жидким расплавом, либо в качестве подслоя на этих унрочните-лях, образующего плавящуюся эвтектику в контакте с металлом матрицы, используемым в виде тонких фольг при горячем прессовании. [c.186]

Композиционные материалы (КМ) совмещают в себе свойства металлов (электро- и теплопроводность, пластичность и др.) и неметаллов (жаропрочность, химическая стойкость, высокая твердость, смазывающие свой-ст ва) [1, с. 48—60 2]. Одни из них представляют собой керамико-металлические композиции (керметы) и изготовляются промышленным способом с использованием методов порошковой металлургии, другие — волокнистые композиционные и дисперсно-отвержденные материалы, которые стали широко известны лишь недавно [1—4]. [c.7]

Весьма перспективными для криогенной техники являются композиционные материалы. Их отношение предела прочности к теплопроводности на несколько порядков выше, чем у материалов других классов. Результаты работ, проведенных по программам ВВС и НАСА, содержатся в обзорах [12—14]. Настоящая программа предусматривает определение упругих констант, термического расширения и теплопроводности композиционных материалов пяти классов стеклопластиков, материалов на эпоксидной основе с синтетическим волокном, бороиластиков, угле- и боралю-миния. В табл. 3 сопоставлены повышенные значения ряда расчетных параметров этих материалов (теплопроводность/модуль Юнга теплопроводность/иредел текучести предел текучести/плотность и модуль Юнга/плотность) со свойствами некоторых конструкционных сплавов. Все дан- [c.35]

Композициопные материалы обладают интересными сочетаниями свойств, которые можно охарактеризовать рядом отношений (рис. 1, данные NBS). Благодаря низкому отношению теплопроводности к модулю упругости (VS) или к пределу текучести (Х/оо.з) применение композиционных материалов позволяет уменьшить затраты на охлаждение при работе конструкции в условиях температурного градиента. Высокие значения отношений модуля упругости или предела текучести к плотности ( /р, Оо. р) дают воз- [c.70]

Испытывали композиционные материалы с матрицами из полиэфирной, поливиниловой и эпоксидной смол, упрочненных стекловолокном и стеклотканью. С одной стороны, однонаправленные волокнистые композиции обладают повышенными прочностными свойствами на сжатие, с другой стороны, что нежелательно, — повышенной теплопроводностью. Для грубой оценки влияния способа армирования сравнивают отношение предела прочности на сжатие к теплопроводности [3]. [c.371]

Теплоемкость неразлагающихся веществ очень слабо зависит от пористости, однако в случае композиционных теплозащитных материалов происходит не только увеличение пористости в зоне реакции, но и изменяется химический состав покрытий (в частности, могут улетучиваться высокомолекулярные компоненты, обладающие большой теплоемкостью). Это, конечно, в некоторой степени отражается на величине удельной теплоемкости. К тому же необходимо учитывать, что теплоемкость входит в уравнение теплопроводности в виде произведения (рс) ,. В результате у композиционных материалов оба теплофизических параметра А, и Сэкв образуют характерную гистерезисную петлю на графике зависимости их от температуры, ширина которой соответствует возможному сдвигу реакции при изменении темпа нагрева от О до нескольких сотен градусов в секунду (в последнем случае преобладающую роль уже начинает играть поверхностное разрушение). [c.90]

Повышение жаропрочности никелевых сплавов достигается армированием их вольфрамовой или молибденовой проволокой. Металлические волокна используют и в тех случаях, когда требуются высокие теплопроводность и электропроводимость. Пер-спективньши упрочнителями для высокопрочных и высокомодульных волокнистых композиционных материалов являются нитевидные кристаллы из оксида и нитрида алюминия, карбида и нитрида кремния, карбида бора и др., имеющие = 15 000-н28 000 МПа и Е = 400 4-600 ГПа. [c.424]

Теплозащитные композиционные материалы для летательных аппаратов м.чогократного использования изготовляют из тугоплавких волокон (химически чистого кремния, алюмоборо-снликатиых волокон) они обладают сильной анизотропией теплофизических характеристик в плоскости формования и перпендикулярных к ней. Низкая теплопроводность материала по нормали к плоскости формования обеспечивается преимущественной ориентацией волокон при формовании. [c.376]

Через этот образовавшийся при обжиге промежуточный слой передаются возникающие при нагрузках на-пр.яження. Слоистые композиционные материалы обладают ярко выраженной анизотропией свойств. Прочность таких композиционных материалов велика (достигает 500 МПа при испытании на изгиб). Поскольку такие композиционные материалы в большой степени анизотропны, прочность в направлении силы, приложенной перпендикулярно, значительно меньше, чем в параллельном иаправлепии. Эта же закономерность наблюдается и в отношении теплопроводности таких композиционных материалов. Их изготовляют путем поочередного складывания стопкой металлической (толщиной 0,1—0,9 мм) и керамической пластин. Пленка готовится пленочным литьем пластифицированных керамических масс. Далее стопки уплотняют прессованием, затем удаляют времен- [c.248]

Композиционные материалы обладают, как правило, низкой теплопроводностью и часто используются в конструкциях, подвергающихся кратковременЬму поверхностному нагреву, без специального теплозащитного покрытия. Одни композиты (на основе углеродной и керамической матриц) предназначены для работы в условиях иьггенсивного нагрева, другие (на основе минеральных волокон) используются для образования теплозащитных слоев. Температурное воздействие часто является расчетным для оболочек из композиционных материалов и должно быть отражено в описывающих эти оболочки уравнениях. [c.227]

Перспективными для применения в ГТД являются углерод-углерод-ные композиционные материалы. К числу их достоинств относятся низкая плотность, высокие прочностные характеристики, теплопроводность. Однако для них необходимо решение проблемы выгорания или окисления при температурах выше 370 °С путем применения защитных покрытий веществ, связывающих кислород. В частности, фирма Уилльяма интернейшнл (США) проводит испытания турбинной форсунки из углерод-углеродного композиционного материала с покрытием из карбида кремния. [c.237]

Эпоксидные смолы обычно получают из бисфенола А и эпи-хлоргидрина. Их молекулы содержат концевые эпоксидные группы, а также гидроксильные группы в центральных звеньях, что обусловливает возможность отверждения эпоксидных смол с помощью аминных, кислотных и других отвердителей. Отвердители могут оказывать каталитический эффект или участвовать в формировании узлов полимерной сетки. При этом можно получать сетчатые полимеры самой различной структуры, которая дополнительно может быть модифицирована введением активных растворителей, пластификаторов и т. п. В общем случае, механические свойства макрокомпозиционных материалов на основе эпоксидных связующих в качестве первичной непрерывной фазы значительно лучше, чем на основе полиэфирных связующих, хотя последние дешевле (см. [2] дополнительного списка литературы). Композиционные материалы на основе эпоксидных связующих обладают более высокой водо- и химической стойкостью, а их объемная усадка не превышает 2%. Наполнители, такие как кварцевый песок, металлические порошки, металлическая вата и асбест, широко используемые в производстве эпоксидных заливочных компаундов и в материалах для оснастки, снижают объемные усадки и значительно изменяют термический коэффициент расширения и теплопроводность эпоксидных связующих. По сравнению с полиэфирными связующими эпоксидные материалы имеют более специальное назначение и широко применяются в различных элементах летательных аппаратов, в электротехнической и электронной промышленностях. [c.23]

Имеется довольно обширная литература, посвященная теплопроводности в гетерогенных средах, появление которой объясняется главным образом технологической важностью применения таких материалов в качестве теплоизоляции. Изоляционные материалы на основе минеральных волокон можно рассматривать как одну из разновидностей композиционных материалов, в которых окружающий воздух играет роль непрерывной матрицы. Вследствие наличия в таких материалах двух фаз — газообразной и твердой— их называют двухфазными материалами. Однако использо-Bainie такого термина для композиционных материалов, в которых оба компонента находятся в твердом состоянии, оказалось ие вполне точным. Само понятие композиционный уже указывает на присутствие в таком материале более одного компонента и оказывается вполне достаточным для его характеристики. Несмотря на несомненное принципиальное сходство между волокнистыми теплоизоляциоными и композиционными материалами, имеется и существенное различие, оказывающее заметное влияние на свойства, связанные с явлениями переноса в композиционных материалах. В изоляционных материалах непрерывная фаза (воздух или какой-либо другой газ) находится в непосредственном контакте с волокнистым твердым телом. В композиционных материалах конструкционного назначения матрица и армирующий наполнитель приводятся в контакт в процессе формования под действием заданного давления и температуры. Любой дефект, образующийся в процессе формования, например иесмачивание части армирующего наполнителя полимерным связующим, присутствие воздушных включений на поверхностях уплотненного волокнистого мата, препятствует равномерному распределению компонентов и в дальнейшем приведет к возникновению сопротивления на границе раздела фаз. Кроме того, очевидно, что в течение определенного периода времени под действием, например, влаги, влияние этих неблагоприятных условий будет увеличиваться. Хотя этот эффект может быть легко обнаружен, поскольку он приводит к ухудшению механических свойств композиционных материалов, оказывается, что в литературе отсутствуют какие-либо сведения о его влиянии на тепло- и электропроводность. [c.287]

Торнбороу с сотр. [3] предложил модель, учитывающую возможность наличия контактов волокно — волокно в армированном тканью композиционном материале, состоящем из непрерывной полимерной матрицы и большого числа слоев ткани. Они предположили, что соседние слои ткани частично контактируют друг с другом. Для применения электрического структурного аналога этой модели были определены три основные траектории проводимости сплошная по части матрицы, короткая сплошная по самой ткани в местах контакта волокно — волокно и, наконец, прерывная по оставшейся части матрицы и ткани соответственно. Электрический аналог потока энергии в продольном и поперечном направлениях показан на рис. 7.4 [3]. Указанные на рисунке объемные доли матрицы и наполнителя были подобраны таким образом, чтобы полученные выражения соответствовали экспериментальным данным. Таким путем было выведено следующее эмпирическое уравнение, позволяющее рассчитывать коэффициенты теплопроводности слоистых пластиков в поперечном направлении (рис. 7.4,а) [c.292]

Для изучения теплопроводности композиционных материалов не требуется специальных способов и может быть использовано большинство методик, разработанных для определения коэффициента теплопроводности неметаллических твердых тел. Доста- [c.295]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...