При температуре осаждения свыше 2000 оС плотность пирографитовых покрытий приближается к теоретической плотности графита (2250 кг/м3), а теплопроводность по нормали к поверхности l^ составляет примерно 2 Вт/(м*К). Если увеличить толщину слоя от 0,1 до 1 мм, плотность уменьшится, теплопроводность уменьшится ещё значительней - в два - три раза. Но радоваться таким эффектам не стоит - они порождаются продольными микротрещинами и сопровождаются снижением механических свойств. Весьма неблагоприятное развитие событий - уменьшение l увеличивает температурный градиент, следовательно, термические напряжения. И одновременно снижается прочность! Раз не миновать разрушения, лучше уж ограничиться тонким слоем. Так и поступают, допустим, в ракетостроении при тепловой защите сопла – об этом мы поговорим особо, когда вплотную столкнемся с термическими напряжениями.
Наиболее распространённый плотный теплоизолятор- диоксид циркония (плотность r = 5300 кг/м3, Тпл - 3220 К). К сожалению, при 1000 оС наблюдается перестройка моноклинной кристаллической решетки в тетрагональную, объём изменяется примерно на 7% , материал растрескивается. Чтобы предотвратить опасные кристаллографические превращения, тетрагональный ZrO2 стабилизируют добавкой структурно близких к нему окислов (например, СаО, СеО2 ). Из стабилизированного диоксида циркония можно изготовлять изделия практически любой конфигурации. Низкая и слабо изменяющаяся с температурой теплопроводность, высокая температура плавления и хорошая термостойкость позволяют рассматривать эту керамику в качестве высокотемпературного теплоизоляционного материала до температур 2500 оС .
При меньшей температуре не хуже ZrO2 изолируют промышленный фарфор (70% SiO2 , 25% Al2O3 + окислы Fe, Ti, Ca, Mg, K, Na) и cлюда - минералы, относящиеся к алюмосиликатам слоистой структуры и сложного состава на основе Al2 O3, SiO2, MgO (флогопит, вермикулит и др). Фарфор и слюда примерно вдвое легче ZrO2, однако, такой уровень плотности можно получить и на том же диоксиде циркония благодаря пористости.
Пористые материалы
Пористые материалы (пеноматериалы) относятся к категории многофазных, поскольку поры заполнены веществом окружающей среды. Поэтому для них вводят понятие эффективной или эквивалентной теплопроводности, оно характеризуется коэффициентом теплопроводности однородного тела, через которое проходит то же количество тепла, что и через сложную систему при прочих равных условиях (одинаковые размеры, форма, интервал температур). В данном случае система бинарная, второй компонент – газ или вакуум.
Напомним, что теплопроводность l у газов на два - три порядка ниже, чем у твёрдых веществ (см. приложения 1,2). Следовательно,
во-первых, уровень теплопроводности определяется, в первую очередь, твёрдой фазой, так что эффективная теплопроводность изменяется с температурой так же, как у исходного вещества: допустим, у карбида кремния уменьшается, у диоксида циркония – растёт;
во- вторых, чем больше пористость, тем меньше теплопроводность.
Табл. 2-561 характеризует роль проникающей в поры газовой среды. Как мы знаем, у газов теплопроводность увеличивается с уменьшением молекулярной массы ( l ~ 1/Ö M), так что в аргоне (М = 40 кг/кмоль) любой пористый материал пропускает тепла меньше, чем в гелии (М = 4 кг/кмоль), а лучше всего теплоизолирует, конечно, в вакууме. Тем не менее, при высокой температуре, где вклад в теплопередачу от теплового излучения становится весомым и начинают проявлять себя оп-
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.