Об учете контактного термосопротивления между включениями и матрицей при прогнозировании эффективной теплопроводности композитов


DOI: 10.34759/tpt-2020-12-1-78-86

Авторы

Лавров И. В.1, Кочетыгов А. А.1*, Бардушкин В. В.2**, Яковлев В. Б.1***

1. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4
2. Институт нанотехнологий микроэлектроники РАН, 115487, Москва, ул. Нагатинская, 18

*e-mail: aakcht@gmail.com
**e-mail: bardushkin@mail.ru
***e-mail: yakvb@mail.ru

Аннотация

Предложен метод учета контактного термосопротивления на границе матрицы и включений в композите, основанный на модели композита с включениями с тонкой оболочкой. Для вычисления эффективной теплопроводности композита используется обобщенное приближение эффективного поля. Получено выражение для эффективной теплопроводности композита с однотипными сферическими включениями в зависимости от теплопроводностей матрицы, оболочек и ядер включений. Проведены модельные расчеты для композита с эпоксидным связующим ЭД-20 в качестве матрицы и сферическими включениями из алюмоборосиликатного стекла. Показано соответствие результатов, полученных на основе обобщенного приближения эффективного поля для модели композита с включениями с оболочкой, с результатами вычислений по обобщению приближения Максвелла—Гарнетта с учетом контактного термосопротивления.

Ключевые слова:

эффективная теплопроводность, контактное термосопротивление, композит, матрица, включение с оболочкой, приближение Максвелла–Гарнетта, обоб- щенное приближение эффективного поля

Библиографический список

  1. Колесников В.И. Теплофизические процессы в метал- лополимерных трибосистемах. М.: Наука, 2003. 279 с.

  2. Every A.G., Tzou Y., Hasselman D.P.H., Raj R. The ef- fect of particle size on the thermal conductivity of ZnS/diamond composites // Acta Metall. Mater. 1992. V. 40. N 1. P. 123.

  3. Devpura A., Phelan P.E., Prasher R.S. Size effects on the thermal conductivity of polymers laden with highly conductive filler particles // Microscale Thermophysical Engineering. 2001. V. 5. Iss. 3. P. 177–189. http://dx.doi.org/ 10.1080/108939501753222869

  4. Kidalov S.V., Shakhov F.M. Thermal conductivity of dia- mond composites // Materials. 2009. V. 2. P. 2467–2495. DOI:10.3390/ma2042467

  5. Pietrak K., Wiśniewski T.S. A review of models for effec- tive thermal conductivity of composite materials // Journal of Power Technologies. 2015. V. 95. N 1. P. 14–24.

  6. Pietrak K., Wiśniewski T.S. Methods for experimental de- termination of solid-solid interfacial thermal resistance with application to composite materials // Journal of Power Technologies. 2014. V. 94. N 4. P. 270–285.

  7. Pietrak K., Kubiś M., Langowski M., Kropielnicki M., Wultański P. Effect of particle shape and imperfect filler- matrix interface on effective thermal conductivity of epoxy- aluminum composite // Composites Theory and Practice. 2017. N 4. P. 183–188. DOI: 10.5281/zenodo.1188082

  8. Капица П.Л. Исследование механизма теплопередачи в гелии-II // ЖЭТФ. 1941. Т. 11. С. 1.

  9. Hasselman D.P.H., Johnson L.F. Effective thermal con- ductivity of composites with interfacial thermal barrier re- sistance // J. Compos. Mater. 1987. V. 21. Iss. 6. P. 508— 515. DOI: 10.1177/002199838702100602

  10. Benveniste Y., Miloh T. The effective conductivity of composites with imperfect thermal contact at constituent in- terfaces // Int. J. Eng. Sci. 1986. V. 24. N 9. P. 1537–1552.

  11. Benveniste Y. Effective thermal conductivity of compo- sites with a thermal contact resistance between the con-

  12. stituents: nondilute case // J. Appl. Phys. 1987. V. 61. N 8. P. 2840–2843.

  13. Максвелл Дж.К. Трактат об электричестве и магнетиз- ме. М.: Наука, 1989. Т. 1. 416 с.

  14. Wait J.R. Geo-electromagnetism. New-York, London: Ac- ademic Press, 1982. 268 p.

  15. Колесников В.И., Бардушкин В.В., Лавров И.В., Сы- чев А.П., Яковлев В.Б. Обобщенное приближение эф- фективного поля для неоднородной среды с включени- ями в оболочке // Доклады Академии наук. 2017. Т. 476.

  16. № 3. С. 280–284. DOI: 10.7868/S0869565217270081

  17. Maxwell Garnett J.C. Colours in metal glasses and in me- tallic films // Phil. Trans. R. Soc. London. 1904. V. 203. P. 385–420.

  18. Карташов Э.М., Кудинов В.А. Аналитические методы теории теплопроводности и ее приложений. М.: ЛЕНАНД, 2018. 1072 с.

  19. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математи- ческой физики. М.: Наука. 1966. 724 с.

  20. Лавров И.В., Бардушкин В.В., Сычев А.П., Яков- лев В.Б., Кириллов Д.А. О вычислении эффективной теплопроводности текстурированных трибокомпозитов

  21. // Экологический вестник научных центров Черноморско- го экономического сотрудничества. 2017. № 2. С. 48–56.

  22. Лавров И.В., Бардушкин В.В., Сычев А.П., Яковлев В.Б., Кочетыгов А.А. Прогнозирование эффективной теплопроводности трибокомпозитов с антифрикцион- ными включениями в оболочке // Вестник машиностро- ения. 2018. № 11. С. 53–57.

  23. Колесников В.И., Лавров И.В., Бардушкин В.В., Сы- чев А.П., Яковлев В.Б. Метод оценки распределений локальных температурных полей в многокомпонентных композитах // Наука Юга России. 2017. Т. 13. № 2. С. 13–20. DOI: 10.23885/2500-0640-2017-13-2-13-20

  24. Bragg W.L., Pippard A.B. The form birefringence of mac- romolecules // Acta Cryst. 1953. V. 6. N 11–12. P. 865–867.

  25. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. М.: Мир, 1986. 660 с.

  26. Spanoudaki A., Pelster R. The dependence on effective di- electric properties of composite materials: the particle size distribution // Phys. Rev. B. 2001. V. 64. P. 064205-1— 064205-6. DOI: 10.1103/PhysRevB.64.064205

  27. Физические величины: Справочник / Под ред. И.С. Гри- горьева, Е.3. Мейлихова. М: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024