О возможности оптимизации новых отечественных композитов


DOI: 10.34759/tpt-2020-12-11-515-528

Авторы

Черепанов В. В.

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

e-mail: vvcherepanov@yandex.ru

Аннотация

Для перспективного класса новейших высокотемпературных композиционных материалов, состоящих из муллитокорундовых волокон, проведено опирающееся на имеющиеся экспериментальные данные математическое моделирование спектрально-кинетических, тепло- и электрофизических характеристик, плохо поддающихся экспериментальному определению. Предварительно по доступным источникам информации была определена полная система исходных теплофизических и электрооптических спектральных данных для термостойких веществ, образующих основу указанных гетерогенных волокнистых теплозащитных материалов. Определены ключевые параметры, влияющие на электро- и теплофизические свойства высокотемпературных муллитокорундовых композиционных материалов. По результатам исследования даны конкретные рекомендации. В частности подтверждено, что сформированные по результатам опытно подбираемых рецептур гетерогенные волокнистые материалы с соотношением объемных долей аморфный кварц:муллит = 2:8 действительно являются оптимальными по составу. Тем не менее показано, что и их свойства могут быть улучшены в отношении тех или иных критериев эффективности.

Ключевые слова:

легкие волокнистые теплозащитные материалы, теплофизические, электрофизические характеристики, моделирование

Библиографический список

  1. Углова Т.Н., Новоселова С.Н., Татаринцева О.С. Базальтововолокнистые теплоизоляционные материалы на основе малотоксичных органических связующих. М.: Ведо, 2012.

  2. Геращенко Д.В., Балинова Ю.А., Тинякова Е.В. Керамические волокна оксида алюминия и материалы на их основе. М.: ВИАМ, 2011. 10 с.

  3. Каблов Е.А., Щетанов Б.В., Ивахненко Ю.А., Балинова Ю.А. Перспективные армирующие высокотемпературные волокна для металлических и керамических композиционных материалов // Авиационные материалы и технологии. 2005. № 2. С. 3–5

  4. Каблов Е.Н, Ивахненко Ю.А., Бабашов В.Г., Беспалов А.С., Бондаренко А.С., Истомин А.В. Гибкий теплозвукоизоляционный волокнистый материал низкой плотности. Патент на изобретение RUS 2641495 01.11.16.

  5. Бабашов В.Г., Ивахненко Ю.А., Варрик Н.М., Луговой А.А. Волокнистый градиентный керамический материал // Новости материаловедения. Наука и техника. 2017. Т. 26. № 2. С. 19‒ 26.

  6. Алифанов О.М., Черепанов В.В. Методы исследования и прогнозирования свойств высокопористых теплозащитных материалов. М.: МАИ, 2014. 264 с.

  7. Sampson W.W. Modelling Stochastic Fibrous Materials with Mathematica, Chemical Vapor Deposition. Springer-Verlag London Limited, 2009.

  8. Alifanov O.M., Cherepanov V.V. Mathematical simulation of high-porosity fibrous materials and determination of their physical properties // High Temperature. 2009. 47 (3). P. 438–447. DOI: 10.1134/S0018151X09030183

  9. Tahir M.A., Tafreshi H.V., Hosseini S.A., Pourdeyhimi B. Modeling the role of microstructural parameters in radiative heat transfer through disordered fibrous media // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2010. 53 (21–22). P. 4629–4637.

  10. Daryabeigi K., Cunnington G.R., Knutson J.R. Combined heat transfer in high-porosity high-temperature fibrous insulation: Theory and experimental validation // Journal of Thermophysics and Heat Transfer. 2011. V. 25. N 4. P. 536–546.

  11. Liu S., Chen W., Zhang Y. Design optimization of porous fibrous material for maximizing absorption of sounds under set frequency bands // Applied Acoustics. 2014. V. 76. P. 319–328.

  12. Palakurthi N.K., Konangi S., Ghia U., Comer K. Microscale simulation of unidirectional capillary transport of wetting liquid through 3D fibrous porous media: Estimation of effective pore radii // International Journal of Multiphase Flow. 2015. V. 77. P. 48–57.

  13. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. М.: Мир, 1986. 664 с.

  14. Кондратенко А.В., Моисеев С.С., Петров В.А., Степанов С.В. Экспериментальное определение оптических свойств волокнистой кварцевой теплоизоляции // ТВТ. 1991. Т. 29. № 1. С. 134–138.

  15. Бабашов В.Г. Гибкие высокотемпературные теплоизоляционные материалы на основе муллитокорундовых волокон. Дисс... к.т.н. М.: ВИАМ, 2015.

  16. Леко В.К., Мазурин О.В. Свойства кварцевого стекла. Л.: Наука, 1985. 166 с.

  17. Глушко В.П. (ред.) Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Справочное издание в 4-х томах. Том 2. Кн. 2. М.: Наука, 1979.

  18. Глушко В.П. (ред.) Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Справочное издание в 4-х томах. Том 3. Кн. 2. М.: Наука, 1981.

  19. Hildmann B., Schneider H. Heat capacity of mullite – new data and evidence for a high-temperature phase transformation // Journal of the American Ceramic Society. 2008. V. 87. Iss. 2. P. 237–239

  20. Materials Science and Engineering Handbook / Ed. J.F. Shackelford and W. Alexander. Boca Raton: CRC Press LLC, 2001. 1980 p.

  21. Rodriguez-de Marcos L.V., Larruquert J.I., Mendez J.A., Aznarez J.A. Self-consistent optical constants of SiO2 and Ta2O5 films. // Opt. Matter Express 2016. V. 6. N 11. P. 3622‒ 3637.

  22. Kischkat J., Peters S., Gruska B., Semtsiv M., Chashnikova M., Klinkmuller M., Fedosenko O., Mochulik S., Aleksandrova A., Monastyrsyi G., Florez Y., Masslenik W.T. Mid-infrared optical properties of thin films of aluminium oxide, titanium dioxide, silicon dioxide, aluminium nitride, and silicon nitride // Appl. Opt. 2012. V. 51. P. 6789‒ 6798.

  23. Popova S., Tolstykh T., Vorobev V. Optical characteristics of amorphous quartz in the 1400-200 1/cm region // Opt. Spectrosc. 1972. V. 33. P. 444‒ 445.

  24. Kitamura R., Pilon L., Jonasz M. Optical constants of silica glass from extreme ultraviolet to far infrafed at near room temperature // Appl. Opt. 2007. V. 46. N. 33. P. 8118‒ 8133.

  25. Querry M.R. Optical constants, Contractor Report CRDC-CR-85034 (1985).

  26. Hagemann H.-J., Gudat W., Kunz C. Optical constants from the far infrared to the x-ray region: Mg, Al, Cu, Ag, Au, Bi, C and Al2O3 // J. Opt. Soc. Am. 1975. V. 65. P. 742‒ 744.

  27. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Физико-математическая литература, 1968. 721 с.

  28. Alifanov O.M., Cherepanov V.V., Shchurik A.G., Mironov R.A. Calculation of characteristics of reticular materials based on a glassy carbon by its optical constants determined experimentally // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2020. V. 93. N 3. P. 710‒ 718.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024