Высокотемпературные теплофизические свойства углерод-углеродных композиционных материалов на основе иглопробивного углеродного каркаса с двумя типами уплотнения

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Методом плоских температурных волн измерена температуропроводность образцов, вырезанных из двух типов углерод-углеродных композиционных материалов вдоль и поперек их основного направления армирования. В качестве армирующего компонента углерод-углеродных композиционных материалов использовался иглопробивной каркас на основе углеродной биаксиальной ткани марки АСМ С400В из высокопрочного карбонизованного волокна. Для первого типа углерод-углеродного композиционного материала армирующий компонент уплотнен пироуглеродной матрицей, для второго – коксовой матрицей. Плотность исследованных материалов составляла 1.77 и 1.95 г/ см 3 соответственно. По результатам измерения температуропроводности в диапазоне 600–1700 К рассчитаны температурные зависимости коэффициента теплопроводности, позволяющие оценить теплопроводность исследованных материалов в зависимости от направления армирования (оси анизотропии). Показано отличие коэффициента теплопроводности как по величине, так и по форме политерм в зависимости от способа уплотнения иглопробивных углеродных каркасов углерод-углеродных композиционных материалов. Обсуждается механизм теплопроводности в углерод-углеродных композиционных материалах.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. В. Вершинин

АО «ОКБ «Новатор»

Author for correspondence.
Email: av_vershinin@inbox.ru
Russian Federation, г. Екатеринбург

А. С. Карсаков

АО «ОКБ «Новатор»

Email: av_vershinin@inbox.ru
Russian Federation, г. Екатеринбург

В. И. Горбатов

ФГБОУ ВО «Уральский государственный горный университет»; ФГБУН Институт теплофизики УрО РАН

Email: av_vershinin@inbox.ru
Russian Federation, г. Екатеринбург; г. Екатеринбург

А. А. Куриченко

ФГБОУ ВО «Уральский государственный горный университет»

Email: av_vershinin@inbox.ru
Russian Federation, г. Екатеринбург

И. В. Магнитский

АО «Композит»

Email: av_vershinin@inbox.ru
Russian Federation, г. Королев

М. В. Магнитская

АО «Композит»

Email: av_vershinin@inbox.ru
Russian Federation, г. Королев

С. В. Тащилов

АО «Композит»

Email: av_vershinin@inbox.ru
Russian Federation, г. Королев

References

  1. Tang B., Wang Y., Hu L., Lin L., Ma Ch., Zhang Ch., Lu Y., Sun K.,Wu X. Preparation and Properties of Lightweight Carbon/Carbon Fiber Composite Thermal Field Insulation Materials for High-temperature Furnace // J. Eng. Fibers Fabrics. 2019. V. 14.P. 1.
  2. Бушуев В.М., Удинцев П.Г., Чунаев В.Ю., Ершова А.Н. Перспективы применения углеродных композиционных материалов в химическом аппаратостроении // Химическая промышленность. 2003. Т. 80. № 3. С. 38.
  3. Дегтярь В.Г., Калашников С.Т., Кречка Г.А., Савельев В.Н. Углерод-углеродные композиционные материалы для изделий ракетно-космической техники // Констр. функц. мат-лы. 2013. № 2. С. 12.
  4. Бушуев В.М., Мусин Р.К., Синани И.Л. Закономерности пироуплотнения тканопрошивных углеродных каркасов в термоградиентном режиме для изготовления герметичных конструкций // Науч.-техн. вестник Поволжья. 2012. № 1. С. 125.
  5. Щурик А.Г. Искусственные углеродные материалы. Пермь, 2009. 342 с.
  6. Магнитская М.В., Магнитский И.В., Тащилов С.В., Цветков Д.А. Влияние высокотемпературной обработки на механические характеристики углерод-углеродных композиционных материалов на основе пироуглеродной матрицы // Вестник ПНИПУ. Механика. 2022. № 4. С.5.
  7. Виргильев Ю.С. Графиты для реакторостроения. М.: ФГУП «НИИграфит», 2011. 89 с.
  8. Savage G. Carbon–Carbon Composites.London: Chapman & Hall,1992.
  9. Luo R., Liu T., Li J., Zhang H., Chen Zh., Tian G. Thermophysical Properties of Carbon/Carbon Composites and Physical Mechanism of Thermal Expansion and Thermal Conductivity // Carbon. 2004. V. 42.№ 14. P. 2887.
  10. Kim W.-J., Park J.Y., Kim Y. Mechanical and Thermal Properties of a Nuclear Grade C/C Composite for an Application of In-Core Structural Materials of VHTR // Trans. Korean Nuclear Society Spring Meeting Gyeongju, Korea, May 29–30, 2008.P. 317.
  11. Ивлиев А.Д. Метод температурных волн в теплофизических исследованиях // ТВТ. 2009. Т. 47. № 5. С. 771.
  12. Ивлиев А.Д., Куриченко А.А., Векшин И.М. Высокотемпературная температуропроводность твердых растворов системы Y–Ho // ТВТ. 2016. Т. 54. № 2. С. 219.
  13. Коршунов И.Г., Мезенцев А.Н., Ивлиев А.Д., Горбатов В.И. Измерения температуропроводности двухслойных металлических систем методом плоских температурных волн при высоких температурах. Система титан–вольфрам //ТВТ. 1989. Т. 27. № 1. С. 63.
  14. Ивлиев А.Д., Поздеев А.Н., Морилов В.В. Применение метода плоских температурных волн при исследовании гетерогенных двухслойных материалов // ИФЖ. 1989. Т. 57. № 5. С. 866.
  15. Ивлиев А.Д., Куриченко А.А., Мешков В.В., Гой С.А. Методика ГСССД МЭ 207–2013. Методика экспериментального исследования температуропроводности конденсированных материалов с использованием температурных волн. ГСССД. Аттестат № 207. Деп. в ФГУП «Стандартинформ» 20.03.2013. № 902а–2013 кк.
  16. Taylor R.E., Groot H. Thermophysical Properties of POCO Graphite // High Temp. – High Press. 1980. V. 12(2). P. 147.
  17. Жмуриков Е.И., Савченко И.В., Станкус С.В., Tecchio L. Измерение теплофизических свойств графитовых композитов для конверторов нейтронной мишени // Вестник НГУ. Сер. Физика. 2011. Т. 6. №2. С. 77.
  18. Лутков А.И., Волга В.И., Дымов Б.К. и др. Тепловые и электрические свойства пиролитического графита // Неорг. материалы. 1972. Т. 8. № 8. С. 1409.
  19. Дульнев Г.Н., Заричняк Ю.П. Теплопроводность смесей и композиционных материалов. Л.: Энергия, 1974. 264 с.
  20. Ohlhorst C.W., Vaughn W.L., Ransone P.O., Tsou H.-T. Thermal Conductivity Database of Various Structural Carbon–Carbon Composite Materials // NASA. 1997. Tech. Memorandum№ 4787. 96 p.
  21. Волков Д.П., Заричняк Ю.П. Теплофизические свойства углерод-углеродных композиционных материалов // ТВТ. 1995. Т. 33. № 6.С. 941.
  22. Mac í as J.D., Bante-Guerra J., Cervantes-Alvarez F., Rodr ì guez-Gattorno G., Ar é s-Muzio O. et al. Thermal Characterization of Carbon Fiber-Reinforced Carbon Composites (C/C) //Appl. Composite Mater. 2019. V. 26 (1). P.321.
  23. Костановский А.В., Костановская М.Е., Зеодинов М.Г. О фононном механизме теплопроводности графита при высоких температурах // ТВТ. 2013. Т. 51. №3. С. 477.
  24. Займан Дж. Электроны и фононы. М.: Изд-во иностр. лит., 1962. 488 с.
  25. Колесников С.А., Бамборин М.Ю., Воронцов В.А. и др. Формирование уровня коэффициента теплопроводности углерод-углеродного композиционного материала // Новые огнеупоры. 2017. № 2. С. 30.
  26. Колесников С.А.,Ким Л.В., Воронцов В.А., Проценко А.К., Чеблакова Е.Г. Исследование формирования теплофизических характеристик объемно-армированных углерод-углеродных композиционных материалов // Новые огнеупоры. 2017. № 8. C. 45.
  27. Wang T., Zhang Sh., Ren B., Li K., Li W., Li H. Optimizing Mechanical and Thermal Expansion Properties of Carbon/Carbon Composites by Controlling Textures // Current Appl. Phys. 2020. V. 20. № 10. P. 1171.
  28. Бамборин М.Ю., Ярцев Д.В., Колесников С.А. Влияние высокотемпературной обработки на рентгеноструктурные характеристики и теплопроводность углерод-углеродных композиционных материалов // Новые огнеупоры. 2013. № 8. С. 56.
  29. Мармер Э.Н. Углеграфитовые материалы. М.: Металлургия, 1973. 136 с.
  30. Берман Р. Теплопроводность твердых тел. М.: Мир, 1979. 286 с.
  31. Вершинин А.В., Горбатов В.И., Куриченко А.А., Койтов С.А. Теплофизические свойства мелкозернистого графита МПГ-7 с химической и структурной гетерогенностью // ТВТ. 2022. Т. 60. № 5. С. 676.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. External appearance of UUKM: (a) – sample No. 1, (b) – No. 2.

Download (13KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Temperature dependences of the thermal diffusivity of graphite grade POCO AXM-5Q: 1 – measurement results, 2 – data [16].

Download (12KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Temperature dependences of thermal diffusivity along X–Y (a) and along Z (b) of UUKM samples: 1 – No. 1, 2 – No. 2; 3 – [9], 4 – [10].

Download (27KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Temperature dependences of thermal conductivity along X–Y (a) and along Z (b) of UUKM samples: 1 – No. 1, 2 – No. 2.

Download (26KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Temperature dependences of the coefficient of the mean free path of phonons in samples No. 1 (1 – along X–Y, 2 – along Z) and No. 2 (3 – along X–Y, 4 – Z).

Download (16KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences