- •О пределения
- •Обозначения и сокращения
- •Введение
- •1Физико-химические свойства теплоизоляционных материалов
- •1.1Характеристики теплоизоляционных материалов.
- •1.2 Теплопроводность при нестационарном режиме
- •1.2.1Постановка задачи нестационарной теплопроводности
- •1.2.2 Аналитический метод решения (метод Фурье)
- •1.3Влияние пористости вещества на процессы охлаждения
- •1.4 Композиционные теплозащитные материалы
- •1.4.1 Основные определения
- •1.4.2 Требования к композиционным материалам
- •1.5 Методы синтеза наночастиц
- •1.5.1 Диспергирование
- •1.5.2 Конденсация
- •1.5.3 Основы золь-гель технологии
- •1.6 Методы термического анализа
- •1.7 Анализ высокоэффективных теплоизоляционных и теплозащитных материалов
- •1.7.1 Microtherm
- •1.7.2 Теплоизоляционные материалы производства научно-производственного предприятия «Технология» (г. Обнинск)
- •1.7.3 Продукция ооо «Термокерамика» (г. Москва)
- •2 Методы термического анализа теплозащитных материалов и оборудование для изучения физико-химических свойств теплозащитных материалов
- •2.1 Принцип действия и устройство измерительной системы дск
- •2.1.2 Методика расчета коэффициента теплопроводности
- •2.1.3 Подготовка тигля
- •2.1.4 Подготовка образцов и метод измерения
- •2.2 Прибор для измерения коэффициента теплопроводности зондовым методом - мит 1
- •3 Экспериментальные результаты и их практическая реализация
- •3.1 Выбор волокнистых материалов с низким коэффициентом теплопроводности
- •3.2 Подбор и изготовление композиционных материалов
- •3.3Анализ полученных композиционных смесей
- •3.4 Прессование конструкционных деталей из композиционной смеси
- •3.5 Определение характеристик теплоизоляционных материалов
- •3.6 Получение золя кремниевой кислоты ионообменным способом
- •Заключение
- •Список использованных источников
3.2 Подбор и изготовление композиционных материалов
Вторым этапом эксперимента был выбор наполнителя – связующего для композиционной смеси. В выбранное волокно в различных соотношениях был добавлен «Аэросил» марки 200, так как этот материал имеет низкий коэффициент теплопроводности (λ~1,0 Вт/м·К). «Аэросил» обладает и другими очень важными техническими характеристиками: влажность менее 1%, большое содержание SiO2 – 99,8%, размеры сферических частиц ~12-18 нм, теоретически он может подойти как связующее для смеси выбранного нами волокна.
Полученные композиционные смеси также были проверены прибором МИТ-1, для определения коэффициента теплопроводности.
В табл. 3.3 приведены значения теплопроводности смеси «Рувол» - «Аэросил» в различных соотношениях.
Таблица 3.3 – Теплопроводность модифицированной композиционной смеси
Материал
|
Величина λ1, Вт/(м·К)
|
Величина λ2, Вт/(м·К)
|
Величина λ3, Вт/(м·К)
|
Величина λср, Вт/(м·К)
|
|||||
«Аэросил»,% |
«Рувол»,% |
||||||||
25 |
75 |
0,0421 |
0,0423 |
0,0419 |
0,0421 |
||||
50 |
50 |
0,0461 |
0,0463 |
0,0446 |
0,0457 |
||||
75 |
25 |
0,0465 |
0,0466 |
0,0465 |
0,0465 |
||||
Из полученных данных видно, что наименьший коэффициент теплопроводности имеет материал с соотношением компонентов 25-75%(«Рувол»-«Аэросил»). Из смеси были сделаны(методам сухого прессования) детали. По методике «Определение прочности при сжатии пористых материалов» было установлено, что данный состав не удовлетворяет нашим требованиям.
Для дальнейшего получения высокоэффективного теплоизоляционного материала была взята композиционная смесь с соотношением компонентов «Рувол» - «Аэросил» 50-50%.
Кроме основного наполнителя - «Аэросил» были выбраны тонкодисперсные порошки. Целесообразно было выбрать в качестве наполнителя тонкодисперсные химические элементы с высокими значениями прочности и жесткости, теплостойкости и устойчивости к химическим воздействиям, для этого используются элементы углерода, алюминия, кремния, кислорода, азота [28]. Типичными представителями таких соединений являются керамические материалы: SiC, Si02, Аl2О3.
Так как именно вышеперечисленные оксиды являются огнеупорными, они были взяты за основу теплоизоляционных материалов. Используемые порошки имели размеры ~8-9мкм, и находились в чистом виде-99,8% чистого вещества. Рецептура и соотношение компонентов в теплоизоляционной смеси также определялись на основе исследований других композиционных материалов, как отечественных так и зарубежных производителей. По полученным данным и были изготовлены композиции.
В табл. 3.4 представлен химический состав разработанных композиционных смесей.
Таблица 3.4 - Химический состав разработанных композиционных смесей
Композиционная смесь |
Химический состав, масс. % |
|||||
|
SiO2 |
Al2O3 |
SiC |
TiO2 |
«Рувол» - «Аэросил» |
|
1 |
58,0 |
10,55 |
0,50 |
30,95 |
50-50 |
|
2 |
50,10 |
13,50 |
1,50 |
34,95 |
50-50 |
|
3 |
52,60 |
14,25 |
1,90 |
31.25 |
50-50 |
|
4 |
55,53 |
16,10 |
1,0 |
27,37 |
50-50 |
|
5 |
56,0 |
15,50 |
0,50 |
28,0 |
50-50 |
|
6 |
56,54 |
14,20 |
0,30 |
28,95 |
50-50 |
|
7 |
57,80 |
12,50 |
0,20 |
29,50 |
50-50 |
|
8 |
60,0 |
15,10 |
0.10 |
24,8 |
50-50 |
|
Основной причиной большого содержания наночастиц SiO2 являлся то, что они обеспечивают низкую теплопроводность. Главные компоненты микропористой теплозащиты волокна и наночастицы оксида кремния связаны химической связью в длинные запутанные цепочки и смешаны с тонкодисперсными частицами диоксида титана и карбида кремния, которые в данном случае являются неорганическими наполнителями[29].