Способ определения скачков теплопроводности при структурных (фазовых)переходов

. Кл,01 й 25/О осудврственный комитетСовета Министров СССРпо делам изобретенийи открытий 23) Приоритет43) Опубликовано 25,1 6,Бюллетень43 описания 20.05. 77 З) УДК 536.2. Балбашов и Корот Авторыизобретения сковский ордена Ленина энергетический инсти 71) Заявитель 2 еличина теплоножения Л мосте тельный на еде жения для й темпера тся измерениемя точкамиф, определяетости Тв и вропускании че 20 сляется вьтраж и вклюопрниж исоединением заявки М(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИ СТРУКТУРНЫИзобретение относится к технике определения теплофизических свойств вещества и может использоваться для определения скачков теплопроводности при структурных (фазовых) переходах, имеющих место эа пределами рабочих температур контактных терм одатчик ов,Известные способы определения скачков теплопроводности сводятся к определению теплопроводности изотропных образцов и дальнейшей экстраполяции зависий теплопроводности к температуре структурного (фаеового) перехода сверху и снизу. Способ включает предваргрев исследуемого образца ик нему электрического напряведения его до более. высокоры. После чего осуществляенапряжения .Ь О между двуобразца на расстояниися температура на поверхнцентре образца Тс , при пуез образец тока. Затем вычивеличина теплопровадности из КАЧКОВ ТЕ ПЛОПРОВОДНОСТф АЗОВЫХ) ПЕРЕХОДАХ и рассчитывается точная впроводности посредством умна .поправочный коэффициент.Этот способ не допускает расплавления образца, использует поправочный коэффициент, который не в состоянии учесть существенную часть погрешностей, даваемых расчетной формулой, а максимальная температура образца ограничена рабочими температурами зондов, используемых для измерения Ь 7, Все это не позволяет определить с пригодной для практики точностью скачки теплопроводности при высокотемпературных переходах в твердой фазе и совершенно невозможно определить скачки теплопроводности при расплавзеении веществ, особенно тех, которые не дщускают контакта ни с одним из известных тигельных материалов.Наиболее близкий к изобретению способ , определения скачкова теплопроводност чает нагрев цилиндрического образца етропность образца по всему его объему,Кроме того, способ включает измерениетеплоотдачи с этого торца и определениегеплопроводности из уравнения тепловогобаланса на его поверхности.Предполагая изотропность образца,можно лишь одним способом определитьскачок теплопроводности при структурном(фазовом) переходе, Для этого необходимо измерять теплопроводность поочереднона одной, а затем на другой структуре(фазе) при температурах, близких сверхуи снизу к температуре перехода. Этотспособ исключает измерения на химическиактивных расплавах в связи с возникновением проблемы удержания высокотемпературного жидкого вещества, даже приподходящем тигельном материале потому,что нарушается принцип изотропности, лежащий в основе известного способа, Теплоотдачу измеряют с помощью радиометра,а теплоотдачу за счет конвекции учитывают введением поправки. Величину поправки определяют на основе теории подобия тепловых процессов, что дает существенную дополнительную погре шностьв конечном результате,Бель изобретения- расширение диапазона рабочих температур и класса исследуемых материалов, а также повышениеточности определения величины скачковтеплопр ов одн ости,Это достигается тем, что осесимметричный образец нагревают до полученияв его толще стабильной границы разделаструктур (фаз), затем охлаждают его докомнатной температуры, делают осевойшлиф образца, по которому определяютформу границы раздела структур (фаз),находят градиенты температуры вблизиэтой границы по обе стороны от нее, покоторым рассчитывают скачки теплопроводности. При этом рассматривают плоскую поверхность осевого шлифа, как двеобласти, разделенные найденной границейраздела. Для каждой из областей, предполагая их изотропность, методом конечныхразностей решают двумерное уравнениеЛапласа и находят пространственное распределение температуры в образце. По вычисленному распределению температуры находят температурные градиенты вблизи границы раздела по обе стороны от нее. Теплопроводность при температуре структурного (фазового) перехода со стороны боделение температурного распределения поего поверхности и нахождение с помощьючисленных методов среднего градиента наего более холодном торце, предполагая изо 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 лее низких температур находят путем экстраполяции ранее определенной зависимо. сти теплопроводности от температуры, Зная градиенты температуры по обе стороны от границы раздела: ( год)и ( дГас 1 1 )2, а также коэффициент теплопроводности ( К 4) более низкотемпературной структуры (фазы), легко определить коэффициент теплопроводности ( 1) более высокотемпературной структуры (фазы) из условия непрерывности теплового потока в стационарном режиме:КЯгодам),: К,(фга 41)П р и м е р. Берут цилиндрический образец плавленого оксидного материала ( ЧГеО или Пу УеО -температура плавления 1750 С), С помощью мощного раодиационного источника нагрева и отражателя доводили образец до появления осесимметричной ванны расплава в центре верхнего торца образца, Определяют распределение температуры по всей поверхности образца, например, посредством оптического пирометрирования на верхнем торце образца и платина-платино-родиевых термопар на его боковой поверхности и нижнем торце, После охлаждения образец разрезают с помощью алмазного диска по его оси и тщательно полируют поверхность среза. Форму границы раздела фаз определяют известными средствами, например, с помощью поляризационного анализа или рентгеновской топографии,Рассматривают поверхность среза как две квазиизотропные плоские области, разделенные выявленной границей раздела фаз. Решая методом конечных разностей уравнение Лапласа для этих двух областей, по найденным распределениям температур находят градиенты температуры в непосредственной близости от границы раздела по обе стороны от нее. Используя полученную известными методами зависимость теплопроводности от температуры, путем экстраполяции получали значение этой величины при температуре плавления материала. Это дает возможность из простого соотношения (1) определить теплопроводность расплавленного материала. Слабая зависимость теплопроводности от температуры, при отсутствии структурных (фазовых) переходов, для подавляющего большинства материалов позволяет проводить экстраполяцию этой величины на значительные интервалы температур, не внося заметной ошибки в определенную величину скачков теплопроводности при соответствующих переходах.Предлагаемый способ позволяет с высокой точностью определять скачки теплопроводно536422 Составитель В, ГусеваРедактор Л. Гребеиникйва Техред Г. Родак Корректор Т. Чаброва Заказ 5769/273 Тираж 1029 ПодписноеБНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССРпо целам изобретений и открытий113035, Москва, Ж 35, Раущская наб., ц, 4/5 филиал ППП фПатент, г. загород, ул. Проектная, 4 сти в самых разнообразных материалах при высокотемпературных структурных и фазовых переходах, Он дает информацию по теплопроводящим свойствам материалов, получить которую с помощью известных мето дов не представляется возможным,Зная изменения теплопроводности при структурных (фазовых) переходах, можно ускорить проектирование, например, различных плавильных агрегатов, установок для 10 выращивания монокристаллов, а также снизить расходы на изготовление модельных образцов этого оборудования и доработку соответствующих технологических процессов.15 Ф ормула изобретения Способ определения скачков теплопроводности при структурных (фазовых) переходах, включающий нагрев осесимметричного образца, определение температурного распределения по его поверхности, температурной зависимости до максимально возможнойтемпературы образца и определение по нейзначения теплопроводности при температуреструктурного (фазового) перехода, о т -л и ч а ю ш и й с я тем, что, с цельюрасширения диапазона рабочих температури класса исследуемых материалов, а такжеповышения точности определения скачковтеплопроводности, образец нагревают до получения стабильной границы раздела структур (фаз), затем охлаждают его до комнатной температуры, делают осевой шлиф, покоторому определяют форму границы раздела структур (фаз), находят градиенты температуры вблизи этой границы по обе стороны от нее, по которым рассчитываютскачки теплопроводности.