Экспериментальное исследование переносных свойств конструкционных материалов на основе переходных металлов при высоких температурах Грищук, Александр Павлович

Введение к работе

Актуальность работы - обусловлена необходимость получения достоверных и надежных данных по электро-и теплопроводности конструкционных материалов на основе переходных металлов, которые используются при разработке и создании различных высокотемпературных аппаратов и устройств. Противоречивость опытных данных по свойствам чистых металлов, несогласованность результатов низкотемпературных и высокотемпературных измерений стимулируют постановку новых исследований на основе более совершенных измерительных устройств. Для области высоких температур (выше ЮООК) до настоящего времени отсутствуют промышленные приборы, позволяющие изучить температурную зависимость коэффициентов теплопроводности и удельного электрического сопротивления на образцах, которые являются представительными не только для чистых металлов, но и различных композиций на их основе. Развитие соответствующей экспериментальной базы и повышение надежности результатов измерений позволят более достоверно установить закономерности изменения с температурой тепло- и электропроводности и проверить существующие теоретические модели для описания явлений переноса в системах со сложным электронным строением. В связи с этим возникла необходимость создания высокотемпературной установки по определению удельного электросопротивления и измерения его у конструкционных материалов на основе переходных металлов и модернизации высокотемпературной установки по определению теплопроводности , а также нахождение связанной с коэффициентами переноса исследованных металлов - функции Лоренца.

Целью работы являлось - развитие экспериментальной базы для высокотемпературных исследований удельного электросопротивления и теплопроводности конструкционных материалов на основе переходных металлов и изучение температурного влияния на эти свойства в металлах 4-й, 5-й и 6-й групп периодической системы и некоторых важных конструкционных материалов на основе этих металлов.

Научная новизна:

1. Создана новая установка по исследованию удельного электросопротивления 4-х
зондовым методом на постоянном токе с использованием электронного и радиа
ционного нагрева для изучения конструкционных материалов на основе переход
ных металлов на образцах различных размеров до температур Т= 3000К . Уста
новка обеспечивает возможность непрерывной регистрации измеряемых величин.

2. Получены новые данные по удельному электросопротивлению и теплопровод
ности , функции Лоренца ниобия электроннолучевой плавки "НБ-1" в диапазонах

77,300 -2675K и 393-2365К соответственно. Данные по удельному электросопротивлению подтверждают предположение ряда авторов о справедливости правила Матиссена для ниобия. Данные по теплопроводности ниобия в столь широком диапазоне на одном образце получены впервые.

1. Получены новые данные по удельному электросопротивлению в диапазоне 77, 300-2160К и теплопроводности в диапазоне 375-1889К для йодидного гафия. Построена в диапазоне 375-1889К функция Лоренца. Показано влияние полиморфного превращения на кинетические коэффициенты. Зафиксировано также , что в диапазоне 1300-1800К выполняется правило Матиссена.

2. Впервые в диапазоне ЗО0-25О0К исследовано удельное электросопротивление , теплопроводность и функция Лоренца низколегированного сплава молибдена "ЦМ -10". Отмечено нарушение правила Матиссена для этого сплава.

5. Впервые в столь широком диапазоне температур Т= 300-2669К исследовано
удельное электросопротивление вольфраммедного псевдосплава "ВНДС -1", со
держащего изначально 16,5% меди по массе, а также исследовано в диапазоне тем
ператур Т=300-2547К электросопротивление для матрицы того же псевдосплава,
полученной после выпаривания меди и данные по теплопроводности матрицы в
диапазоне Т= 300-109 Ж. Расчитана теплопроводность матрицы псевдосплава до
2600К.

Практическую ценность представляют: 1 .Созданная новая установка по определению удельного электросопротивления 4-х эондовым методом на постоянном токе с нагревом образца электронной бомбардировкой с автоматической регистрацией электрических параметров, позволяющая проводить исследования удельного электросопротивления, как на малых так и на массивных образцах , как в стационарных условиях , так и в динамических режимах, включая и термоциклированние , что особенно важно для материаловед-ческих исследований и для изучения процессов кинетики фазовых переходов, а также для получения результатов влияния процессов ад- и абсорбации газовой атмосферы на удельное электросопротивление металлов. Установка позволяет с высокой производительностью и надежностью получать достоверные данные по удельному электросопротивлению металлов, сплавов и композитов на их основе. Модернизирована установка по определению теплопроводности. 2. Результаты исследования удельного электросопротивления и теплопроводности ниобия "НБ-1" использованы для создания Таблиц стандартных справочных данных: "Ниобий. Физические свойства". ГСССД-121-88.

3. Результаты исследования удельного электросопротивления , теплопроводности и функции Лоренца йодидного гафня существенно уточняют и дополняют имеющиеся литературные данные.

4. Полученные результаты по удельному электросопротивлению и теплопроводности низколегированного сплава "ЦМ-10" и вольфраммедной коипозиции "ВНДС-1" могут быть исследованы в различных материаловедческих научно-исследовательских работах.

Апробация работы. Основные результаты докладывались на конференциях, семинарах, совещаниях и школах молодых ученых. В их числе : на 4 Всесоюзной школе молодых ученых и специалистов " Современные проблемы теплофизики " ( г. Новосибирск в 1986г.): на 3 Всесоюзной научно-технической конференции " Метрологическое обеспечение температурных и теплофизических измерений в области высоких температур " ( г. Харьков в 1986г.) : на Всесоюзной научно-технической конференции " Методы и средства теплофизических измерений " ( г.Севастополь в 1987г.): на конференции молодых ученых и специалистов ИВТАН (г.Москва в 1987г.): на 12 Всесоюзном совещании " Получение, структура, физические свойства и применение высокочистых и монокристаллических тугоплавких и редких металлов " ( г.Суздаль в 1987г.): на Всесоюзном семинаре " Теплообмен и теплофизические свойства материалов " (г.Новосибирск в 1991г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 открытых публикаций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения , семи глав, выводов, списка литературы, приложения и содержит 127 страниц, включая 21 рисунок, 23 таблицы ( из них 12 в тексте и 11 в приложении ) : библиография содержит 83 наименования.