Способ определения коэффициента теплопроводности

 

i!

1У ю4

Ъф! ОПИСАНИЕ !

ИЗОБРЕТЕНИЯ (п 458752

Союз Советских

Социалистических

Республик (б1) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 17.07.73 (21) 1945530/26-25 с присоединением заявки ¹ (32) Приоритет

Опубликовано 30.01.75. Бюллетень № 4

Дата опубликования описания Об.03.75 (51) М. Кл, G Oln 25/18

Государственный KOMHTGT

Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 536.2(088.8) (72) Авторы изобретения Д. В. федосеев, Г. Г. Лопатина, А. В. Лаврентьев и И. Г. Варшавская (71) Заявитель

Институт физической химии АН СССР (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

Настоящее изобретение относится к способам определения теплофизических свойств веществ и может быть использовано для нахождения коэффициента теплопроводности твердых материалов при температурах выше

800 С.

Известны стационарные и нестационарные методы определения коэффициента теплопроводности. Общим для всех известных способов является контактный нагрев и контактное измерение температуры, что приводит к нарушению образцов и требует значительного размера образцов.

С целью разработки бесконтактного способа определения коэффициента теплопроводности твердых тел, который бы позволял быстро определять искомую величину на образцах малого размера (до 3 мм в поперечнике), образец нагревается монохроматическим излучением оптического квантового генератора (лазера) и измеряется температура поверхности образца, предварительно покрытого слоем пироуглерода толщиной, значительно меньшей толщины образца, путем пирометрирования на длине волны, отличной от длины волны излучения лазера; причем образец помещается в разряженную среду, когда конвективным теплооб меном можно пренебречь по сравнению с лучистым теплообменом.

Образец покрывают графитом, помещая его в среду углеродсодержащего газа, например ацетилена, чтобы степень черноты поверхности образца приближалась к единице. Толщина слоя графита должна быть такой, чтобы его тепловое сопротивление было значительно меньше теплового сопротивления образца; при нагреве образца до необходимой температуры графит в этом случае воспринимает температуру твердого тела. Покрытие графитом из10 бавляет от необходимости учитывать коэффициент степени черноты изучаемого материала, так как степень черноты графита известна и практически равна единице.

Определение коэффициента теплопроводнос15 ти производится в следующем порядке.

Приготавливается образец исследуемого материала. Образец закрепляется в держателе и помещается в кварцевый шаровидный реактор. Затем реактор ставится под откачку, важ куумируется до 10-4 мм рт. ст. и наполняется углеродсодержащим газом до давления 1—

10 мм рт. ст. После этого реактор закрепляется на трехкоординатном столике, установленном у оптического квантового генератора так, 25 чтобы образец был в поле действия лазерного пучка, а его плоскость — перпендикулярно оси пучка. Включают ОКГ и образец нагревается до тех пор, пока не покроется тонким слоем графита. Пирометром измеряется темпера30 тура на обеих сторонах образца, на длине

458752 о - — »

Т, Т, Изм.

=-зТ 4 — - Т1 — Т2

1148

1147

1291

1284 е:1, 1145 - К

1290 К

Ковффициент теплопроводности, Диапазон измерения, К

Толщина, Материал кал п/п см см сек град

3,3 10

2,5 10 2

3,5-10 4

3,7 10

4,5 10 з

1,8.10 2

Двуокись циркония

Графит

Асбест

Кварц

Нитрид бора

Алмаз

1290 — 1145

1130 — 1100

1323 †9

1153 †10

1150 †10

1215 †11

0,2

0,3

0,1

О, 15.

0,2

0,2

Предмет изобретения

Составитель А. Волков

Редактор Д. Цветкова Техрер Г. Дворина Корректор Н. Стельмах

Заказ 509/12 Изд. № 1059 Тира>к 902 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, _#_-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 волны видимой области спектра производится несколько замеров и выводится средняя.

Тепловой поток, излучаемый образцом с

«холодной» стороны, равен:

10 — = Т2.

Но этот же поток должен передаваться теплопроводностью от «горячей» стороны к «холодной»: откуда коэффициент теплопроводности равен:

Т4

i,:. la

Т вЂ” Т

Ниже приводятся примеры осуществления способа.

Пример 1.

Определение коэффициента теплопроводности двуокиси циркония.

Изготавливается образец из двуокиси циркония толщиной 2 мм, образец закрепляется в держателе, помещается в реактор, который ставится под откачку, и после получения вакуума порядка 10 —" мм рт. ст. реактор наполняется ацетиленом до 10 мм рт. ст.

Способ определения коэффициента теплопроводности твердых тел при высоких температурах в стационарном режиме нагрева, включающий измерение градиента температуры в исследуемом образце, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью ускорения процесса опПосле этого реактор устанавливается на трехкоординатный столик, чтобы образец был в поле действия лазерного пучка, а его плоскость — перпендикулярно оси пучка. Для на5 грева используется ОКГ типа ЛГ-25 и образец прогревается до тех пор, пока он не покроется топким слоем графита.

Пирометром измеряется температура на обеих сторонах образца, производится по три

10 замера, а затем выводится средняя температура.

После этого вычисляют коэффициент теплопроводности двуокиси циркония:

Т2 0,2 см 12,4 10 2 1,7 10

25 ) =1а

Т,— Т, 145

3,3.10 — з см сек град

Проводились также опыты по определению

30 коэффициента теплопроводности графита, асбеста, кварца, нитрида, бора, алмаза.

Все данные приводятся в таблице. ределения, образец нагревают инфракрасным монохроматическим излучением в среде угле35 родсодержащего газа, например ацетилена, при давлении 1 — 10 мм рт. ст., затем покрывают его слоем графита толщиной менее 1 мк, измеряют температуру двух сторон образца оптическим методом и по этим температурам

40 находят коэффициент теплопроводности.