Метод получения двухкомпонентных композиционных материалов с заданной теплопроводностью

от известных методов тем, что в результате его реализации может быть достигнуто любое значение теплопроводности создаваемого композита, выбранное из диапазона теплопроводностей исходных компонентов. Метод. Метод заключается в смешивании существенно разнородных твердых компонентов в заданной пропорции, последующем их прессовании и спекании. Пропорцию компонентов предварительно находят расчетным путем исходя из требуемого значения теплопроводности смеси. Для оценки ожидаемой теплопроводности композита и определения требуемой пропорции компонентов предложено использовать разработанную новую модель структуры с хаотически расположенными компонентами. Основные результаты. Показано, что для получения необходимой теплопроводности двухкомпонентной смеси можно успешно управлять структурой с хаотически расположенными компонентами, где в качестве элементарной ячейки используется предложенная в работе восьмиэлементная кубическая ячейка. При этом обеспечивается точность задания требуемого значения теплопроводности не ниже 90 %. Реализация метода показана на примере получения медно-алундового композита с заданным значением теплопроводности λ = 110 Вт/(м·К), которое, согласно представленному в примере расчету, соответствует процентному соотношению компонентов 74/26 (медь/алунд). Обсуждение. Разработанный метод позволяет получать двухкомпонентные композиты с заданной теплопроводностью в широком диапазоне от нескольких единиц до нескольких сотен Вт/(м·К). В качестве компонентов может использоваться практически неограниченная номенклатура веществ, находящихся в твердом порошкообразном состоянии. Обеспечивается возможность реализации непрерывной шкалы теплопроводности твердых тел. При использовании тугоплавких веществ эта шкала может быть расширена до температуры 2000–2500 °С. Метод может найти применение в метрологии, металлургии, ядерных технологиях, авиационной и тяжелой промышленности, кораблестроении.

1. Han X.H., Wang Q., Park Y.G., T’Joen C., Sommers A., Jacobi A. A review of metal foam and metal matrix composites for heat exchangers and heat sinks // Heat Transfer Engineering. 2012. V. 33. N 12. P. 991–1009. https://doi.org/10.1080/01457632.2012.659613

2. Гаврилин И.В. Композиционные материалы в машиностроении: Обзорная информация. М., 1989. 40 с.

3. Sidhu S.S., Kumar S., Batish A. Metal Matrix Composites for Thermal Management: A Review // Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. 2016. V. 41. N 2. P. 132–157. https://doi.org/10.1080/10408436.2015.1076717

4. Qu X.H., Zhang L., Wu M., Ren S.-B. Review of metal matrix composites with high thermal conductivity for thermal management applications // Progress in Natural Science: Materials International. 2011. V. 21. N 3. P. 189–197. https://doi.org/10.1016/S1002-0071(12)60029-X

5. Jia J., Cheng W., Long K. Concurrent design of composite materials and structures considering thermal conductivity constraints // Engineering Optimization. 2017. V. 49. N 8. P. 1335–1353. https://doi.org/10.1080/0305215X.2016.1248959

6. Галыгин В.Е., Баронин Г.С., Таров В.П., Завражин Д.О. Современные технологии получения и переработки полимерных и композиционных материалов: учебное пособие. Тамбов: Издательство ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2012. 179 с.

7. Xoдункoв В.П., Зapичняк Ю.П. Способ создания металлокoмпoзитa c предсказуемой теплопроводностью. Пaтент RU2739728С1. Бюл. 2020. № 1.

8. Павлов С.П., Макарова В.М., Злобина И.В., Бекренев Н.В. Предпосылки регулирования теплопроводности полимерных композиционных материалов на основе моделирования тепловых потоков и аддитивных технологий // Современные наукоемкие технологии. 2018. № 12-2. С. 337–342.

9. Бочкарева С.А., Гришаева Н.Ю., Люкшин Б.А., Реутов А.И., Люкшин П.А. Способ получения состава композиционного полимерного материала с заданными свойствами. Патент RU2668915C2. Бюл. 2018. № 28.

10. Абузин Ю.А., Наймушин А.И., Гончаров И.Е., Кочетов В.Н. Способ получения композиционного материала. Патент RU2392090C2. Бюл. 2010. № 17.

11. Xoдункoв В.П., Зapичняк Ю.П. Способ создания двухкомпонентного композита c заданной теплопроводностью. Пaтент RU2748669C1. Бюл. 2021. № 16.

12. Дульнев Г.Н., Заричняк Ю.П. Теплопроводность смесей и композиционных материалов. Л.: Энергия, 1974. 264 с.

13. Дульнев Г.Н., Заричняк Ю.П. Теплопроводность многокомпонентных смесей // Инженерно-физический журнал. 1967. Т. 12. № 4. С. 419.