Способ определения коэффициента теплопроводности Советский патент 1975 года по МПК G01N25/18 

1

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 измеренне температуры, что приводит к нарушению образцов и требует значительного размера образцов.

С целью разработки бесконтактного способа определения коэффициента тенлопроводности 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 меньщей толщины образца, нутем пирометрирования на длине волны, отличной от длины волны излучения лазера; причем образец помещается в разрялсепную среду, когда конвективным теплообменом можно пренебречь по сравнению с лучистым теплообменом.

Образец покрывают графитом, помещая его

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

Определение коэффициента теплопроводности производится в следующем порядке.

Приготавливается образец исследуемого материала. Образец закрепляется в дерл ателе и помещается в кварцевый щаровидный реактор. Затем реактор ставится под откачку, вакуумируется до 10 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, 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 температура па обеих сторонах образца, иа длине

волны видимой области спектра производится несколько замеров и выводится средняя.

Тепловой поток, излучаемый образцом с «холодной стороны, равен: J -т

о - 2

Но ЭТОТ же поток должен передаваться теплопроводностью от «горячей стороны к «холодной :

J 5 1 - ;

/о -- /п заГ4 :.г }, 1

, откуда коэффициент теплопроводности равен:

т

2

л /а

1иже приводятся примеры осуществления способа. Пример 1.

Определение коэффициента тенлонроводности 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.

После этого реактор устанавливается На трехкоординатпый столик, чтобы образец был в поле действия лазерного цучка, а его плоскость - перпендикулярно оси пучка. Для нагрева используется ОКГ типа ЛГ-25 и образец прогревается до тех пор, пока он не покроется тогпсим слоем графита.

Пирометром измеряется температура на обеих сторонах образца, производится по три замера, а затем выводится средняя температура.

После этого вычисляют коэффициент теплопроводности двуокиси циркония:

7-4

0.2см.12.4.10-2-1,7.10« 2

TI-T,

145

кал

г 3,3-10-3

смсекград

Проводились также опыты по определению коэффициента теплопроводности графита, асбеста, кварца, нитрида, бора, алмаза. Все данные приводятся в таблице.