Пример выполнения работы

Задача.

Спроектировать слоистый композиционный материал толщиной 12 мм, обладающий коэффициентом теплопроводности в направлении, перпендикулярном границе соединения, не более 190 Вт/ (м * К). Обеспечить высокую электропроводность вдоль слоев.

Решение.

Поскольку материал должен обладать высокой анизотропией тепло- и электропроводности, то целесообразно в качестве исходных компонентов выбрать металлы, обладающие высокой проводимостью, но при диффузионном взаимодействии образующие диффузионную прослойку, обеспечивающую снижение теплопроводности в направлении, перпендикулярном границе соединения. Таким образом компонентами композита выберем алюминий АД1 и медь М1 с коэффициентами теплопроводности 400 и 230 Вт /(м * К), соответственно. Для простоты выбираем, что толщины алюминия АД1 и меди М1равны.Диффузионная прослойка будет иметь теплопроводность около 31 Вт/ (м *К).

По известным значениям теплопроводности компонентов, диффузионной прослойки и композита можно рассчитать необходимые для выполнения условия задачи доли диффузионной прослойки, алюминия и меди.

Рассчитаем изменение коэффициента теплопроводности в направлении, перпендикулярном границе соединения по формуле (6.5) через равные промежутки времени (5 ч), считая, что диффузионная прослойка растет с одинаковой скоростью в алюминий и медь. Результаты расчета приведены в таблице 6.5

 

Таблица 6.5

Зависимость коэффициента теплопроводности СКМ в направлении, перпендикулярном границе соединения

Время отжига, ч	Толщины слоев СКМ, мм	λСКМ, Вт /(м * К)
М1	АД1	ДП
	5,79	5,79	0,42
	5,72	5,72	0,55
	5,67	5,67	0,66
	5,6	5,6	0,8

 

Таким образом, композит будет иметь следующую конструкцию после сварки взрывом и отжига при 500^оС в течение 20 ч (рисунок 6.10).

 

Рис. 6.10. Конструкция СКМ после сварки взрывом и отжига при 500^оС в течение 20 ч