Материаловедение

Самоохлаждающиеся материалы

Самоохлаждающиеся, или, как их еще называют, «потеющие» материалы обладают капиллярной пористой структурой, благодаря которой они способны пропускать жидкость, выделяющуюся на поверхности материала в виде капель или паров и охлаждающую его за счет фазовых и химических превращений (диссоциации, плавления, сублимации и т.п.).

Самоохлаждающиеся материалы

Это свойство «потеющих» материалов (чистых металлов или сплавов) позволяет охлаждать высокотеплонагруженные элементы летательных аппаратов, реактивных двигателей, энергетических агрегатов, защищая тем самым их от воздействия критических температур, предотвращая их температурные деформации.

«Потеющие» материалы изготовляют методом порошковой металлургии (прессование или прокатка порошков с последующим спеканием), а также прокаткой тканых металлических сеток (холодная прокатка двух или несколько слоев с последующим спеканием либо горячая прокатка без спекания). Пористость «потеющих» материалов составляет 20–60 %, размеры пор – от нескольких мкм до сотен мкм, плотность (количество) пор – до 7·106/см2.

«Потеющие» материалы можно получать практически из любых металлов и сплавов (в том числе жаропрочных и тугоплавких); они выпускаются в виде листов, труб, втулок, колец, фасонных изделий.

Типичным примером «потеющего» материала, применяемого для защиты стальных конструкций от воздействия критических температур, является порошковая пористая сталь, в порах которой содержится множество нано- и микрочастиц меди. Так как температура плавления меди меньше, чем стали, то при превышении внешней температурой некоторого критического предела, металл начинает активно «потеть»: медь, расплавляясь, расширяется и сквозь поры выходит на поверхность, унося излишек тепла из системы. При остывании капельки меди снова «всасываются» стальными капиллярами и материал возвращается в исходное состояние.

«Потеющие» материалы с жидкостными охладителями используются для охлаждения высокотемпературных лопаток газовых турбин. Они находят довольно широкое применение в ракетных двигателях, магнитогидродинамических генераторах, для предотвращения аэродинамических нагревов летательных аппаратов. В частности, в качестве охлаждающей жидкости для ракетных сопел служат различные расплавленные металлы, которыми пропитывают пористые вольфрамовые матрицы.

Терморегулирующий процесс «потения» материалов аналогичен процессу потоотделения, который происходит в организме человека или млекопитающих животных и является защитной реакцией организма на перегрев.

Следует заметить, что подобный подход к терморегулированию материалов применяется и для решения обратной задачи: в авиации для борьбы с обледенением передние кромки крыльев и хвостовое оперение самолетов, подвергающиеся опасности намерзания льда, покрывают медно-никелевым пористым слоем, через сквозные поровые каналы которого циркулирует незамерзающая испаряющаяся жидкость (антифриз).

Следует также упомянуть о некоторых других проявлениях «потения» материалов, которые, однако, никоим образом не связаны с наличием у них каких бы то ни было интеллектуальных свойств. В частности, одно из них – «потение» стекол в окнах или очках, а также металлических трубопроводов холодной воды, обусловленное конденсацией теплого воздуха на холодной поверхности. Другое – «потение» резервуаров для хранения бензина, обусловленное его просачиванием (из-за большой текучести) через мельчайшие трещины резервуаров (обычно в местах сварных швов) с последующим испарением, приводящим к значительным потерям топлива.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *