Институт материаловедения, Харбинский политехнический университет, Харбин, Китай

Тянь Ло, аспирант
Лунтао Цзян*, профессор, эл. почта: longtaojiang@163.com
Чжэньлун Чао*, доцент

*Ответственные авторы.

Исследования в высокотехнологичных областях, например аэрокосмической и оборонной, с активным использованием высокоточных инерциальных приборов, достигли этапа, где основными требованиями являются предельная точность измерений и минимальная масса. Двумя главными показателями для совершенствования конструкции материалов для приборостроения являются гармонирующие теплофизические свойства и высокая размерная стабильность. В настоящее время активно исследуют композиты на основе алюминиевой матрицы, армированные частицами, при этом основное внимание уделяют объемной доле частиц, их размеру, межфазным связям и другим аспектам. В данной работе композиты β-SiC/Al с объемной долей 45 % получены методом пропитки под давлением с учетом строгих требований, предъявляемых к материалам для приборостроения. Микроструктуру и теплофизические свойства композитов β-SiC/Al изучали с применением дилатометра и лазерного импульсного анализатора теплопроводности. Выполнили анализ влияния различных факторов на эти свойства. Средний коэффициент теплового расширения композитов β-SiC/2024Al со средним номинальным размером частиц 5 мкм в диапазоне температур от 20 до 100 ^оC составляет 11,32×10^–6 1/К. Данная величина находится между значениями, рассчитанными по моделям Тернера и Кернера, и ниже, чем у композитов α-SiC/2024Al с таким же размером частиц. Теплопроводность композитов β-SiC/2024Al с размером частиц 3,5 и 5 мкм составляет 120 и 132 Вт/(м·К) соответственно. Эти значения выше, чем у композитов α-SiC/2024Al с таким же размером частиц. Теплопроводность композитов β-SiC/2024Al увеличивается с ростом размера частиц. В сравнении с композитами α-SiC/Al, композиты β-SiC/Al открывают новые перспективы для разработки композиционных материалов, предназначенных для приборостроения.

Перевод на русский выполнил магистрант 2-го курса гр. ЛМК(м)-31 Е. В. Игнатова.

1. Wu Gaohui, Qiao Jing, Jiang Longtao. Research progress on principle of dimensional stability and stabilization design of al and its composites. Acta Metallurgica Sinica. 2019, Vol. 55, Iss. 1. pp. 33–44.
2. Wu Shuai, Liao Jian-ping, Xiao Shu-han, Ren Hai-yan. Design of accelerometer signal digital system based on kalman filter. Navigation and Control. 2022. Vol. 21, Iss. 1. pp. 74–81.
3. Dong G. S., Gao B., Wang Z. B. Rotary bending fatigue behavior of a rare earth addition bearing steel: The effects of a gradient nanostructured surface layer formed by surface mechanical rolling treatment. International Journal of Fatigue. 2023. Vol. 168. 107425.
4. Xu Z. R. et al. Effect of particle size on the thermal expansion of TiC/A1 XDTM composites. Scr. Metall. Mater. 1994. Vol. 31. pp. 1525–1530.
5. Elomari S. et al. Thermal expansion responses of pressure infiltrated SiC/Al metal-matrix composites. Journal of Materials Science. 1997. Vol. 32. pp. 2131–2140.
6. Zhang C. et al. Development of calculation of thermal conductivity of silicon carbide. J Chin Ceram Soc. 2015. Vol. 43, Iss. 3. pp. 268–275.
7. Slack G. A. Nonmetallic crystals with high thermal conductivity. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 1973. Vol. 34, Iss. 2. pp. 321–335.
8. Collins A. K., Pickering M. A., Taylor R. L. Grain size dependence of the thermal conductivity of polycrystalline chemical vapor deposited β-SiC at low temperatures. Journal of Applied Physics. 1990. Vol. 68, Iss. 12. pp. 6510–6512.
9. Ren S. et al. Effect of Si addition to Al – 8 Mg alloy on the microstructure and thermo-physical properties of SiCp/Al composites prepared by pressureless infiltration. Materials Science and Engineering: B. 2007. Vol. 138, Iss. 3. pp. 263–270.
10. Wang W. M. et al. Advance in research on interfacial reaction in SiCp/Al composites. Journal of Chongqing University. 2004. Vol. 27, Iss. 3. pp. 108–113.
11. Costa S. C., Kenisarin M. A review of metallic materials for latent heat thermal energy storage: Thermophysical properties, applications, and challenges. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2022. Vol. 154. 111812.
12. Said Z. et al. Recent advances on the fundamental physical phenomena behind stability, dynamic motion, thermophysical properties, heat transport, applications, and challenges of nanofluids. Physics Reports. 2022. Vol. 946. pp. 1–94.
13. Agarwal B. D., Broutman L. J., Chandrasekharaiah K. Analysis and Performance of Fiber Composites. – John Wiley & Sons, 2017, 2017. 576 p.
14. Nielsen L. E., Landel R. F. Mechanical properties of polymers and composites (2nd ed.). CRC Press, 1994. 580 p.
15. Hashin Z. Analysis of composite materials – a survey. Journal of Applied Mechanics. 1983. Vol. 50, Iss. 3. pp. 481–505.
16. She J. H., Jiang D. L. Development and application of silicon carbide cerandcs. Ceramic Engineering. 1998. Vol. 32, Iss. 3. pp. 3–11.
17. Mizuuchi K. et al. Processing of Al/SiC composites in continuous solid–liquid co-existent state by SPS and their thermal properties. Composites Part B: Engineering. 2012. Vol. 43, Iss. 4. pp. 2012–2019.