Экспериментальное исследование физических свойств веществ при микросекундном нагреве импульсом электрического тока тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.14, доктор технических наук Савватимский, Александр Иванович

• Савватимский, Александр Иванович
• доктор технических наук
• 1999

Оглавление диссертации доктор технических наук Савватимский, Александр Иванович

1.1. Введение.

1.2.Импульсные электроустановки для исследовательских целей. 1 ~ "3 1.3.0 применении цифрового осциллографа при импульсном нагреве. 16 1.4.Описание импульсной установки, использовавшейся в данной работе. 17 1.5. Описание средств измерений.

Глава 2. Сплавы на основе N1 и Си вблизи плавления (твердая фаза, плавление, жидкое состояние).

2.1.Электрическое сопротивление и энтальпия промышленных сплавов на основе Си в твердом И ЖИДКОМ СОСТОЯНИЯХ.

2.1.1. Материалы и методика исследований.

2.1.2. Экспериментальные данные об энтальпии меди в области плавления.

2.1.3. Электросопротивление латуней и бронз.

2.1.4. Оценка удельного электросопротивления жидкой фазы рж в точке плавления для меди и ее сплавов. 38 2.2.Электросопротивление и энтальпия никеля и его сплавов в твердом и жидком состояниях.

2.2.1. Исследование никеля.

2.2.2. Энтальпия твердой и жидкой фаз никеля в точке плавления.

2.2.3. Электросопротивление твердой и жидкой фаз никеля в точке плавления

2.2.4. Исследование сплавов.

2.2.5. Экспериментальные данные о фазовом переходе в нихроме до начала плавления при различной скорости нагревания.

2.2.6. Сравнение полученного нами результата по сплавам меди с литературными данными.

Глава 3. Теплофизические и электрофизические свойства циркония вблизи точки плавления (1-й этап).

3.1. Обзор выполненных ранее работ по исследованию циркония.

3.1.1. Коротко о содержании основной литературной публикации.

3.1.2. Экспериментальные данные, приведенные для атмосферного давления.

3.1.3. Экспериментальные данные при повышенных давлениях.

3.1.4. Первые экспериментальные данные (1991 год) авторов данной работы.

3.1.5. Итоговые литературные данные.

3.2. Экспериментальные исследования теплофизических свойств циркония вблизи точки плавления.

3.2.1. Предварительные эксперименты.

3.2.2. Предварительные измерения. Определение плотности циркониевой фольги и ее толщины.

3.2.3 .Экспериментальные результаты для фольг циркония.

3.3. Электросопротивление циркония.

3.3.1. Рекомендуемые литературные данные для удельного электросопротивления циркония в твердом состоянии (включая точку плавления).

3.3.2. Экспериментальные данные об электросопротивлении циркония, полученные в стационарных измерениях.

3.3.3. Данные импульсных измерений электросопротивления циркония. Таблица изменения электросопротивления циркония при фазовых переходах.

3.3.4. Энтальпия фазовых переходов циркония.

Глава 4. Расширенные жидкие металлы при высоких температурах. 89 4.1. Методика получения расширенных состояний.

4.2'. 1. Электросопротивление и энтальпия для расширенного жидкого вольфрама.

4.2.2. Обсуждение экспериментальных результатов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экспериментальное исследование физических свойств веществ при микросекундном нагреве импульсом электрического тока»

4.3.2. Эксперимент. 102

4.3.3. Обсуждение экспериментальных результатов. 106

4.3.4. Заключение. 108

4.4. Расширенные жидкие Мо и Та. 109

Глава 5. Экспериментальное исследование физических свойств графита при высоких температурах. 111

5.1. Введение.

5.2. Электросопротивление графита в широкой области конденсированного состояния [112] (эксперимент автора и С.В.Лебедева). 111

5.2.1. Приготовление образцов плоского пиролитического графита. 112

5.2.2. Область, предшествующая взрыву графита (у = 2,1 г/см3). 113

5.2.3. Область взрыва графита (у = 2,1 г/см3). 117

5.2.4. Цилиндрический пиролитический графит (у = 1,94 г/см3). 119 5:1.5. Обсуждение результатов. 120

5.3. Экспериментальное исследование графита (обзор данных). 122

5.3.1. Данные Фрэнсиса Банди (США). Медленное нагревание (секунды и миллисекунды). 122

5.3.2. Данные Г.Потлахера (Австрия) и Р.Хиксона (США). Быстрое нагревание (микросекунды и наносекунды). 125

5.3.3. Данные Л.Ф.Верещагина для графита. 128

5.3.4. Данные М.Тогайя (Япония). 131

5.3.5. Данные М.А.Шейндлина и соавторов. 132

5.3.6. Публикации Э.И.Асиновского и соавторов. 136

5.4. Экспериментальное исследование пиролитического графита (в основном цилиндрической формы) в данной работе. 146

Глава 6. Удельное электросопротивление циркония и теплоемкость вблизи точки плавления (2-й этап). 163

6.1. Учет расширения циркония и получение удельного электросопротивления по данным нашего эксперимента (выделено в Таблице 17). 163

6.2. Обработка наших данных и конечный результат по электросопротивлению. 164

6.3. Теплоемкость циркония вблизи точки плавления. 169

6.3.1. Литературные данные о теплоемкости циркония. 169

6.3.2. Экспериментальные данные наших измерений теплоемкости циркония. 171

6.3.3. Оценка погрешности определения температуры циркония. 175 Глава 7. Особенности свойств металлов, наблюдаемые как в точке плавления, так и в закритическом состоянии. 178

7.1. Особенности светового излучения металлов вблизи точки плавления при быстром импульсном нагревании. 178

7.2. Исследование теплофизических и электрофизических свойств рения в окрестности точки плавления [158]. 186

7.3. Влияние давления на электросопротивление жидких металлов. Измерение теплового расширения жидких металлов методом ограничения объема [91]. 194

7.4. О возможности экспериментального достижения закритических состояний при импульсном нагревании металлов [146]. 200 Глава 8. Полученные результаты и новизна исследований. 207

8.1. Металлы. 207

8.2. Исследования графита. 207

8.3. Сопоставление с другими данными. 208

8.4. Руководство научными грантами. 209

8.5. Участие в международных конференциях. 209"

8.6. Перспективы дальнейших исследований. 210

8.7. Поддержка работы. 211

8.8. Опубликованные работы. 212

8.9. Формулировка нового научного направления. 213

Литература. 214-226

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ ПРИ МИКРОСЕКУНДНОМ НАГРЕВЕ ИМПУЛЬСОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Савватимский А.И. диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 01.04.14. Теплофизика и молекулярная физика)

Введение.

Данная работа посвящена экспериментальному исследованию теплофизических и кинетических свойств проводящих систем (в основном, металлов и сплавов) в жидком состоянии и при плавлении.

Исследованы тугоплавкие металлы вблизи плавления, а также в жидком состоянии: Та, Мо, а также сплавы на основе № и Си. Измерены: электросопротивление, энтальпия, теплоемкость. Тщательно исследован Ъх вблизи области плавления, как материал атомной энергетики. Измерены: теплоты фазовых переходов циркония; электросопротивление в зависимости от энтальпии (от начала нагревания до 2350 К); электросопротивление вблизи плавления как для твердой, так и для жидкой фаз в зависимости от температуры; теплоемкость твердого циркония (от 1600 К до плавления); теплоемкость жидкого циркония (от точки плавления до 2350 К). Приводятся результаты экспериментов с расширенными жидкими металлами: электросопротивление расширенных Та, Мо; удельный объем расширенных и №.

Для исследования свойств металлов при высоких температурах использовался метод быстрого нагревания электрическим током большой плотности. Этот метод уже хорошо себя зарекомендовал при исследовании жидких металлов. Он активно использовался в последние годы во многих странах, в том числе и для исследования свойств графита. Ранее удалось фиксировать начало температурного плато, которое авторы (Шейндлин М. [1], СегакНуап А. [2]) связывают с началом плавления графита. Единственная работа [3], в которой зафиксировано температурное плато при плавлении, не дала окончательных результатов для жидкого состояния. Исследование углерода в жидком состоянии становится одним из важнейших направлений импульсного нагрева проводящих веществ. В данной диссертации исследуется пиролитический графит цилиндрической формы при импульсном нагреве (тепловое расширение и электросопротивление). Измерения теплоты плавления и удельного электросопротивления жидкого углерода выполнены в кадидатской диссертации В.Н.Коробенко, которая здесь не рассматривается.

Гл.1. Обзор импульсных установок и методик нагрева проводящих образцов электрическим током. 1.1. Введение.

Для получения импульсного тока существует огромное количество электроустановок. Для целей исследования металлов как в твердом и, особенно, в жидком состоянии, установки обладают специфическими особенностями. Строго говоря, в каждом конкретном случае разрабатывается своя установка, рассчитанная на получение определенных свойств металла. Так, для получения данных о жидком состоянии длительность импульсного тока должна быть достаточно малой, чтобы за время нагрева образец не потерял форму. В этом случае можно говорить об измерении удельных величин, энтальпии и электросопротивления, отнесенных к определенной массе и геометрическим размерам. В то же время, для получения данных о фазовых переходах в твердой фазе металла (сплава), - необходимо выбирать скорость нагрева в соответствии с кинетикой перехода. Поэтому установки принципиально различаются по скоростям нагрева, что в свою очередь, связано с характеристиками элементной базы и с выполнением ошиновки. Условно можно разбить установки на миллисекундные, микросекундные и наносекундные. г

В данной работе рассматриваются только те установки, которые уже были успешно применены для исследования металлов, и их применение привело к получению конкретных данных о свойствах металлов.

Пионером исследования свойств металлов при быстром нагреве их электрическим током явился по общему признанию С.В.Лебедев. Сергей Владимирович Лебедев (1915-1990) является основателем лаборатории, в которой выполнено данное исследование. Еще в 50-е годы, в ФИАН-е им были начаты эти работы на импульсных установках, созданных его же руками. Пропуская тот начальный период, обратимся к публикациям (80-90)-ых годов, когда эти установки стали более совершенными.