Tselsiy bo'yicha 1200 daraja haroratda bo'lgan vakuumli pechda isitish plitasi uchun material tanlash ikkita zich, kumush{1}}kulrang refrakter metallar: molibden va volfram og'ir qotishmasi o'rtasida bo'ladi. Molibden sof, yuqori{3}}o‘tkazuvchanlik chempioni bo‘lib, issiqlikni ta’sirchan tezlik bilan harakatga keltiradi. Volfram og'ir qotishmasi zich, ishlab chiqilgan kompozitsion bo'lib, kuch, massa va issiqlik harakatining noyob, moslashtirilgan aralashmasini taklif qiladi. Ularning orasidagi tanlov - bu termal tezlik, mexanik qattiqlik va metallning shaffof, o'zgarmas og'irligining nozik muvozanatli qaroridir. Ushbu maqola taqqoslanadivolfram og'ir qotishmasi va molibden plastinkasining tarqalishi, issiqlik tarqalishi, o'tkazuvchanligi va boshqa material xususiyatlarining haddan tashqari yuqori haroratli-haroratli muhitda plastinka ishlashiga qanday ta'sir qilishini o'rganish.
Issiqlik diffuziyasi va uning plastinkadagi ahamiyatini tushunish
Issiqlik tarqalishi (, m²/s da o'lchanadi) - bu harorat o'zgarishining qattiq jismda qanchalik tez tarqalishini tavsiflovchi moddiy xususiyat. U=k / (r·cₚ) sifatida aniqlanadi, bu erda k - issiqlik o'tkazuvchanligi, r - zichlik va cₚ o'ziga xos issiqlik sig'imi. Isitish plitasi uchun yuqori termal diffuzivlik tezroq javob berish vaqtini-plastinka tez isitadi va soviydi, isitgich va ishlov beriladigan qism o'rtasida minimal termal kechikish bilan. Past issiqlik diffuziyasi plastinaning sekinroq javob berishini anglatadi, lekin u qisqa muddatli tebranishlarni yumshatish orqali yaxshi harorat barqarorligini ham ta'minlaydi.
Molibden va volfram og'ir qotishmasi o'rtasidagi termal diffuziyani taqqoslash har bir asosiy xususiyatni o'z navbatida tekshirishni talab qiladi.
Issiqlik o'tkazuvchanligi: Molibdenning aniq afzalligi
Sof molibden xona haroratida taxminan 138 Vt/m·K issiqlik o'tkazuvchanligiga ega. Yuqori haroratlarda (1200 darajagacha) o'tkazuvchanlik biroz pasayadi, lekin ko'pgina muhandislik materiallariga nisbatan yuqori bo'lib qoladi. Bu yuqori o'tkazuvchanlik molibdenning tez{4}}issiqlik-siklni qo'llash uchun tanlanishining asosiy sababidir.
Volfram og'ir qotishmalari (WHA) nikel va temir (yoki nikel va mis) birlashtiruvchi faza sifatida 90-97% volframdan tashkil topgan kompozitsiyalardir. Oddiy WHA ning issiqlik o'tkazuvchanligi (masalan, 95W–3,5Ni–1,5Fe) xona haroratida 80 Vt/m·K atrofida. Bu molibdendan sezilarli darajada past, molibden qiymatining taxminan 58% ni tashkil qiladi. Bog'lovchi fazaning mavjudligi uzluksiz volfram matritsasini buzadi, bu esa issiqlikni tashuvchi fononlar va elektronlarning o'rtacha erkin yo'lini kamaytiradi.
Shunday qilib, sof o'tkazuvchanlik uchun molibden ustun materialdir. Molibden plitasi issiqlikni o'rnatilgan isitish elementlaridan ishlov beriladigan qismga yanada samaraliroq, qalinligi bo'ylab kichikroq harorat gradienti bilan o'tkazadi.
Zichlik va o'ziga xos issiqlik: volfram qotishmasining massa ustunligi
Issiqlik tarqalishini hisoblash maxrajdagi zichlik va o'ziga xos issiqlikni o'z ichiga oladi. Molibdenning zichligi 10,28 g/sm³. Volfram og'ir qotishmalarining zichligi 17-18,5 g / sm³ (odatda 95 Vt qotishma uchun 17,6 g / sm³). Volfram qotishmasi molibdenga qaraganda taxminan 70% zichroqdir.
Ikkala material uchun o'ziga xos issiqlik sig'imi (cₚ) yuqori haroratlarda o'xshash. Molibden uchun cₚ ≈ 0,25 J/g·K; volfram og'ir qotishmasi uchun cₚ ≈ 0,13-0,15 J / g · K (volfram tarkibiga qarab). Mahsulot r·cₚ (hajmli issiqlik sig'imi) ma'lum hajmdagi haroratni oshirish uchun qancha energiya kerakligini aniqlaydi. Molibden uchun: 10,28 g/sm³ × 0,25 J/g·K ≈ 2,57 J/sm³·K. Volfram og'ir qotishmasi uchun: 17,6 g / sm³ × 0,14 J / g · K ≈ 2,46 J / sm³ · K. Hajmi issiqlik sig'imlari hayratlanarli darajada o'xshash-molibdenning bir oz cheti bor.
Shuning uchun, ikki material o'rtasidagi issiqlik diffuziyasidagi farq issiqlik o'tkazuvchanligidagi farq bilan ustunlik qiladi.
Issiqlik tarqalishining hisoblangan qiymatlari
Xona haroratida odatiy qiymatlardan foydalanish:
Molibden:k=138 Vt/m·K, r=10,280 kg/m³, cₚ=250 J/kg·K →=138 / (10,280 × 250) ≈ 138 / 2,570,000 ≈ 5,37 × 10,000 ≈ 5,37 × 10,8 mm3/sn.
Og'ir volfram qotishmasi (95 Vt):k=80 Vt/m·K, r=17,600 kg/m³, cₚ=140 J/kg·K →=80 / (17 600 × 140) ≈ 80 / 2 464 000 ≈ 3,25 × 10⁻ s/s (3,25 × 10⁻ s/s)
Molibdenning issiqlik diffuziyasi taxminan65% yuqorivolfram og'ir qotishmasidan ko'ra. Amaliy ma'noda, molibden plitasi ishlov beriladigan qism yuzasida harorat o'zgarishini bir xil qalinlikdagi volfram qotishma plitasiga nisbatan ikki-tezroq sodir bo'ladi, bir xil issiqlik kiritish hisobga olinadi.
Molibden - termal sprinter, engil va tez; volfram og'ir qotishmasi massiv, barqaror va mustahkam og'ir vazndir.
Plastinaning ishlashi uchun amaliy ta'sirlar
Termal aylanish tezligi
Tez isitish va sovutishni talab qiladigan jarayonlar-masalan, termal zarba sinovi, yarimo‘tkazgichlarni tezkor termal qayta ishlash (RTP) yoki qisqa sikl vaqtiga ega partiyali pechlar-molibdenning yuqori diffuziya qobiliyati hal qiluvchi afzallik hisoblanadi. Plitani tezda haroratga keltirish, aniq ushlab turish va keyin cho'zilgan vaqtlarsiz sovutish mumkin. Bu to'g'ridan-to'g'ri yuqori o'tkazuvchanlikka aylanadi.
Haroratning bir xilligi va barqarorligi
Pastroq termal diffuziyaga ega bo'lgan plastinka (volfram og'ir qotishmasi) tez harorat o'zgarishiga qarshilik ko'rsatadi. Bu kamchilikdek tuyulishi mumkin bo'lsa-da, issiqlik yuki o'zgarib turadigan jarayonlarda foydali bo'lishi mumkin. Volfram qotishmasining yuqori zichligi, shuningdek, birlik hajmiga kattaroq termal massa beradi (garchi yuqorida ko'rsatilgandek hajmli issiqlik sig'imi). Eng muhimi, past o'tkazuvchanlik notekis isitish elementlari yoki qisman ish qismi bilan aloqa qilishdan kelib chiqqan mahalliy issiq nuqtalarning tez tarqalish ehtimoli kamroq ekanligini anglatadi. Plastinka tebranishlarni yumshatib, tabiiy termal damper vazifasini bajaradi. Tez javob berishdan ko'ra harorat barqarorligini qadrlaydigan jarayonlar uchun volfram qotishmasi afzal bo'lishi mumkin.
Yuqori haroratda o'rmalanish qarshiligi va mexanik qattiqlik
Diffuziyadan tashqari, yuqori haroratda yuk ostida plastinkaning mexanik harakati juda muhimdir. Molibden kuchli, lekin yumshay boshlaydi va 1000 darajadan oshib ketadi. Volfram og'ir qotishmalari juda yuqori volfram tarkibiga ega bo'lib, 1200 darajagacha bo'lgan haroratlarda juda yuqori surilish qarshiligi va qattiqligini namoyish etadi. Volfram qotishmasining elastik moduli (≈310 GPa) molibdennikidan deyarli ikki baravar ko'p (≈320 GPa? Aslida molibden ham ~320 GPa; tekshiring: sof molibden moduli ~320 GPa, volfram ~400 GPa, lekin volfram bilan og'irroq ~03 GPa) muhim: og'ir volfram qotishma kuchini yaxshi saqlaydi). Ish qismlarini uzoq davrlarda cho'kmasdan qo'llab-quvvatlashi kerak bo'lgan katta, og'ir plitalar uchun volfram qotishmasining mexanik ustunligi hal qiluvchi omil bo'ladi.
Vibratsiyani yumshatish
Volfram og'ir qotishmalarining yuqori zichligi va kompozit tuzilishi mexanik tebranishlarning yuqori ichki dampingini ta'minlaydi. Molibden sof metall bo'lib, qo'ng'iroq kabi jiringlaydi. Harakatlanuvchi qismlar, nasoslar yoki tashqi tebranishlarga ega bo'lgan pechda molibden plitasi tebranishlarni uzatishi yoki kuchaytirishi mumkin, bu esa sezgir jarayonlarni buzishi mumkin. Volfram og'ir qotishma plitasi tebranish energiyasini o'ziga singdirib, tinchroq, barqaror mexanik muhitga hissa qo'shadi.
Atmosfera va ekologik mulohazalar
Molibden va volfram og'ir qotishmalari yuqori haroratlarda oksidlanishga moyil. Ular vakuumda yoki qaytaruvchi atmosferada (masalan, vodorod, hosil qiluvchi gaz yoki kislorodning qisman bosimi juda past bo'lgan inert gaz) ishlatilishi kerak. Ikkala material ham 400 darajadan yuqori haroratli havo o'choqlari uchun mos emas.
Volfram og'ir qotishmalari juda qattiq va mo'rt bo'lgan sof volframdan farqli o'laroq, an'anaviy karbid asboblari yordamida ishlov beriladi. Bu murakkab plastinka geometriyalarini (yivlar, teshiklar, qadamlar) to'g'ridan-to'g'ri ishlov berish imkonini beradi. Molibden ham qayta ishlanishi mumkin, ammo ishning qattiqlashishiga yo'l qo'ymaslik uchun o'tkir asboblarni va ozuqa tezligini diqqat bilan nazorat qilishni talab qiladi.
Xulosa tanlov jadvali
| Mulk | Molibden | Volfram og'ir qotishmasi (95 Vt) |
|---|---|---|
| Issiqlik o'tkazuvchanligi (Vt/m·K) | ~138 | ~80 |
| Zichlik (g/sm³) | 10.28 | ~17.6 |
| Volumetrik issiqlik sig'imi (J/sm³·K) | ~2.57 | ~2.46 |
| Issiqlik tarqalishi (mm²/s) | ~53.7 | ~32.5 |
| Termal javob | Tez (sprinter) | O'rtacha (barqaror) |
| Creep resistance at >1000 daraja | Yaxshi | Ajoyib |
| Vibratsiyani pasaytirish | Past | Yuqori |
| Ishlov berish qobiliyati | Yaxshi | Yaxshi (sof W dan yaxshiroq) |
| Xuddi shu hajm uchun nisbiy massa | 1× | ~1.7× |
Xulosa: Tez Sprinter va barqaror og'ir vazn
Molibden va volframli og'ir qotishma plita o'rtasidagi tanlov tez{0}}velosiped, issiqlikka chaqqon metall va zich, mexanik jihatdan dominant va tebranishga chidamli-og'ir vazn o'rtasidagi qaror bo'lib, ularning har biri turli ekstremallar bo'yicha mutaxassis. Molibdenning yuqori termal tarqalish qobiliyati-odatiy volfram og'ir qotishmasidan taxminan 65% yuqori-bu uni tez termal javob, qisqa aylanish vaqtlari va minimal termal inertsiyani talab qiladigan jarayonlar uchun afzal material qiladi. Og'ir volfram qotishmasi pastroq tarqalish qobiliyatiga ega, lekin ancha yuqori surilish qarshiligi, qattiqligi va tebranishini pasaytirishi bilan uzoq{7}}davomli, yuqori{8}}haroratli jarayonlarda ustunlik qiladi, bunda mexanik barqarorlik va sarkmaga qarshilik birinchi o'rinda turadi.
Eng ekstremal haroratlar eng ekzotik va ehtiyotkorlik bilan tanlangan metallar tomonidan qoplanadi. Ikkala material ham universal jihatdan ustun emas; to'g'ri tanlash plita termal sprinter bo'lishi kerakmi yoki metallar bardosh bera oladigan darajada aniq ish uchun massiv, bardoshli poydevor bo'lishi kerakligiga bog'liq.
