Кандидат технических наук, старший научный сотрудник Научно-исследовательского отдела структурной макрокинетики.
634055, Томск, пр. Академический, 10/3
Cand. Sci. (Tech.), Leader researcher, Researcher department of structural macrokinetics.
634021, Tomsk, Akademicheskii Ave., 10/4
Доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Научно-исследовательского отдела структурной макрокинетики.
634055, Томск, пр. Академический, 10/3
Dr. Sci. (Phys.-Math.), Leading researcher, Researcher department of structural macrokinetics.
634021, Tomsk, Akademicheskii Ave., 10/4
Проведены экспериментальные исследования и построены математические модели волнового синтеза и теплового взрыва в тонкослойной системе CuO–B–стекло. Установлено, что распространение фронта горения происходит в многоочаговом режиме, а его скорость зависит от толщины реакционного слоя (d) по параболическому закону с максимумом при d = 4·10–4 м. Увеличение толщины реакционного слоя способствует улучшению характеристик теплового взрыва в данной системе, а разбавление ее инертным компонентом позволяет получать медные покрытия с хорошей электропроводностью. Методом рентгенофазового анализа и оптической микроскопии показано, что покрытие состоит из сплавленных между собой капель металлической меди, окруженных расплавом боросвинцово-силикатного стекла. Покрытия имеют высокую электропроводность, сравнимую с таковой металлов. Обнаружено, что увеличение толщины слоя выше 4·10–4 м приводит к значительному уменьшению скорости распространения фронта волны горения вследствие разрыхления исходной смеси под действием испарения адсорбированных на порошках паров воды и газов и, как следствие, к снижению теплопередачи во фронте горения. Такие покрытия электропроводностью не обладают. В макроскопическом приближении разработаны математические модели волнового синтеза и теплового взрыва в тонкослойной системе Cu–B–стекло. Проведены численные расчеты динамики процесса. Теоретические оценки удовлетворительно соответствуют данным экспериментальных исследований. Методом обратной задачи определены теплофизические и термокинетические константы процесса. На основе полученных экспериментальных данных и разработанных математических моделей получены опытные образцы пленочных электронагревателей с высокими электропроводностью и температурой эксплуатации.
The paper provides experimental research and mathematical models of wave synthesis and thermal explosion in a thin-layer CuO–B–glass system. It is found that burning front propagation has a multi-source behavior and its rate depends on reacting layer thickness by the parabolic law with a maximum at d = 4·10–4 m. Increased reacting layer thickness improves thermal explosion properties in this system, and dilution with an inert component makes it possible to obtain copper coatings featuring good electrical conductivity. X-ray phase analysis and optical microscopy demonstrated that the coating consists of metallic copper drops fused together and surrounded by boron-lead silicate glass melt. Coatings have high electrical conductivity comparable with that of metals. It is found that layer thickness increased over 4·10–4 m results in a significantly reduced layer propagation rate due to initial mixture loosening under the evaporation effect of water vapors and gases adsorbed on powders, and, as a consequence, it results in reduced heat transfer in the burning front. These coatings are not electrically conductive. Mathematical models of wave synthesis and thermal explosion in a thin-layer CuO–B–glass system using macroscopic approximation. Process dynamics are numerically calculated. Theoretical estimates correspond satisfactorily to experimental values. Thermophysical and thermokinetic process constants are determined by the inverse problem method. Experimental data obtained and mathematical models developed made it possible to obtain prototypes of electric film heaters with high electrical conductivity and operating temperature.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.