Экспериментальный комплексный стенд для исследования свойств углеродных конструкционных материалов

Главные преимущества, обоснование уникальности установки, в том числе сопоставление УНУ с существующими аналогами, многофункциональность и междисциплинарность УНУ

Главным преимуществом установки является ее комплексный характер: стенд состоит из нескольких блоков, позволяющих измерять тепло- электрофизические и физико-механические  свойства углеродных конструкционных материалов в широком диапазоне характеристик: блок измерения температурного коэффициента линейного расширения, блок измерения коэффициента теплопроводности, удельного электрического сопротивления и интегральной степени черноты, блок измерения предела прочности, модуля упругости и предельной деформации.  В настоящее время «Экспериментальный комплексный стенд для исследования свойств углеродных конструкционных материалов» является единственным стендом в Российской Федерации, позволяющим проводить на современном научном уровне комплексные исследования, оценивать и подтверждать работоспособность конструкционных углеродных материалов, в том числе вновь разрабатываемых, которые производит АО «НИИграфит» в интересах ракетостроения и атомной энергетики. Созданный комплекс дает возможность проводить в реальном масштабе времени измерения теплофизических и механических свойств материалов, а также обеспечивать обработку результатов испытания.

Направления научных исследований, проводимых на УНУ

научно-технологические исследования в области создания и изготовления изделий из конструкционных углеродных материалов: искусственного графита и материалов на его основе, углерод-углеродных и углерод-полимерных композиционных материалов; контроль качества и оценка работоспособности конструкционных углеродных материалов с учётом области применения.

ОБОРУДОВАНИЕ УНУ

Блок измерения температурного коэффициента линейного расширения позволяет проводить измерения в интервале температур от +20°С до +3000°С. Состав блока: высокотемпературная электропечь ПВ-3 с графитовой оснасткой и графитовым нагревателем, способная нагревать образцы до 3000°С за непродолжительное время, с возможностью работы в инертной среде; система проточного водоохлаждения. Малые габариты печи позволяют осуществлять более быстрый нагрев и остывание в отличие от аналогов. Конструкция печи предусматривает определение температурного коэффициента линейного расширения без учета влияния внутренних напряжений в материале. Также она обеспечивает увеличенный ресурс графитовой оснастки. Блок включает горизонтальный микроскоп (компаратор) марки МГ-2 с измерительной головкой МОВ-1-15х, оптический пирометр ЛОП-72, рабочий ПК для обработки результатов испытания.

Блок измерения коэффициента теплопроводности, удельного электрического сопротивления и интегральной степени черноты существует в единственном экземпляре, причем не только в Российской Федерации, но и за рубежом.

Уникальность установки заключается в том, что она позволяет измерять электро- и теплофизические свойства материалов, имеющих ярко выраженную температурную зависимость, таких как искусственный графит, углерод-углеродные и углерод-керамические композиционные материалы и ряд полупроводников. Блок позволяет  определять коэффициент теплопроводности, степень черноты и удельное электрическое сопротивление материалов на основе углерода в интервале  температур от 1200°С до 2500°С, при  абсолютных значениях коэффициента  теплопроводности от 5,0 до100,0 Вт/м·К, степени черноты от 0,0 до 1,0 и  удельного электрического сопротивления от 2,0 до 1000 мкОм·м. В состав блока входит высокотемпературная электропечь с системой проточного водоохлаждения, с возможностью работы в инертной среде; поворотный стол; оптический прецизионный пирометр ПД-4-06 №2; вольтметр В7-65/2; регулятор напряжения переменного тока РН1-250-УХ-Л4; шкаф управления; рабочий ПК для обработки результатов испытания.

Блок измерения физико-механических свойств – высокотемпературная универсальная испытательная машина ИМГр 3000-1000 для измерения предела прочности, модуля упругости и предельной деформации  конструкционных углеродных материалов в интервале температур от + 20°С до +3000°С. В состав испытательной машины входит высокотемпературная электропечь с системой проточного водоохлаждения и возможностью работы работы в инертной среде, траверса для перемещения образца внутри печи с мотором и управляющий блок УИД-800 компании TestSystems, датчик деформации цифровой Heidenhain MT 1281, датчик измерения нагрузки CAS LS-5, оптический пирометр ЛОП-72, рабочий ПК для обработки результатов испытания. Малые габариты печи испытательной машины позволяют осуществлять более быстрый нагрев и остывание в отличие от аналогов. При определении деформации используются графитовые стержни для перенесения деформационной информации, что позволяет вынести в холодную зону датчик деформации и проводить измерения при температурах до +3000 С в течение длительного времени, не зависимо от потоков воздуха внутри машины. Высокотемпературная печь отличается тем, что оснастка выполнена из объемно армированных углерод-углеродных композиционных материалов. Нагреватель печи выполнен из искусственного графита.