ТУГОПЛАВКИЕ ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩИЕ ПОКРЫТИЯ

Слой теплоизоляционного материала, нанесенный на защищаемую стенку со стороны горячего газа, в нестационарных условиях нагрева приводит к снижению температуры стенки. В стационарных условиях теплоизоляция приводит к желаемому эффекту только при наличии системы конвективного охлаждения.

Влияние слоя теплоизолятора на температурное состояние стенки при стационарном режиме теплообмена иллюстрируется рис.17.1. Введение теплоизоляционного слоя при неизменных температурах сред и коэффициентах теплообмена с обеих сторон стенки увеличивает внутреннее термическое сопротивление и уменьшает тепловой поток. Вследствие этого повышается температура на наружной поверхности теплоизоляции по сравнению с температурой поверхности незащищенной стенки, уменьшается температурный градиент в защищаемой стенке и понижается температура на ее внутренней поверхности. Рост температуры наружной поверхности увеличивает ее излучение, что приводит к дополнительному уменьшению коэффициента теплопередачи и теплового потока.

Для стационарных тепловых режимов качество изоляции улучшается с уменьшением ее теплопроводности, а для нестационарных — с уменьшением температуропроводности. Важными качествами таких покрытий являются высокая температура плавления, способность противостоять термическим напряжениям, которые возникают при больших температурных градиентах, хорошая сцепляемость (адгезия) с материалом защищаемой стенки.

В качестве материалов для покрытий используются тугоплавкие металлы (молибден, вольфрам и др.), металлокерамика (оксиды, карбиды, нитриды металлов), графит. Температура плавления или разложения этих материалов 2000...3500°С.

Следует заметить, что благодаря химическому взаимодействию материала покрытия с горячей средой его поверхность разрушается, но процесс этот протекает медленно. Так, скорость уноса покрытия, выполненного из вольфрама, при взаимодействии его с атмосферой углекислого газа при температуре 1900 К составляет мм/с.

Температурное состояние стенки с теплоизолирующим покрытием в стационарных условиях определяется расчетными соотношениями теплопередачи. Однако чаще эту задачу приходится решать для нестационарных условий. В этом случае задача расчета состоит в том, чтобы выбрать такую толщину покрытия, которая при известном времени работы конструкции не допустит перегрева рабочей стенки.

Тугоплавкие покрытия применяются для защиты таких элементов конструкции, которые в процессе работы не должны изменять своей формы и размеров. К таким элементам относится, например, горловина сопла ракетного двигателя.