содержание .. 26 27 28 29 ..
Тепловое разрушение материалов - часть 28
4.6. Излучение с поверхности и метод определения степени черноты в условиях
радиационно-конвективного нагрева
114
Характерной особенностью полупрозрачных материалов является то, что их оптические свой-
ства зависят от величины нагретого объема. Степень черноты таких материалов тем больше, чем
большая его часть находится в зоне максимальных температур. Этот факт хорошо подтверждается
диаграммой записи яркости излучения (рис. 4.19), полученной при испытаниях образцов чистой
стеклокерамики в струе электродугового подогревателя газа. Если по этим данным рассчитать сте-
пень черноты, то для чистой стеклокерамики по мере увеличения расплавленного слоя она возрастает
от 0,35 до 0,64. Кроме того, в работе [222] показано, что при заданной температуре поверхности, те-
ло, разрушающееся с большей скоростью, должно излучать слабее, чем тело, имеющее меньшую ско-
рость оплавления, т. е. степень черноты полупрозрачных материалов зависит от условий разрушения.
Следовательно, для полупрозрачных материалов, к которым относится также чистая КСК, можно го-
ворить лишь об эффективной степени черноты, присущей толщине всего расплавленного слоя.
Учитывая, что в настоящее время весьма мало данных по коэффициентам поглощения выше
температуры размягчения не только кварцевой стеклокерамики, но и кварцевого стекла, в работе
[131] степень черноты оценивалась по методам [119, 205]. Исследования проводились на образцах
чистой и легированной окисью хрома (0,5
−1%) КСК, изготовленных из шликера прозрачного кварце-
вого стекла по технологии [126]. Пористость образцов керамики находилась в пределах 10
−12%. На-
грев осуществлялся в дозвуковой воздушной струе ЭДП, в сверхзвуковой струе стенда ЖРД-2М, ра-
ботающего на топливе керосин-кислород и на установке лучистого нагрева СГУ-4. Степень черноты
образцов, испытанных в струе ЖРД-2М, оценивалась сравнением термопарных измерений и показа-
ний фотоэлектрического пирометра для длины волны 0,65·10
-6
м. Температура измерялась с помощью
вольфрам-рениевых термопар ВР 5/20 с диаметром термоэлектродов 0,1·10
-3
м. Термопары сварива-
лись встык и размещались на глубине ~2·10
-3
м таким образом, что длина изотермического участка l/d
была равна ~50. По мере уноса образца термопара выходила на поверхность и сгорала. Запись этого
процесса позволяла достаточно надежно установить момент выхода термопары на поверхность, а
следовательно, и ее температуру даже в случае полупрозрачного материала, так как излучением от
струи газогенератора можно пренебречь. Изменение яркостной температуры поверхности образцов
во всех экспериментах записывалось на шлейфовом осциллографе.
На рис. 4.22 (кривые 1 и 2 ) показано, что, по данным [127], интегральная степень черноты ле-
гированной кварцевой стеклокерамики (1,0
−2,5% окиси хрома) монотонно возрастает, в то же время
плавление приводит к резкому изменению степени черноты чистой кварцевой стеклокерамики. На
этом рисунке так же приведены результаты измерений спектральной степени черноты легированной
и чистой кварцевой стеклокерамики для видимой (0,65·10
-6
м) и ближней инфракрасной (1,39·10
-6
м)
областей спектра. Несмотря на различные условия нагрева и методы измерений, степень черноты ле-
гированной КСК в этих областях спектра при температурах выше 2000 К равна 0,83
±15%. В некото-
рой мере данный разброс можно объяснить колебанием содержания окиси хрома в образцах.
Рис. 4.22. Интегральная и спек-
тральная степени черноты квар-
цевой стеклокерамики:
1, 4, 5, 8
− легированная КСК (до 2,5%
Cr
2
O
3
); 2, 3, 6, 7
− чистая КСК;
1, 2
− интегральная степень черно-
ты, данные [127]; 3, 4, 7, 8
− спек-
тральная степень черноты,
6
10
65
,
0
−
⋅
=
λ
м; 3, 4 – ЭДП;
7, 8
− ЖРД-2М; 5, 6 − спектральная
степень черноты,
6
10
39
,
1
−
⋅
=
λ
м